能源互联网与新产业革命

国防科学技术国防科学技术大学大学新产业革命与能源互联网新产业革命与能源互联网杨学军院士、查亚兵教授杨学军院士、查亚兵教授一、背景情况二、技术体系三、思考建议主要内容一、背景情况二、技术体系三、思考建议主要内容能源问题面临双重挑战能源问题面临双重挑战vs能源需求截至2050电力需求截至2030二氧化碳排放以避免到2050年发生显著的气候变化现状现状目标目标第三次工业革命即将来临第三次工业革命即将来临o第二次工业革命已经日薄西山o建立在互联网和新能源、新材料、新制造相结合基础上的“第三次工业革命”即将来临o人类进入可持续发展的后碳时代的希望o人类避免灾害性气候变化的希望中国如何应对第三次工业革命中国如何应对第三次工业革命拥有世界五分之一人口的中国如何抓住机遇，在风雷激荡的第三次工业革命中有所作为，是当前中国需要思考和解决的重大问题。能源互联网是充分利用可再生能源的有效方式能源互联网是充分利用可再生能源的有效方式大规模可再生能源发电大规模储能站楼顶太阳能发电墙面地面太阳能发电小型分布式发电装置小型储能器家庭小型能源系统就地收集就地存储就地使用第三次工业革命杰里米·里夫金在他的《第三次工业革命》一书中把“能源互联网”看成第三次工业革命的五大支柱之一能源互联网能源互联网是第三次工业革命五是第三次工业革命五大支柱之一大支柱之一在兼容传统电网的基础上，可以充分、广泛和有效地利用分布式可再生能源、满足用户多样化电力需求的一种新型能源体系结构如何理解能源互联网---管理者视角电力供应商电力供应商p一个能够与消费者互动的、存在竞争的能源消费市场p只有提高服务（电力）的质量（价格、稳定性等），才能赢得市场竞争能源互联网提供电力服务提供电力服务获取利润获取利润如何理解能源互联网---运营者视角不仅具备传统电网所具备的供电功能，还为各类消费者提供了一个可以进行能源共享的公共平台能源互联网反馈剩余电力反馈剩余电力接收电力服务接收电力服务反馈剩余电力反馈剩余电力接收电力服务接收电力服务住宅用户住宅用户企业用户企业用户智能大厦智能大厦如何理解能源互联网---消费者视角智能电网一个完全自动化的电力传输网络，它能够监视和控制每个用户和电网节点，保证电厂与终端用户之间整个输配电过程中所有节点之间的信息和电流的双向流动--------美国能源部Grid2030以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网------国家电网公司坚强智能电网研究工作组o能源互联网特征1.可再生：以可再生能源为主2.分布式：大规模分布式能量收集和存储3.联起来：传统上更关注“接进来”4.开放性：扁平对等、双向流动、即插即用5.融进去：与传统电网融合能源互联网是智能电网的一种实现形式Internet式的智能电网=能源互联网能源互联网的定义能源互联网是通过先进的电力电子技术、信息技术和智能能量管理技术，将大量由分布式能量采集装置和分布式能量储存装置构成的新型电力网络节点互联起来，实现能量和信息双向流动的能量对等交换与共享网络---国防科技大学能源互联网研究小组新型制造技术–3D打印入选《时代》周刊网站11月2日揭晓了2012年25项最佳发明新型制造技术–3D打印p分层加工、迭加成形--工作原理与普通打印机基本相同p需求者就是设计者--满足个性化和多样化需求p2011年11月在欧洲模具展中当场“印制”了一把有整洁的仿木手柄和金属锤头的锤子p生活用品、交通工具、武器、人体器官p生产模式转型--集约到分布、分工协作、创造力、想象力能源互联网可有效支撑生产模式转型传统制造技术集中式能源供应体系集约式生产模式现代电网分布化可再生能源供给体系新型制造技术生产模式和商业模式分布化能源互联网o2011年2月4日，美国能源部发起Sunshot计划，拟在2020年前将太阳能光伏系统总成本降低75%，达到每千瓦时6美分。Sunshot计划若成功实现将使能源互联网的实现成本极大降低，具备经济上的可行性o2011年6月13日，美国白宫宣布实施一系列新的计划，以加速国家电力基础设施的现代化，支撑与能源互联网紧密相关的电网创新项目（如FREEDM系统），并推进清洁能源经济转型美国积极支持与能源互联网紧密相关的创新项目o2011年，欧盟发布了“能源基础设施”的战略报告，提出了将欧盟各个国家的电网、气网等能源网络联起来，建成跨欧洲的能源互联网的战略构想o欧洲议会正在用立法的方式确立能源互联网在完成欧盟节能减排和可再生能源利用中的地位欧盟正在用立法的方式确立能源互联网的地位o德国2011-2014年计划拨款34亿欧元，重点资助与能源互联网相关的关键技术，包括能源储存技术、电网技术以及可再生能源等领域o英国政府积极对以能源互联网为核心的第三次工业革命进行政策支持，将能源互联网落实到电动汽车和电网基础设施的建设项目上其他国家也在积极推进能源互联网发展Google投资大西洋风力传输（AWC）计划通过海底电缆连接美国东岸多地的风力发电机组，确保其各大数据中心能有稳定、安全的新能源供应能源互联网也是破解新能源产业困境的重要途径建设能源互联网基础设施，以此为支撑推动第三次工业革命经济。如果做到这一点，中国目前巨大的新能源潜力，如光伏、锂电的产能和丰富的风光水电资源，将被极大释放和充分利用，这将在很大程度上解决目前中国新能源产业面临的困境---里夫金o在美国和欧盟对中国光伏产品纷纷进行“双反”的背景下，涉及多部委局等相关方面的光伏扶持政策近期陆续出台，总额度超过700亿元的工程也将启动，旨在开启国内光伏发电市场、扶持光伏产业o在中国对欧盟光伏产品亮红灯——宣布“双反”调查的同时，对国内的光伏分布式电站并网开了绿灯，后者显然更有助于这个行业的复苏和长足发展中国有关光伏扶持政策近期陆续出台o分布式光伏：黑暗中的唯一曙光o光伏发电成本已经接近甚至在有些地方还低于传统火电的价格，目前正处于太阳能发电大规模爆发的转折点。2018年左右，传统能源和新能源可达到平价o在美国加州，尤其在夏季，家庭用电价格每度38美分，而太阳能发电可以做到每度电12美分o目前我国火力发电的上网电价大致在0.4元/千瓦时，相比之下，国内光伏平均上网电价成本仍高出一倍以上。究其原因，和中国光伏式电站建设以及光伏发电并网标准的姗姗来迟不无关系2012.11.32012.11.3，麻省理工，麻省理工《《科技创业科技创业》》文章文章首届中国能源互联网发展战略论坛首届中国能源互联网发展战略论坛新工业革命国际论坛将于明年4月召开o主题：数字制造、能源互联网和高性能计算o主办：国防科学技术大学、中国科学院信息技术科学部o协办：英国曼彻斯特大学o会议时间和地点n时间：2013年4月11-12日n地点：中国山西省五台山风景区五峰宾馆（五星）o已经确认的国外特邀报告专家n英国皇家科学院、皇家工程院院士、剑桥大学大卫.华莱士教授；英国皇家科学院院士、剑桥大学麦克.佩恩教授；英国《经济学家》杂志编辑保罗.麦基里先生；美国田纳西大学JackDongarra；英国曼彻斯特大学袁学锋博士。主要内容一、背景情况二、技术体系三、思考建议大电网风力发电住宅用户工业用户小型储能商业用户~_~~光伏发电微微电电网网微电网是能够独立运行或者作为一个整体与公共大电网联网的分布式供电系统微电网微电网是新型的电网网络节点是新型的电网网络节点~_微电网可小到每家每户微电网可小到每家每户能源互联网的一个典型的节点结构智能能量管理设备负载负载负载负载400V直流总线120V交流总线分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置交流交流直流直流分布式分布式储能装储能装置置直流直流直流直流智能故智能故障管理障管理储能装置储能装置智能故智能故障管理障管理分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置直流直流直流直流12kV交流总线标准的即插即用接口节点与网络断开时孤岛运行能量路由器智能能量管理设备负载负载负载负载400V直流总线120V交流总线12kV交流总线分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置交流交流直流直流分布式分布式储能装储能装置置直流直流直流直流分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置直流直流直流直流智能故智能故障管理障管理储能装置储能装置智能故智能故障管理障管理节点与网络连接时并网运行能源互联网的一个典型的节点结构智能能量管理设备负载负载负载负载400V直流总线120V交流总线12kV交流总线分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置交流交流直流直流分布式分布式储能装储能装置置直流直流直流直流分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置直流直流直流直流智能故智能故障管理障管理储能装置储能装置双向能量流双向能量流放电放电充电充电发电发电用电用电智能故智能故障管理障管理能量路由器控制下的能量流智能能量管理设备负载负载负载负载400V直流总线120V交流总线12kV交流总线分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置交流交流直流直流分布式分布式储能装储能装置置直流直流直流直流分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置直流直流直流直流智能故智能故障管理障管理储能装置储能装置负载状态充放电状态发电状态储能状态子网状态双向信息流双向信息流智能故智能故障管理障管理子网状态通信网络引导能量流的状态信息流通信网络智能能量管理设备负载负载负载负载400V直流总线120V交流总线分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置交流交流直流直流分布式分布式储能装储能装置置直流直流直流直流分布式分布式可再生可再生能源发能源发电装置电装置直流直流直流直流智能故智能故障管理障管理储能装置储能装置开关或调节指令充放电率调节发电控制指令故障控制信息双向信息流双向信息流智能故智能故障管理障管理故障控制信息12kV交流总线控制能量流的指令信息流400VDC区域能源互联网典型配置智能能量管理设备IEMIEM负载负载LOADLOAD储能储能装置装置ESDESD智能故智能故障管理障管理IFMIFM智能故智能故障管理障管理IFMIFM智能能量智能能量管理设备管理设备IEMIEM智能能量智能能量管理设备管理设备IEMIEM分布式可分布式可再生能源再生能源DRERDRER分布式储分布式储能装置能装置DESDDESD负载负载LOADLOAD分布式可分布式可再生能源再生能源DRERDRER分布式储分布式储能装置能装置DESDDESD用户界面用户界面120V480V400VDC12kVAC分布式电网智能分布式电网智能DGIDGI智能故智能故障管理障管理IFMIFM神经网络血管基础研究使能技术能源互联网系统系统理论系统理论先进电力先进电力半导体半导体先进存储先进存储理论理论安全可靠安全可靠通信技术通信技术分布式分布式电网智能电网智能故障隔离故障隔离技术技术固态变压固态变压器技术器技术分布式分布式储能技术储能技术可可再再生生清清洁洁能能源源社社会会传统电网理论支撑技术推动基础理论需求技术需求实现能源互联网的关键技术DESDIEMIEMIEMIFMDRER信息科学信息科学能源技术体系系统规划技术体系信息通信信息通信技术体系技术体系--智能计量智能计量--信息平台信息平台--人工智能人工智能--分布计算分布计算--高性能计算高性能计算--通信网络通信网络…………能源互联网技术体系管理与调度技术体系管理与调度技术体系––复杂网络复杂网络––系统管理系统管理––资源优化资源优化––综合调度综合调度…………安全与防护技术体系––网络攻防网络攻防––故障诊断故障诊断––自保护自保护––可靠性安全性可靠性安全性…………常规能源技术－常规火电－燃气发电……智能输电变电大容量储能技术大容量储能技术--抽水储能抽水储能--化学储能化学储能--燃料电池燃料电池--飞轮储能飞轮储能…………大规模新能源技术大规模新能源技术--太阳能发电太阳能发电--风力发电风力发电--水力发电水力发电--核能发电核能发电…………智能输电变电智能