随着化石能源的日益枯竭、环境污染日益严重,能源互联网引起了国内外学者的广泛关注。首先描述了能源互联网的产生背景及研究意义,其次对能源互联网的基本概念进行了全面的综述,然后介绍了能源互联网在国内外的发展现状,最后建立了不含交通系统的能源互联网基本框架。 With the exhaustion of fossil fuels and the worsening of environmental pollution, Energy Internet has attracted great attention of scholars all over the world. First, the emergence background and significance of Energy Internet are described. Second, the basic concept of Energy Internet is comprehensively reviewed. Third, the present research state of Energy Internet is introduced. Finally, the basic framework of Energy Internet without transportation system is established.
能源互联网,基本概念,研究现状,基本框架, Energy Internet Concept Development Status Framework能源互联网发展、概念及其基本框架
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1. 引言
能源是国民经济的重要物质基础,更是人类社会赖以生存和发展的物质基础。人类社会的每一次重大变革都与能源的开发利用息息相关。然而自人类进入工业社会以来,随着工业的迅速发展、人口持续增长和人民生活水平的不断提高,人类消耗石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源的速度远大于其在自然界中生成的速度,而新的能源生产供应体系又未能及时建立,从而导致传统化石能源趋于枯竭。与此同时,国际能源署(International Energy Agency,IEA)发布的《IEA世界能源展望2016:能源与空气质量特别报告》 [1] 指出,能源的生产和利用,尤其是在未受监管、监管不力或效率低下情况下的燃料消耗,是迄今最重要的人造空气污染物排放源。木柴或其他固体燃料的不完全燃烧产生的颗粒物排放会造成烟尘环境;而城市中密集的煤炭、石油等化石燃料的燃烧所产生的二氧化硫、氮氧化物排放则是造成室外污染的主要原因。空气污染已经成为了继高血压、饮食风险和吸烟之后的人类第四大健康威胁。
2008年,美国国家科学基金项目资助了北卡罗莱纳州立大学的黄勤教授研发的未来可再生电能传输与管理(the Future Renewable Electric Energy Delivery and Management,FREEDM)系统 [8] ,该系统支持可再生分布式能源的“即插即用”,利用能源路由器优化能源分配;另外,该系统利用固态变压器实现分布式能源、负荷和储能装置的接入,利用智能配电系统软件实现了对分布式能源、负荷和储能装置的管理;并设置了创新性的故障保护装置。德国联邦政府经济和技术部于2008年发起了名为“E-Energy”的技术创新促进计划 [9] ,开发了基于能量传输系统的信息和通信控制技术,且使用“智能电表”为系统的网络节点提供必要信息;并推出了适用于双向系统的ICT(Information and Communication Technology)解决方案,从而首次实现了“以产定销”模式的实际应用。瑞士联邦政府能源办公室与产业部门一同发起了名为“Vision of Future Energy Networks”的研究项目 [10] ,重点研究分布式能源的存储和转化以及多能源传输系统的应用,并提出了两个概念:即用以存储和转换能源的设备“混合能源路由器”,以及组合传输不同能源的“能源内部互联器”。欧盟于2011年启动了未来智能能源互联网(Future Internet for Smart Energy,FINSENY)项目 [11] ,旨在使未来的能源互联网实现自动化故障修复、功率分析控制以及电网维护的功能,并为其构建改进的ICT平台。2010年,日本开展了“智慧能源共同体”示范工程 [12] ,提出了一个需求侧响应能源系统,并推动了生产者与用户间能源共同利用模式的形成,且系统中创造性地引入了智能热能供应链,借以实现各建筑间的热能共享。韩国首尔市政府于2011年发布了“智慧首尔2015”计划 [13] ,期望从智能电网、云计算、绿色交通信息化以及智能环境等方面,实现“智能绿色城市”的信息化发展目标。
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