能源互联网

1能源互联网分类：投资理财2014年4月24日08:24能源互联网是第三次工业革命的重要支柱，是将先进的互联网技术应用到能源领域，从而实现能源分布式供应的一种有效模式。能源互联网的主要特征为可再生、分布式、联起来、开放性和融进去。近年来，各国都在积极推进能源互联网战略，中国也试验性地提出了“智能能源网”，其使用预计使我国能源效率提升将在15%以上。信息通信技术是能源互联网载体，在互联网概念引导下，能源基础设施领域将产生深刻变革。能源互联网和智能化应用广泛，但在能源互联网“广域网”实现之前，垂直应用领域的“局域网”是主要应用场景。以互联网理念构建能源网络能源互联网是采用分布式能源收集系统，充分收集分散的可再生能源，再通过存储技术将间歇式能源存储，利用互联网和智能终端技术，使能量和信息能够双向流动的智能能源网络，实现能源在全网络内的分配、交换和共享。能源互联网把集中式、单向、生产者控制的能源系统，转变成大量分布式辅助、较少集中式以及更多消费者互动的能源网络。类似于信息互联网的局域网和广域网架构，能源互联网以互联网理念构建新型信息能源“广域网”，其中包括大电网的“主干网”和微网的“局域网”，双向按需传输以及动态平衡使用。2“微网”是能源互联网的基本组成元素，通过新能源发电、微能源收集、汇聚与分享以及微网内的储能或用电消纳形成“局域网”。大电网在传输效率等方面仍然具有无法比拟的优势，将来仍然是能源互联网中的“主干网”。能源互联网通过储能技术、能源收集技术及智能控制技术将有效解决可再生能源供应不持续、品质不稳定和难以接入电力主干网等问题，让可再生能源逐步成为主要能源，以减少污染物排放。能源互联网一旦实现，人类将获得充足的能源供应，信息技术、智能控制技术、能源收集技术、储能技术、动力技术等相关技术也将飞速发展，新能源、动力设备、智能产品、生产设备、新材料等领域将不断取得新进展。尽管国家电网公司已提出构建“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”，但坚强智能电网只是现有电网架构上通过信息化和智能化手段，解决设备利用率，安全可靠性、供电质量、新能源接入等基本问题；而能源互联网的不同在于采用互联网理念、方法和技术实现能源基础设施架构本身的重大变革，构建新型的信息能源融合网络。我们认为，能源和信息技术的融合将从根本上改变能源的生产和利用方式，从而形成能源供应向分散生产和网络共享的方式转变的大趋势。能源互联网具有可再生、分布式、联起来、开放性以及融进去特征。可再生能源是能源互联网的主要能量供应来源。可再生能源发电具有间歇性和波动性的特征，其大规模接入会对电网的稳定性产生冲击，从而促使传统的能源3网络转型为能源互联网。由于可再生能源的分散特性，为了最大效率地收集和使用可再生能源，需要建立就地收集、存储和使用能源的网络，这些能源网络单个规模小、分布范围广，每个微型能源网络构成能源互联网的一个节点。大范围分布式的微型能源网络并不能全部保证自给自足，需要联网进行能量交换才能平衡能量的供给与需求。能源互联网将分布式发电装置储能装置和负载组成的微型能源网络互联起来，而传统电网更关注如何将这些要素接进来。能源互联网的基础设施建设不能完全摒弃已有的传统电网。特别是传统电网中已有的骨干网络投资大，在能源互联网的结构中，应该考虑对传统电网的基础网络设施进行改造，并将微型能源网络融入到改造后的大电网中，形成新型的大范围分布式能源共享互联网络。各国积极推进美国最早提出了能源互联网概念。2008年，美国国家科学基金(NSF)在北卡州立大学建立了未来可再生电力能源传输与管理系统(TheFutureRenewableElectricDeliveryandManagementsystem，FREEDM)，提出能源互联网概念，希望将电力电子技术和信息技术引入电力系统，在未来配电网层面实现能源互联网理念。2011年2月，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6美分/kWh.Sunshot计划若成功实现将使能源互联网的实现成本极大降低。4欧洲等国也在能源互联网领域积极探索。从2000年起，欧盟就开始大规模推进碳减排计划和政策，加速未来新经济和能源模式朝可再生能源的循环清洁模式转换。欧洲各国制定了目标和基准，形成了主流的第三次工业革命。2011年，欧盟发布“能源基础设备”战略报告，提出将欧盟各个国家的电网、气网等能源网络连起来，建成跨欧洲的能源互联网战略构想。英国政府也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备等建设项目上。德国通过信息化积极构建能源互联网。2008年，德国联邦经济技术部与环境部在智能电网基础上推出为期4年的技术创新促进计划E-Energy，提出打造新型能源网络，实现综合数字化互联以及计算机控制和监测的目标。2011年8月，德国第六能源研究计划决定2011-2014年拨款34亿欧元，重点资助与能源互联网相关的关键技术，包括可再生能源、能源效率、能源储存系统、电网技术以及可再生能源在能源供应中的整合等。我国也试验性地推出了智能能源网，通过将不同能源品种网络有机整合，形成跨能源品种的能源生产、流通(交易)、消费网络。据测算，智能能源网将使我国能源效率提高15%以上。国家电网在《特高压交直流电网》中指出，特高压电网不仅是传统意义上的电能输送载体，还能与互联网、物联网、智能移动终端等相融合，成为我国未来的能源互联网平台。近年来，新奥集团提出泛能网概念，利用智能协同技术，将能源网、物质网和互联网耦合形成“能源互联网”。泛能网由基础能源网、传感控制网和智慧互联5网组成，将燃气分布式能源、浅层地水源热能、太阳能、风能、工业余能、温差能等各种新能源高效集成形成泛能站，按照终端用户的需求将区域多种类的可再生能源和化石能源高效转换为冷、热、电等不同种类和品位的适用能量，形成清洁能源循环生产、多种能源有序配置的能源网。核心技术有待突破能源互联网对现有技术提出了更高要求。能源路由器是能源互联网实现的核心，但能源的路由器比信息路由器要复杂得多，主要体现在存储和控制的难度上。储能相当于能源互联网中的缓存，经济可行的大规模储能仍然是技术难点，效率、充放电次数、成本、容量等问题还有待解决。电力电子技术是实现能源互联网控制的主要手段，按照用户的需要以指定电压和频率控制电力的传输技术仍有等攻克。能源互联网可分为五层，分别为支撑层、感知层、传输层、平台层、应用层。支撑层构建完备的技术支持体系，包括物联网协同感知技术、样本库共性技术、自治组网技术、传输模块仿真技术和TD网融合技术。在感知层，信息采集方式主要包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、各种类型传感器(声、光、电、热、压、温、湿、振动、化学、生物等类型)和光纤探头等。传输层涵盖了网络通信全产业链，包括网络通信芯片设计与制造、网络通信模块/终端制造、网络通信基础设施制造、网络通信运营、网络通信软件/中间件设计、网络安全系统解决方案提供、网络系统解决方案提供等。平台层主要承载各类应用并推动其成果的转化。应用层主要包括智能安防、智能环保、智能交通、智能农业、智能医疗等。6据CCID-MRD预测，“十二五”期间我国传感器与敏感元件年均市场需求增长率将达31%，市场规模有望由2010年的600亿元提高至2015年的1000亿元以上。此外，变频空调等产品推广对传感器的需求较传统产品多增加3-4个/每台，预计该领域仍将实现较快增长。在各类传感器中，流量传感器、压力传感器、温度传感器近几年来一直保持持续稳定增长的态势，三者占据了各类传感器市场一半以上的份额，分别为21%、19%、和14%。其中，温度传感器作为应用最为广泛的传感器之一，在2012年达到78亿元的市场规模。未来，工业自动化、汽车电子和可穿戴设备等应用将是驱动传感器快速增长的重要引擎。高工产研预测，到2015年，温度传感器市场规模将达到156亿元。智能仪表作为传感器下游应用，正向智能化发展。智能仪器仪表计量系统通过采用传感技术进行计量，采用现代CPU技术和嵌入式程序技术进行计算，采用智能IC卡技术或者有/无线远传技术进行记录和传输。信息管理系统与之配合，可实现仪表数据自动抄录及程序控制，进而可实现水、气、热、电等的自动计价、自动缴费和远程控制。此外，基于智能仪器仪表的自动化和可编程特性，其发展可大大助力水、气、热价格改革的推进，为阶梯计价提供智能化、一体化解决方案。在储能领域，中国储能产业经过近几年的发展，已经逐步引起政府主管部门的重视。早在2009年9月，国家电网旗下的新源控股有限公司与河北张家口就签订了协议，在张北、尚义县风电场建设国内首个风光储能示范项目，总投资200亿元以上，建设500MW风电场，100MW光伏发电站，110MW储能装置。其中一期7工程投资32.2亿元，于2011年12月25日建成投产，包括风电98.5MW、光伏40MW和储能20MW。随着国家示范项目展开，大容量储能系统有望在未来几年开始大规模建设，抢先布局的企业有望获得丰厚收益。目前主要的储能方式分为物理储能、化学储能和超导储能等。其中物理储能方式主要有抽水蓄能、压缩空气蓄能和飞轮储能。化学储能技术主要有铅酸电池、液流电池、钠硫电池、超级电容器、金属空气电池、二次电池(金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池)等。我们认为，在100MW级以上的主网级别储能市场中，抽水蓄能在目前和未来很长一段时间内都是毋庸置疑的王者，其已经证明了在该领域的经济性和可行性。在100kW-10MW级别的储能应用领域中，我们更看好化学储能技术，特别是钠硫储能电池和液流储能电池。其中，液流技术包括多硫化钠溴液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池和全钒液流电池等。目前技术比较成熟的是锌溴液流电池和全钒液流电池，而钠硫电池目前只有日本的NGK实现了商业化。上海硅酸盐所是目前国内唯一从事钠硫电池研究的机构，但离商业化还有一定距离。储能钠硫电池已被列为国家和上海市的重点发展方向。液流电池不受地域等条件限制，只要有新能源发电设备的地方就能安装，而且占地面积相对较小。相比于传统的铅酸电池等常规电池而言，液流电池的理论循环寿命更长，安全可靠性高，能量密度高，一次性投入低。传统电力变压器不能对电压和电流进行连续调节和综合控制，电力电子变压器对能量转换与控制极具意义。电力电子变压器主要由电力电子变换器高频变压器8和控制器等组成，其中由IGBT或IGCT等高频大功率电力电子器件组成的电力电子变换器是电力电子变压器的核心。我国从事电子变压器研究、开发生产的单位已超过2000家。从事电力电子变压器业务的公司主要有荣信股份、许继电气、国电南瑞、国电南自、天威保变、特变电工、中国西电等。信息通信技术作为能源互联网的技术发展载体，能够解决能源技术本身面临的瓶颈和可持续发展等重要问题。我们认为，能源互联网不仅是电网的信息化和智能化，更是互联网概念引导下的能源基础设施变革，最终实现信息能源基础设施的一体化进程。垂直“局域网”开始应用在能源互联网“广域网”实现之前，垂直应用领域的“局域网”是主要应用场景。坚强智能电网以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，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。国网计划2009-2020年投入3.45亿元分阶段建设坚强智能电网，其中智能化投资3841亿元。2009-2010年为规划试点阶段，2011-2015年为全面建设阶段，2016-2020年为引领提升阶段。其中，厦门岛将建设的主动配电网，具有能源互联网示范意义。2014年3月，由国网福建电力公司、国网福建电科院为主承担的“主动配电网关键技术研究及示9范”项目正式启动。该项目是国家863计划先进能