3.2.2　微电网、微能源网与能源互联网

当前，我国以煤为主的能源产业结构和能源分布不合理等问题亟待解决，因此我国应该大力发展微能源网，并逐步过渡到能源互联网。微能源网和传统电网的一个最主要区别就是微能源网可以对分布式能源进行就地消化、就地平衡，同时可以和大电网进行能量交换，因此微电网内部的控制和相关保护技术，和大电网相比有相应的区别。

1. 我国能源和国外能源的结构与分布不同

第一个特点是能源的结构以煤为主，和国外发达国家相比，结构是落后的。我们70%的能源结构水平在欧美和日本的发达国家是处于20世纪50年代的水平。21世纪初，国外特别是欧美发达国家，煤炭、石油、天然气占的比例大概是各占1/3，而我们现在国家仍然是以煤为主的结构。这就造成了今天我们看到的雾霾，燃煤排放的二氧化碳水平比燃气或者其他能源排放得要高。

第二个特点是能源分布不合理，能源分布主要在西部，负荷中心却在东部。以电为例，煤炭基地在内蒙、山西、甘肃、新疆，水电资源在西南、长江上游、负荷中心在东部。这造成能源的分布极不合理，造成西能东送的格局。从区域电网的结构来看，每个区域的电网基本上也是西能东送，或者西电东送的布局。

从电力方面统计，大概2/3的负荷是集中在东部地区，而2/3的能源在西部地区，有1/3的能源要从西部搬运到东部。正是由于这个原因，要考虑能源的就地消纳、就地生产，所以我们国家发布了一个规划，到2020年分布式能源所占的比例要大大提高，主要是光伏、小水电、微型天然气、风电和其他分布式能源。

2. 如何克服大范围接入的新能源难题

面对大范围接入的分布式能源，如波动式的太阳能、风能，如何进行控制。怎么满足分布式能源对可靠性的要求，对各种电力服务的要求。其中很重要的一个途径就是微能源网，可以从微电网逐步过渡到微能源网以及能源互联网。

例如，大电网主要是单向潮流、简单交互，从发电厂通过输电线路到用户，而微电网是内部循环，所以是双向操作。用户和电网之间可以交换能量，是双向流动，是主动交互，这是微电网和传统电网的本质区别。

如果微电网控制得好，对大电网有比较大的支撑作用。比如，大电网出故障了，微电网可以提供供电可靠性，可以更多、更好地消纳新能源和可再生能源，有更低的供电成本。微电网内部可以提升可再生能源的效率，特别是多种能源互补的时候。可以对大电网提供相关的辅助服务，如调频、调压服务，通过微电网内部控制措施，可以对相应的指标进行处理。

3. 微电网的关键技术

第一个是微电网内部分布式发电的控制技术。微电网的能量现在还没有完整的界定，从几十千瓦到几十兆瓦，所以运行方式要灵活，分布式电源要保证及时性和环保性。

第二个是控制保护技术。由于微电网分布式电源在用户侧，因此过去传统的控制和保护技术有一些不适应微电网的情况。

第三个是微电网的储能技术。随着储能成本逐渐降低，储能在平抑分布式可再生能源的波动性调节峰谷差的过程中发挥了很重要的作用。目前储能本身之所以没有广泛的应用，主要是因为经济性能低。随着储能成本的下降以及储能技术的不断成熟，对平抑可再生能源波动性，提高经济性、灵活性，会发挥很重要的作用。

第四个是微电网能量管理技术。如何管理分布式能源，如何管理微电网中的各类负荷调节，如何使之很好地协调运行，这是能量管理很重要的作用。

第五个是多个微网形成的微网群的协调和控制。比如，在法国里昂形成了十几个微电网群，微电网群之间的协调控制和互补运行是一项关键技术。

4. 从微电网向能源互联网的发展趋势

通过微电网的建设可以补充大电网对投资的不足，通过分布式能源和微电网本身的建设，可以降低配电系统对电能的需求，减少或者减缓配电网的投资。

多种能源互补，特别是用户侧，水、电、气各种能源的互补，将使将来电力市场的最终格局产生深远影响。也就是说，用户和电力之间会形成一定的关系，可以向配电网购电，也可以出售相关电能，所以参与效率会大大提高，竞争也会更加激烈。

从微电网、微能源网发展来的能源互联网是以互联网理念构建的一种新型信息和能源融合的网络，以智能电网为基础架构，融合了热、冷、气等多种能源形式，形成了智慧能源网络，能够实现分布式能源的广泛接入和市场化交易，从而最大程度地利用清洁低碳的可再生能源，实现能源的清洁、高效、便捷可持续利用，满足用户多元化的需求。

能源互联网可以分成两大类。

第一类是广域的能源互联网，即全球能源互联网，它是跨国、跨区域的，以超高压、特高压骨干网为核心，以大规模输送可再生能源为主要目的，实现跨国、跨洲、跨区域的大型能源基地可再生能源的、传输、交易。因此广域全球能源互联网具有广域资源配置和需求调节能力，是解决可再生能源可持续供应的重要手段。

第二类是局域的，地域的能源互联网，是以园区或者跨园区的配电网为核心纽带，目的是要消纳分布式可再生能源，通过各种技术实现多种能源的高效利用和多元化主体参与。

能源互联网的基层有基础设施层（包括管道、传感器）和通信层，最后形成数据资源。数据资源形成互动服务层，通过政策引导来实现能源互联网或者微能源网的高效、可靠、经济的运行。

能源互联网的基本架构，从供能侧包括可控、可调的大电网资源，包括可联网或者可以孤岛运行的小型微能源网，在微能源网中包括水、电、气各种资源的优化，通过信息流以及能量流的传输为用户服务。用能侧分多种类型的用户，用户的特性、曲线、消纳特征都不一样。在这种消纳过程中，微能源网可以提供有效的协调和控制，使供能侧和用能侧平衡。其中很重要的一个技术手段是通过综合能量管理平台管控能源和负荷的“三流”（能源流、信息流、业务流），最大限度地开发和利用可再生能源。

5. 能源互联网信息感知平台的分类

1）智能采集系统

通过智能采集系统把能源互联网底层的各种设备和用户运行的状态采集上来，实现对电、热、气、交通、用户、气象以及各种生产调度进行全方位的监控采集，得到完整的微能源网的数据信息。

2）智能通信与信息系统

应用端最近距离的时候通信手段是多元化的，应用端最近距离手段是多种多样的，包括微波、载波、公用网等，构成一个信息系统。

3）能量和负荷的预测

预测的精度准不准，是能量精确管理和高效利用的重要前提。预测有很多方法，包括对历史数据的积累，通过不同的预测模型算法得到一些结果。特别是在开放的输电端市场中，预测显得更加重要。直供要求预测精度95%～105%，预测误差不能超过5%。如果预测电量低于95%，市场就有惩罚措施。如果高于105%，就不再享受大用户直供的政策了。

4）多能源优化调度

除了电，还有天然气、热力、水，能源互联网的多能互补可以形成优化。在能源互联网协同优化调度的过程中，也集成了相关优化算法以及管理算法，对分布式能源储能和负荷形态进行调控。优化调度有多种方法，其中主要是分层和分布式两类算法。在多能优化调度中，为了保证能安全可靠地运行，智能保护和控制也很关键。

5）需求侧响应

用户如何能够和电源、发电侧进行友好互动，要有需求响应策略和相关的框架。

6）高级应用服务

这是指微能源网、能源互联网的一些服务。首先包括高级能效服务，如何帮助用户节能，对能耗、污染物排放进行分析，进行能效诊断和相关的统计。其次包括用户定制的服务，未来微能源网和能源互联网应该是对用户一对一的定制服务。还有电网辅助服务，重要的是调频、调风服务，电网出现故障的时候要有相应的备用。

整个能源互联网管理平台从智能决策、智能控制以及相关的应用系统来实现能源互联网优化的调控。微电网、微能源网和能源互联网将对国家能源高效消纳和平稳运行起到重要作用。