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1、智能电网与能源网融合技术-XZX刖百第1章绪论111能源转型面临的挑战11.1.1 源结构亟待转型11.1.2 新能源消纳面临瓶颈31.1.3 能源利用效率亟待提升41.1.4 能源系统独立运行的局限性问题522能源技术取得的突破712.1 新能源成本的快速降低72.2能源领域新材料取得的新突破91.2.3互联网技术在能源领域的应用优势101.3智能电网与能源网融合的优越性1113.1推动能源供给革命提高新能源消纳能力111.3.2推动能源消费革命提高能源综合利用效率121. 3.3推动能源体制革命提供市场化所需技术支撑1314本章小结13参考文献14第2章智能电网与能源网的融合模式151.1
2、 国内外发展现状151.2 融合模式的三种形态191.2.1 视角A:智能电网2.0201.2.2 视角B:互联能源网221.2.3 视角C:“互联网+”能源网252. 2.4融合模式的异同272.3融合模式的支撑技术282.3.1材料装备技术292.3.2信息通信技术322.4融合模式的典型场景322.4.1 广域互联能源网332.4.2 区域与用户级智能能源网332.4.3 互联网+智慧能源3425本章小结34参考文献35第3章新材料新装备支撑技术3831提升电能传输效率的新型材料与装备383.1.1 超导材料与装备383.1.2 新型导电材料433.1.3 特高压设备绝缘防护473.2促
3、进可再生能源消纳的新型储能材料与装备483.2.1储能技术的基本类型483.2.2储能材料与装置的技术发展方向483.3未来先进电工装备的新型电工磁性材料5/3.3.1电工磁性材料的基本类型513.3.2电工磁性材料的技术发展方向553.4 未来电力电子化能源系统的新型半导体材料和器件573.4.1 宽禁带半导体材料的基本类型573.4.2 宽禁带半导体材料与器件的技术发展方向653.5 推进能源系统发展的智能（功能）材料673.5.1非线性绝缘材料683.5.2自愈合绝缘材料693 6本章小结71参考文献71第4章信息通信支撑技术744 1促进透明电网的信息感知技术744.1.1 芯片级传感
4、技术744.1.2 芯片化保护控制技术764.1.3 光纤传感网络技术784.1.4 泛在网络技术784.1.5 感知信息技术的发展方向814.2适应分布式处理的信息处理技术834.2.1云计算技术834.2.2大数据应用技术864.2.3高性能计算技术894.2.4信息处理技术的发展方向904.3面向智能决策的信息交互技术914.3.1人工智能技术9/4.3.2虚拟现实技术（VR）934.3.3物联网技术964.3.4移动互联网技术1004.3.5信息交互技术的发展方向1024.4保障能源系统可靠性的信息安全技术1034.4.1云计算信息安全技术/034.4.2物联网信息安全技术1044.4
5、.3能源工业控制系统安全技术1064.4.4信息安全技术的发展方向1094.5本章小结Ho参考文献no第5章广域互联能源网1135.1 电力发展趋势1131. 1.1电力需求预测1132. 1.2电力供应预测1155. 1.3可再生能源发电预测“76. 1.4电力流和输电需求预测5.2 广域互联能源网的形态特120征1215.3 广域互联能源网的技术需求5. 3.1远距离输电能力提升的技术需求1226. 3.2大电网安全稳定运行的技术需求1227. 3.3大规模可再生能源集中消纳的技术需求1235.4 远距离输电能力提升的技术发展方向1245.4.1特高压交流输电技术1245.4.2特高压直流
6、输电技术1265.5 大电网安全稳定运行的技术发展方向7275. 5.1基于运行轨迹的电力系统稳定分析与控制1276. 5.2新一代特高压交直流仿真平台1297. 5.3交直流大电网系统保护技术1338. 5.4气象及能源大数据综合利用1365.6 大规模可再生能源集中消纳的技术发展方向1385.6.1 柔性直流输电技术1385.6.2 大容量储能技术1395.6.3适应大规模可再生能源接入的大电网调度技术1405.7本章小结146参考文献146第6章区域与用户级智能能源网1476.1 现状及发展趋147势1486.2 智能能源网的形态特/5/征/576.3 区域与用户级智能能源网的技术需求6
7、.3.1多能流耦合的关键支撑技术与设备6.3.2多能流精合的规划设计技术1576.3.3高比例可再生能源就地消纳的技术需求万96.3.4终端能源利用效率提升的技术需求1596.4 多能流耦合的技术发展方%。向1606. 4.1电-气耦合技术7. 4.2电-热耦合技术1638. 4.3电-氢耦合技术”9. 4.4互联信息保障技术1646.5 多能流耦合规划设计技术的发展方向/656.6 高比例可再生能源就地消纳的技术发展方向6.6.1可再生能源发电功率预测技术1656.6.2主动配电网（能量管理）技术1666.6.3直流配电网与直流微网技术1686.6.4分布式储能技术1696.7终端能源利用效
8、率提升的技术发展方向1706.7.1需求侧综合管理技术1706.7.2智能能源网运行优化技术1716.8本章小结172参考文献173第7章“互联网+”智慧能源/方7.1 现状及发展趋175势1777.2 互联网+智慧能源的形态特征1787.3 互联网+智慧能源的技术需求7. 3.1能源生产智慧化的技术需求1787.3.2能源网络智慧化的技术需求/797.3.3能源消费智慧化的技术需求/797.4能源生产智慧化的技术发展方向1807.4.1基于互联网的能源生产信息公共服务网络1807.4.2基于大数据的生产调度智能化1807.4.3支持可再生能源消纳和分布式能源接入能源网络1817.4.4多能流
9、生产协同的分析控制技术1817.4.5虚拟发电厂技术1817.5能源网络智慧化的技术发展方向/8/7.5.1透明电网/能源网1817.5.2泛在信息能源网1837.5.3基于互联网的能量管理技术1847.6能源消费智慧化的技术发展方向1867.6.1基于互联网的能源交易1867.6.2基于互联网的用能设施的推广1887.6.3基于互联网的能源领域商业新模式，907.7本章小193结参考文献193第8章我国智能电网与能源网融合的技术路线/948.1 我国能源体系分194析7958.2 能源利用体系的演/97变1988.3 3智能电网能源网融合定位及形态的演变1998.4 智能电网与能源网融合的关
10、键技术”98.5 智能电网与能源网融合的形态演变及技术路线8.6 本章小结参考文献202由常规能源大量使用带来的气候变化和环境恶化等严峻问题迫使我国在能源生产和消费方面向多元化清洁化高效化和市场化方向发展能源结构转型面临前所未有的巨大压力，但也为解决我国能源分布失衡能源使用效率低下，实现能源商品化带来历史机遇。电网和能源网是能源传输和消纳的重要载体。我国智能电网和以天然气冷热网为主的能源网已具备规模但二者相互独立运行且在新能源消纳、能量存储调峰能力和能源利用效率等方面存在局限性。新技术和新材料带来的发展机遇是打通多元能源网的转换渠道使智能电网和能源网的深度融合、优势互补以及资源的优化配置成为可
11、能最终实现能源利用模式变革,推动经济与社会可持续发展本章具体介绍我国能源开发与利用所面临的挑战和机遇以能源供给革命,能源消费革命能源体制革命支撑作用为着眼点，分析和探讨基于智能电网与能源网融合实现能源技术革命的必要性与重要性0i.i能源转型面临的挑战1.1.1能源结构亟待转型目前人类社会仍以煤炭、石油、天然气三大化石能源作为主要能源供应来源。据BP世界能源统计年鉴2017版数据显示，2016年三大化石能源在全球能源消费中占比85.5%,在我国占了87%能源消费结构如图1-1所示可见目前三大化石能源在能源消费中仍占优势地位。随着人类对化石燃料的不断开采,化石能源将不可避免地面临枯竭。同时伴随化石
12、能源使用所带来的碳排放及其他污染问题已对自然环境造成巨大压力并严重威胁着全球生态。图1-12016年全球/我国一次能源消费结构近年来，世界各国对能源资源与环境问题关注密切，不断扩大各类燃料运用范围和推广新的实用性技术。美国的页岩革命开启了石油和天然气资源大规模开发的局面可再生能源开发利用的技术进步也支撑了以风能与太阳能为代表的可再生能源迅猛发展。据BP世界能源统计年鉴2017版显示,由于全球经济持续低迷,2015年全球一次能源消费仅增长1.0%增速明显缓慢。但是从整体的能源结构来看全球能源结构正在从以煤炭为主转向以更低碳能源为主。其中可再生能源是所有能源中增长最快的部分增幅达12%。相比之下。
13、煤炭这种含碳量最高的化石燃料的使用量连续两年出现急剧下滑,跌幅达1.7%主要原因是中美两国需求的减少。另一方面，能源需求增长缓慢和燃料结构的转变,对碳排放影响重大。2016年来自能源消费的二氧化碳排放仅增长了0.1%,2016年因此成为碳排放保持稳定甚至下滑趋势的连续第三个年头。从能源市场来看我国的经济增长正在放缓且正经历结构转型，但是,我国仍保持其作为世界上最大能源消费国生产国和净进口国的角色。据BP世界能源统计年鉴2017版显示2016年我国能源消费增长1.3%增速不足过去10年平均水平5.3%的四分之一。但是我国占全球能源消费量的23%,仍居首位。在化石能源中消费增长最快的是天然气（7.
14、7%）其次是石油（2.7%）和煤炭（1.6%）三种化石能源的增长率均低于其各自近10年的平均水平。在非化石能源中,太阳能消费增长最快（71.5%）其次是风能（29.4%）和核能（24.5%）水电在过去一年中增长了4.0%为2011年以来增长最慢的一年。由此可见,我国的能源结构正在持续改进尽管煤炭仍是我国能源消费的主导燃料（占比61.8%）但已是历史最低值并且我国已超越美国成为世界上最大的可再生能源消费国。在减排方面2016年我国二氧化碳排放降低了0.7%远低于4.2%的近10年平均增速水平。2016年，全球能源在结构转型上朝正确的方向迈进了一步但要实现能源结构完全低碳化发展，面临的挑战仍然很大
15、。我国提出能源结构优化和能源清洁化两大目标即到2030年,非化石能源在一次能源消费中的比重提高到20%左右，二氧化碳排放达到峰值且努力达到顶峰，要实现这些目标，我国的能源系统仍需进一步转型升级。1.1.2新能源消纳面临瓶颈新能源包括太阳能生物质能风能、地热能、波浪能、洋流能、潮汐能以及海洋表面与深层之间的热循环等。新能源理论储量都十分可观,但其资源普遍存在分散间歇,能量密度低等问题。当前，风电和光伏发电已具商业开发竞争力，其他新能源的利用技术尚不成熟商业应用尚待时日,近年来,随着各个国家相应政策的支持以及关键技术的逐渐成熟世界新能源发展速度加快。据BP世界能源统计年鉴2017版显示,2016年
16、世界可再生能源继续保持最快的增长速度增长了12%虽然低于15.7%的可再生能源10年平均增长水平,但这仍是有史以来最大的年增加量（增加了5500万t油当量,超出煤炭消耗量的减少量）。我国可再生能源消费全年增长33.4%，仅仅10年间,我国可再生能源消费在全球总量中的份额便从2%提升到了2016年的20.5%。与此同时由于我国在新能源建设过程中主要关注资源而忽视市场风电光伏等新能源行业普遍遭遇并网难问题造成规模过剩导致发电难以送出,弃风弃光问题突出。为解决我国新能源并网问题2017年,国家发改委、国家能源局印发解决弃水弃风弃光问题实施方案制定了可再生能源消纳的全方位解决方案，使问题得到了一定程度
17、的改善。根据我国能源局公布的统计数据显示2017年全国弃风电量419亿kW-h弃风率12%同比下降5.2个0http：/百分点；弃光电量73亿kW-h弃光率6%同比下降4.3个百分点尽管可再生能源的消纳有所改善，但想完全解决我国弃风弃电现象仍面临挑战。我国在跃升成为世界上最大的可再生能源消费国的同时,更要意识到提升新能源的消纳比例仍是我国能源面临的问题之一，能源技术的提升和能源体制的完善（如新能源补贴政策等）已成为重中之重,1.1.3能源利用效率亟待提升我国现有能源消费结构的特点是总体能源利用效率低下.综合能源利用效率有待提升。我国近5年来单位GDP能耗呈现逐年降低的趋势但我国能源消费结构仍面
18、临两大不容忽视的问题：一是能源消费总量基数庞大，据中国统计年鉴）2017版显示2016年我国能源消费总量43.6亿t标准煤,居世界首位；二是从世界范围看我国能耗强度与世界平均水平及发达国家相比仍然偏高，按照2015年美元价格和汇率计算2016年我国单位GDP能耗为3.7t标准煤/万美元是2015年世界能耗强度平均水平的L4倍是发达国家平均水平的2.1 倍O-因此我国目前能源消费方面亟须大幅提高能源综合利用效率，控制甚至减少能源消耗的总量.我国电能需求变化趋势较大程度上能反映总体能源消费的发展情况。从发展阶段来看我国仍处于工业化中后期城镇化快速推进期。尽管目前我国经济发展已进入新常态电力消费弹性
19、系数近年来有所下降然而随着能源结构不断向着清洁化绿色化调整和优化,电力在终端能源消费中的比重将不断提高我国电力需求仍将保持中高速增长的态势。中国人均用电水平还处于低位，与发达国家存在较大差距，2010年中国人均用电量为3140kW-h2015年为4318kW-h相当于美国20世纪60年代水平，伴随终端消费电力比重上升在未来较长一段时期内,我国人均用电量水平将保持较快增长预计2020年人均用电量将达到5000kW-h或以上水平，为维持庞大的能源消费体系并进一步降低能源利用对环境的影响除了在能源供给侧上增强新能源开发力度和消纳水平还需充分挖掘能源消费侧的能效提升潜力。同时支撑新能源消纳和大规模能源
20、传输对构建坚强可靠的能源网络和实现能源系统的多源交互提出了更高的要求。1. 1.4能源系统独立运行的局限性问题1 .智能电网独立运行的局限性进入21世纪后,各国纷纷提出对智能电网的设想和框架。我国对智能电网的定义是以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑,以智能控制为手段，包含发电输电变电配电用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级,实现电力流、信息流业务流的高度一体化融合，是坚强可靠经济高效清洁环保透明开放友好互动的现代电网。因此，智能电网在技术上包含信息化数字化自动化和互动化这4个特征。其中，信息化是指实时和非实时信息的高度集成、共享和利用；数字化是指电网对象结构及状态的定量描述和各类信息的精确
21、高效采集与传输；自动化是指电网控制策略的自动优选运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复等；互动化是指电源电网和用户资源的友好互动和协调运行。智能电网能有效提高能源利用效率减少对环境的影响提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗。但是现今的智能电网仍存在很多局限和不足：D电力系统中缺乏统一的信息标准存在重复建设；信息孤岛众多，集成度低；注重设备的自动控制，忽视了信息的整理和挖掘。2）智能电网的物理实体仍是电力系统因此无法克服电力系统本身不能大规模储能的问题。3）依赖电网本身的调节能力,对太阳能风能等新能源的消纳仍存在限制。4）在智能电网中能量只能以电能形式传输和利用,调节方式较为单一峰谷调
22、节能力差。2 .能源网独立运行的局限性能源网本书主要指除电网外的其他能源传输网络主要为天然气网供冷/热网氢能源网，不同能源网的规模和特性如下：天然气网是一个集储运控管等设备为一体的庞大复杂的流体传输系统天然气网是全国联网型通过长距离输送系统进行区域/城市之间联网；通过城市燃气输配系统向用户提供燃气功能。由于天然气具有极强的可压缩性因此天然气网具有较大的储能空间。在我国,天然气网规模庞大总里程超过60万km横跨东西覆盖全国管网沿线地质地貌、自然气候人文环境复杂，是全世界最复杂的管网系统之一。供热网是将热源与热用户连接起来,并将热源产生的热量通过管道工质（一般为热水或蒸汽，目前在我国最常用的是热水
23、管网）输送到热用户供热网一般分为一次管网和二次管网两级中间以换热站连接。一次管网与二次管网均包含供水管和回水管。热源生产的热量通过一级换热站进入一次管网将热量合理分配到各个二级换热站。再经过二次管网，将热量送达热用户，同时冷却后的工质进入回水管形成循环。供冷网与供热网类似,是连接区域集中制冷站与用户的桥梁传输介质主要为冷冻水。氢能源网与天然气网类似,只是其传输的介质不同,分为液态氢和气态氢进行传输目前氢能源还处于发展阶段还未形成具规模的能源传输网络，但氢能源作为清洁能源未来发展前景广阔。3 .多元能源网融合的驱动力电气冷/热氢等作为用户主要的消费能源,需经过传输网络将能源生产端与用户端相连综合
24、前述，智能电网与不同能源网的特性对比见表I-Ie表M智能电网与不同能源网的特性对比能源网能量传递特点规模与电网交互/转换技术传输效率存在调控问题智能电网能量传递瞬时性不能大规模存储远距离,大规模、拓扑复杂直交转换（整流、逆变）交流变压/直流变压理论线损5%10%管理线损（人为因素）峰谷差调节调频天然气网系统惯性较电网大能量能够在网络中大规模存储跨区域远距高传输城市内网状分布电转气（P2G）天然气发电冷热电联产（CCHP）管输损耗主因：计量误差泄漏其他人为因素调峰问题气源均匀供气与用户不均匀用气的衔接供冷/热网城市区域网为主热电厂（热T电/热）冷热电联产（CCHP）热网热效率应为90%95%;受
25、输送条件影响调峰问题平衡用户热量氢能源网液态氨：短距离气态氢:长距离电解水制氢氢燃料电池（氢一电）与天然气网类似调峰问题表1-1描述了不同能源网络的特性在未来新能源消纳需求能源综合利用效率提升以及能源市场化进程加快的过程中，可以看出：1）未来新能源发展迅速依赖电网本身的调节能力对太阳能风能等新能源的消纳仍存在限制尽管储能技术的发展为解决新能源消纳带来了新的途径但其高昂的成本仍是限制其应用的重要因素。倘若能借助天然气网供冷/热网、氢能源网等具有大规模储能优势的能源网，利用能源转换技术实现互补，将突破电网自身的局限使得新能源的消纳手段大大增加，2）天然气网冷/热气网氢能源网存在的调峰问题智能电网的
26、峰谷差调节问题其本身均是其能源网络运行的局限性。若能协调统一调度，通过能量转移信息引导，促进削峰填谷（如借助建设能源站进行能量互补等）将不同能源网络联合运作起来提高能源控制裕度则可有效提高能源综合利用效率。3）当前电力市场改革步伐加快但能源不仅仅是电力问题若能源市场化只是不同能源供应商采取各自为政的策略则无法调动积极性促进不同能源之间在技术之间的优势互补。因此,市场化的过程应该是建立多能源市场,以经济去引导能源系统的建设促进智能电网与能源网的融合,推进技术层面的变革。综上所述智能电网与能源网之间交互技术的发展使智能电网与能源网物理融合成为可能。如何综合考虑不同能源网络的规模程度与传输效率，进行
27、协调配合与优势互补，突破自身运作的局限性，既是智能电网与能源网融合的目标也是两者融合的驱动力所在。1.2能源技术取得的突破1.2.1新能源成本的快速降低随着全球各国面对气候变化和环境问题恶化与自身发展和能源不断增长需求的重要矛盾,新能源的大规模开发和利用成为必然发展趋势。国内外大部分机构对未来2030年间的可再生能源增长均持乐观态度。如BP公司和美国能源信息署（EIA）依据相关的统计数据均认为可再生能源将成为增长速度最快的能源,增长率达2%6%日A预计2035年可再生能源总量有望翻两番其占全球发电量比重约为16%。可再生能源在未来高速增长的重要原因在于其成本的快速下降。图1-2所示为国际可再生
28、能源机构对20092025年全球光伏发电平均成本的统计和预测。随着光伏阵列制造技术的提升包括光伏组件和逆变器等主要部件成本大幅下降预计2025年与2009年相比,光伏装机成本缩减至近五分之一。据彭博新能源财经2015年的研究分析与气电及火电相比陆上风电度电成本在英国和德国更具有竞争优势，我国陆上风电度电成本为77美元/(MW-h),优于气电的113美元HMW-h)，但仍逊于煤电的44美元/(MW-h)，而美国煤电与火电成本仍最为便宜，陆上风电和光伏的度电成本仍处于80110美元(MW-h)的水平。尽管目前新能源与常规能源在成本方面优势并未尽显但在未来短短几年间新能源成本将迎来新的逆转。美国能源
29、信息署预测的2022年各类型发电厂度电成本见表1-2,可见陆上风电和光伏发电等可再生能源成本将大幅下降这预示着未来可再生能源开发利用将面临有利局面。表1-22022年美国各类型发电厂度电成本I来源：EIA：发电厂类型度电成本；美元MMW-h)常规能源煤电(含碳捕捉技术)140天然气58110核能103地热42生物质能96(续)发电厂类型度电成本美元J(MWh)可再生能源陆上风电57海上风电147光伏发电66集热式太阳能180水力发电67.81.1.2 能源领域新材料取得的新突破可再生能源高比例接入和快速增长的能源需求使得能源大规模传输与存储能源系统安全稳定运行以及终端能源利用效率提升等方面成为
30、未来能源网发展的关键问题。若新材料在能源传输绝缘防护、装备性能、电能变换和规模化能量存储等领域取得重大突破将对上述一系列严峻挑战发挥着不可替代的核心作用,同时也为实现智能电网与能源网融合提供有力的技术支撑=在能源传输方面网络损耗是制约可再生能源广域接入背景下大规模能源远距离传输的重要难题之一。目前超导材料和新型电材料成为学术界的研究热点关键技术指标正朝着电阻率低机械强度高耐腐蚀磨损性能好可加工性好性价比高等方向发展，未来对实现大容量远距离高效率的能源输配供将产生重大影响。在绝缘防护方面未来特高压输电电压等级的提高输电网络规模的扩大电力电子的广泛深层次应用以及气电混合网络传输等新形态都对绝缘新结
31、构和新技术提出了新要求。智能绝缘材料和纳米改性绝缘材料等新型绝缘材料具备仿生功能和感知环境能力绝缘强度和可靠性得到了充分提升适用于多场景的恶劣工况,为保证未来智能电网和能源网融合发展提供了安全、可靠、环保的必要支撑，在装备性能方面先进电工磁性材料的研制可极大推动电工装备的持续发展和新装备的研制提高电网智能电力设备的设计水平和效率,减小电力设备的体积和质量,其应用于电网的智能传感器将有助于实现电网信息采集和状态监测，提高新型电力系统运行的可靠性。磁性材料的应用是智能电网与能源网提高效率的重要手段,也是智能电网与能源网融合可靠运行的重要保障。在电能变换方面目前以硅基半导体为典型的半控型器件和全控型
32、器件应用最为广泛。然而,半控型器件因自身特点会在系统故障时造成二次影响全控型器件则由于容量和耐压耐流等瓶颈问题无法取得新的突破这严重制约了电力电子技术在未来电网和能源网中的应用，以碳化硅(Sic)和氮化镣(GaN)为代表的新型宽禁带半导体材料因具有极低导通比电阻、高开关速度和频率以及4倍于硅器件的最大理论工作温度将以其优异的性能在未来电网的发电、输电和用电等方面得到更广泛应用。宽禁带半导体设备的引入,必将给智能电网带来革命性的变化。在能量存储方面储能装置以电能动能热能等形式为主，可以为电网和能源网提供能量缓冲作用作为网络中的特殊单元可以被灵活控制和调度。目前储能材料的研制重点集中在低成本高能量
33、密度大容量长寿命等关键问题的攻关上，已出现了超级电容活性材料、高能量密度锂离子电池材料半固态锂电池等一批新型材料。储能材料和技术的进一步发展将在实现能源网的削峰填谷改善电能质量提高供电供能可靠性提高可再生能源并网发电率和提高能源转换效率等方面发挥更为突出的作用。储能是实现电网安全、可靠、清洁、高效经济的必要环节也是实现智能电网与能源网融合的重要功能单元。1.1.3 互联网技术在能源领域的应用优势近年来互联网凭借其方便、快捷能轻易实现资源共享和实时交互等特点广泛应用于传统行业。将互联网与能源行业相融合能够充分发挥互联网在资源配置方面的优化和集成作用。互联网+智慧能源即是从互联网的思维和技术出发构
34、建以电力系统为主体多类型能源互联的网络，它实现了横向多源互补，纵向源-网-荷-储协调形成能源与信息高度融合的新型能源体系。利用互联网技术提供的互联互通透明开放互惠共享的信息网络平台将打破现有能源产输用之间的不对称信息格局，并且通过互联网技术促进能源系统扁平化推进能源生产与消费模式革命提高能源综合利用效率推动节能减排。在能源生产方面互联网以广域的信息获取能力及庞大的计算能力实现能源生产调度的智慧化，使得能源系统适应分布式可再生能源的高度渗透；在能源传输方面，智能电网与能源网的融合，在渗透了互联网技术后，将形成开放对等的信息-能源一体化架构真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，促使能源传输网络
35、的智慧化；而在能源消费端,互联网的资源共享性则将推进能源消费者向能源产消者转型，灵活按需生产或消费能源促进能源消费智慧化。因此，智能电网与能源网的融合在信息层面离不开互联网技术的渗透其将有效解决能源行业对提高新能源消纳比例提高能源综合利用效率、深化能源共享等方面的迫切需求01.3 智能电网与能源网融合的优越性1.3.1 推动能源供给革命，提高新能源消纳能力能源供给革命是能源革命的重要支撑其主要内容包括大力推进煤炭清洁高效利用着力发展非煤能源，形成煤油气核新能源可再生能源多轮驱动的能源供应体系,同步加强能源输配网络和储备设施建设从能源供给革命的需求看推动能源供应体系转型升级的核心在于提高新能源的
36、利用比例并基于新能源利用比例的提高调整能源利用结构，实现能源结构由高碳能源向低碳能源发展，解决能源资源难以为继和生态环境不堪重负的问题。我国新能源装机容量正在高速增长已成为世界上最大的太阳能发电国，但当前新能源消纳能力还有待提高。传统电网调节能力有限面对未来新能源不断渗透的场景,仅靠电网来进行消纳可能会显得不足。新一轮能源系统正在兴起智能电网与能源网融合成为能源系统转型的路径,它将为新能源消纳能力的提高带来新的途径,以此推动能源供给革命。具体实现途径如下：1）智能电网与能源网的融合，在物理系统层面将电力燃气热力储能等资源捆绑为整体资源实现能源替代优化统一解决有关能源的有效利用和调峰问题，通过不
37、同能源之间的相互转化,满足不同能源网络的需求，实现资源互补为新能源的消纳提供了更多手段因此相比智能电网，新能源消纳能力将得到有效提升。2）智能电网与能源网的融合，在信息系统层面将运用新一代互联网云计算、大数据等信息技术提高能源系统灵活性接纳和供应能力,最大程度上利用间歇性分布式能源构建多元化的可持续能源供应体系三1.3.2 推动能源消费革命，提高能源综合利用效率n能源消费是一定时期内物质生产与居民生活消费等部门消耗的各种能源资源。习近平总书记提出了推动能源消费革命,抑制不合理消费的战略构想，其中对能源消费革命”的理解是生产或生活中利用新的技术手段或改变人们的消费行为从而使能源消费状况和人类社会
38、发展形态发生飞跃式变化的过程因此能源消费革命侧重于从能源消费侧入手其核心是提高消费终端的能源利用效率并提倡节能建立节能型社会降低能耗。在我国用户侧节能增效，提高终端能源利用效率潜力巨大，将传统重视源端的节能改造转移到用户终端来,是能源系统转型升级的另一重要举措。对于传统电网我国电力终端能效提升的技术除了一般的更换更节能设备以外更重要的技术措施还是实施电力需求侧管理。电力需求侧管理指的是电力企业采用行政技术或者经济等手段与用户共同协力提高终端用电效率改变用电方式近年来,我国的用户侧电力能效提升技术迅速发展在节能降耗维护生态环境方面起了至关重要的作用。但仍存在不少问题如监测用户能耗数据不健全,控制
39、用能系统的设备落后等这些都有待进一步解决。但实际上对于用户来说除了电力用能外他们还有天然气用热用冷的用能需求如果能综合考虑这些能源进行终端能源的综合优化利用不同能源之间的互补性将进一步提升能源综合利用效率。从这方面来看智能电网与能源网的融合亦成为必须，其具体提高能源综合利用效率的途径如下：1）智能电网与能源网的融合，在物理系统层面,可通过在负荷侧新增冷热电联产（CCHP）等多能流机组提高能源的综合利用，相比仅用燃气轮机发电实现三联产后能源综合利用效率将从原来的约40%提升至80%。同时可建设能源转换中心,实现用户侧多能流的互动,实现多能互补。2）智能电网与能源网的融合，在信息系统方面，将通过大
40、数据、云计算等新一代信息技术,实时获取海量的用户数据进行数据挖掘，进一步提升用户的节能空间。在信息系统不断发展完善的情况下用户的需求侧响应能力及效果亦将进一步提高。1.3.3 推动能源体制革命，提供市场化所需技术支撑能源体制革命是能源革命的制度保障。能源体制革命强调还原能源的商品属性构建有效竞争的市场结构和市场体系形成主要由市场决定能源价格的机制，转变政府对能源的监管方式建立健全能源法治体系。其中,还原能源的商品属性是关键利用市场机制经济学去引导能源的生产和消费，是提高能源资源利用效率的一大有效方法。能源体制革命需要政府有所作为在这一方面国家积极推进电力体制改革颁布电改9号文开放增量配售电市场
41、已经在能源市场化的路上迈出了一大步。同时国家正不断推进“互联网+智慧能源的建设，这正是希望通过互联网行业公开,透明的特性来推动能源市场化的发展。一系列政策的提出是我国能源行业市场化的重要支撑。但与此同时能源的市场化也需要技术的支撑。事实上,我国电力市场的概念虽已提出多年但成效未见显著随着能源互联网互联网+智慧能源等概念的提出多能源耦合成为趋势而相比之下，多能源市场的开放相比单一的仅提供电力市场将更加能够促进资源的互通和有效利用而智能电网与能源网的融合正是在技术层面上提供了这样一个环境。因此,智能电网与能源网的融合为市场化提供了所需的技术支撑,其具体路径如下：1）通过智能电网与能源网的融合，在物
42、理层面消除不同能源网络之间的技术壁垒，使得多能源在物理层面上可以互联互通-进而使得多能源市场化的建设成为可能。2）智能电网与能源网的融合，运用新一代信息技术实现能源信息的透明化，为能源交易提供技术支撑,利用大数据分析能源流动的各环节,感知用户需求,为能源市场建立提供技术保障。1.4 本章小结能源开发与利用现状所带来的挑战以及新技术突破所带来的机遇为智能电网与能源网的融合提供了重要的契机。智能电网与能源网的融合将通过技术的进步和创新推动能源生产消费两大革命，实现能源消费总量控制,节能优先提高终端综合能源利用效率,并建立多元化的能源供应体系。同时，在以能源体制革命推动能源市场化的背景下智能电网与能
43、源网的融合将为市场化提供技术支撑。智能电网与能源网的融合顺应着能源转型发展的大趋势，对推动我国能源革命，实现能源转型有着积极的作用这都使得智能电网与能源网的融合成为必然。参考文献1国际可再生能源机构：十年内光伏平均发电成本有望下降59%J.中国产业经济动态2016(12):44-45.第2章智能电网与能源网的融合模式智能电网与能源网的融合指的是能源系统在物理层面实现智能电网与能源网的耦合互联而在信息层面借助于能源信息专用网、互联网等技术实现不同能源网络之间信息的互联互通。着眼于能源技术革命的基础性作用同时综合智能电网与能源网自身运作的局限性以及互联网对能源行业的推进作用智能电网与能源网的融合将
44、突破其单向运作的局限性并借助互联网的优势打造新一代安全清洁智能高效可持续发展的能源系统。智能电网与能源网融合的目标如下：D实现能源结构优化。2）实现可再生能源消纳比例的提升包括大规模可再生能源的集中消纳以及高比例可再生能源的就地消纳,3）实现多能互补以及能源利用效率的提升包括能源传输效率的提升以及用户终端能源综合利用效率的提升。4）实现能源系统与互联网技术的深度融合并基于此推动能源商品属性的还原以及传统能源智慧化升级。此外，从行业视角来看，智能电网与能源网的融合主要涉及电力行业其他能源行业互联网行业三大行业本章重点从不同行业力量博弈的角度出发，提出智能电网与能源网融合的三种典型模式.阐述不同融合模式的形态特征与形成约束。并围绕新能源消纳能源利用效率提升能源系统与互联网技术深度融合三大目标提出三种典型场景，即广域互联能源网区域与用户级智能能源网和“互联网+智慧能源。2.1国内外发展现状由于煤炭石油等传统化石能源的不可再生性提高能源利用效率发掘新能源并实现可再生能源规模化开发已成为解决人类社会发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺能源利用环境保护之间矛盾的必然选择“目,而打破原有各供能系统单独规划单独设计和独立运行的既有模式实现智能电网与能源网的融合,也将成为适应人类社会能源领域变革确保人类社
