智慧能源城市系列——智慧能源城市与能源互联网

2022-12-23

摘要：智慧城市是城市未来的发展趋势，智能能源为智能城市的发展提供了基础。城市形式的变化总是与能源的支持是分不开的。城市智能的核心点是智能能源的发展。本文的重点是智能城市的能源水平。

1.什么是智能能源城市？

智慧城市的概念首先来自美国 IBM 公司 2008 智慧地球的概念11月提出。按照 IBM 公司的定义，智能地球包括以下三个特点：第一，能够感知和衡量世界的本质和变化；第二，世界更全面地相互联系；第三，一切、过程和运营模式都更加智能，实现更智能的洞察力。智慧地球的核心是利用新一代信息技术，以智慧的方式改变人类的互动，提高互动的清晰度、效率、灵活性和响应速度，使政府、企业和公民能够做出更明智的决策。IBM公司首席执行官彭明盛认为，智能地球应该包括智能医疗、智能交通、智能电力、智能食品、智能货币、智能零售、智能基础设施、智能城市等。

其中，智慧城市往往与数字城市、感知城市、无线城市、智能城市、生态城市、低碳城市等区域发展理念相交叉。各行各业对智慧城市概念的解读往往根据其不同的行业有自己的重点。有人认为关键在于技术应用，有人认为关键在于基础设施建设，有人认为关键在于创新，有人认为关键在于智慧效应。根据不同的重点，智慧城市被广泛定义。城市形态千变万化，始终离不开能源的支持，城市智慧，核心点是发展智慧能源。本文的重点是智慧城市的能源水平，我们称之为智慧能源城市。

智慧能源城的重点是智慧能源城能源是我们通常所说的智能能源。智能能源的定义是：利用互联网、物联网等新一代信息技术实时监控、分析能源生产、存储、运输和使用，在大数据、云计算的基础上进行实时检测、报告和优化，形成最佳状态、开放、透明、分散、广泛的自愿参与综合管理体系，利用综合管理体系获得新的能源生产和利用形式。能源互联网是智能能源实现的组织模式和形式。

能源互联网的概念在能源行业形成了广泛的共识，已成为促进能源革命和确保能源可持续供应的重要因素。根据规模，可分为城市能源互联网和全球能源互联网。城市能源互联网可以理解为智能能源城市血管与神经系统的结合，为城市能源和信息的流通提供载体。城市能源互联网无疑应该通过城市能源清洁、区域、智能和互联网转型升级来实现。

城市能源互联网的建设，将解决城市能源和电力平衡的瓶颈，促进各种能源和电力转化，提高清洁能源在供给侧和消费侧的比例，优化城市能源结构，提高能源利用效率，促进清洁能源的开发利用，最终实现城市能源消费的基本无碳化。

因此，可以说，能源互联网（特别是城市能源互联网）是促进城市快速稳定发展、科技创新、城市信息化发展、创造更好用户体验的保障，最终实现智慧城市。

二、为什么要建设智能能源城市？

2016年世界城市状况报告（The World Cities Report）》指出，世界五分之一的人口居住在目前排名前600的主要城市，对全球国内生产总值的贡献高达60%。据联合国人口基金会介绍，到2030年，约66%或50亿人口将在城市。全球人口超过1000万的超级城市将从2016年的28座增加到2030年的41座。这无疑会给城市交通、食品供应、给排水和废物管理以及最关键的能源供应带来前所未有的压力。城市人口的快速发展将是城市建设和管理的巨大挑战，但也是改善数十亿人生活的重要机遇。面对这一挑战，世界各地的工程师都在努力利用各个层面，利用各种数字智能技术，努力建设智能城市，解决未来的城市危机。

能源是现代社会发展的血液。作为社会进步的动力，第一次工业革命和第二次工业革命将继续推进。然而，由于化石能源的枯竭和能源面临的革命，能源利用的科学管理非常重要。通过建立智能能源管理体系，在能源需求侧实施有效、按需的能源管理和利用体系，将大大提高能源利用效率，避免无效的能源浪费。随着互联网技术的快速发展、人工智能的普及、新能源的成熟和储能技术的发展，有可能建立一个高效、智能的能源管理系统。

随着分布式能源基础设施的增加，能源生产结构越来越复杂，随着城市的扩张，用户侧能源曲线更加动态，能源数据无论是数量、类型还是动态随机性，远比传统能源时代，只有人力不能及时、有效、准确地判断和控制分布式能源供需曲线，此时需要有效的辅助工具人工智能，做海量数据优化、分析、判断、决策，而不是人脑发出指令。因此，人工智能将在能源互联网中得到很好的应用，以支持能源互联网的发展。

　　在能源互联网的帮助下，人们可以利用探测系统实时监控城市电力数据，结合大数据分析，通过智能电网自动调节电力质量；利用新材料和新设计技能建造的智能建筑，结合数字技术构建智能社区，提高各种能源系统的效率，减少能源浪费；屋顶太阳能电池板、小型风力发电机、地热发电、新能源汽车和储能系统构建智能微网和城市分布式能源系统，实现新能源自给自足。

能源互联网将实现新能源产业创新、光伏、风电、地热、生物质能等新能源，因地制宜地整合到城市能源结构中，利用智能系统准确部署，弥补新能源随时空变化的不足，确保新能源的有效供应，为传统能源的可持续利用提供保障。

能源互联网的关键技术有哪些？

能源互联 ** 键技术包括但不限于新能源发电技术、先进电力电子技术、先进储能技术、先进信息技术、需求响应技术、微网技术，还包括关键设备技术和标准化技术。

新能源发电技术

新能源发电包括风能、太阳能电，如风能、太阳能和生物质能。新能源发电技术包括各种高效发电技术、运行控制技术、能量转换技术等。在新能源发电技术方面，研究规模光伏发电技术、太阳能集热发电技术、变速恒频风力发电系统、微型燃气轮机分布式电源技术、燃料电池功率调节技术、谐波抑制技术、高精度新能源发电预测技术、新能源电力系统保护技术、电力转换设备、资源深度利用技术、智能控制和群控优化技术和综合优化技术。同时，结合微型燃气轮机发电、小型储水电厂等发电技术，可以有效利用能源，最大限度地减少新能源发电带来的不稳定性。

先进的电力电子技术

先进的电力电子技术包括高压、大容量或小容量、低损耗电力电子设备技术、控制技术和新设备技术。以SiC、GaN以宽禁带半导体材料为代表的发现，使人类的反向截止电压超过20kV限制成为可能。由新型半导体材料制成的新器件(如SiC和Si与半导体设备相比，半导体设备具有开关损耗低、耐高温、反向截止电压高的特点，可能成为新一代高压、低损耗、大功率电力电子设备的主要组成部分。在控制策略方面，由于数字信号处理器性能的升级，系统控制策略灵活多样。各种非传统控制策略，如模糊控制、神经网络控制、预测控制等控制技术，能够适应电网临时过程的复杂控制策略，整合了一系列软开关控制方法、系统级并联控制方法、重复控制、故障检测等复杂算法DSP大大提高了新型电力电子设备的灵活性和系统的可靠性。

储能技术先进

先进的储能技术包括压缩空气储能、飞轮储能、电池储能、超导储能、超电容器储能、冷热储能、氢储能、P2G等储能技术；在物理形式上，包括可用于大电网峰值调整和频率调整辅助服务的储能设备，以及家庭、建筑和公园级的储能模块。风电、光伏等可再生能源发电设备的输出功率会随环境因素而变化，储能装置可以及时储存和释放能量，保证供电的可持续性和可靠性。超导储能和超电容储能系统可有效改善风电输出功率和系统频率波动，实现平滑风电输出功率和参与电网频率控制的双重目标；压缩空气储能是能够实现大规模、长能储存的储能技术之一。储能技术和新型节能材料在电力系统中的广泛应用，将对传统电力系统的发电、输电、配电、用电等环节产生根本影响，是电力技术研发的关键方向。

先进的信息技术

先进的信息技术由智能感知、云计算和大数据分析技术组成，代表了能源领域信息技术的发展方向。能源互联网开放平台是利用云计算和大数据分析技术构建的开放管理和服务软件平台，实现数据收集、管理、分析和互动服务功能，支持电力交易、新能源配额交易、分布式电源和电动汽车充电设施监控和运行维护、节能服务、互动电力、需求响应等新业务。

1)数字测量技术。智能感知技术包括数据感知、采集、传输、处理、服务等。智能传感器获取能源互联网中输配电网、电气化交通网、信息通信网、天然气网的运行状态数据以及用户侧各种网络能源设备、分布式电源和微电网的运行状态参数。传感器数据经过处理、收集和分析，提供了改进的控制策略。IEC微信、IEEE1888等标准可作为数据采集和传输标准的参考。利用基于IPV6.开放式多服务网络系统支持端到端业务，实现用户与电网的互动，实现各种智能设备的即插即用。除智能电表外，还支持其他非电表设备的无缝接入。

2)云计算技术。云计算(cloudcomputing)计算资源(包括网络、服务器、存储、应用和服务等。)可以通过网络随时随地、按需、方便地获取，提高其可用性，实现随时、随地、随身的高性能计算[46-47]。互联网营销技术包括实现互联网营销的电子商务平台技术和相应的营销模式；能源互联网将支持B2B(business to business)、B2C(business toconsumer)、C2C(customer to consumer)利用互联网强大的互联能力，支持各种市场实体的交易活动，如发电商(包括分布式电源和微网运营商)、网络运营商、用户、批发或零售电力公司。

3)大数据分析技术。大数据是指传统数据库软件工具在一定时间内无法提取、管理和处理其内容的数据 ** 。管网安全监控、经济运行、能源交易、用户电能计量、燃气计量、分布式电源、电动汽车等新负荷数据的访问将远大于智能电能表数据。从大数据处理过程来看，大数据关键技术包括：大数据采集、大数据预处理、大数据存储与管理、大数据分析、大数据显示与应用（大数据检索、大数据可视化、大数据应用、大数据安全等。

需要响应技术

需求响应是指用户对电价或其其他激励，改变用电方式。通过实施需求响应，不仅可以在短时间内减少负荷需求，还可以在未来一定时间内调整负荷，实现峰值移动和填充。除了相应的技术支持外，该技术还需要制定相应的电价政策和市场机制。一般来说，需要建立需求响应系统，包括主站系统、通信网络和智能终端，实现电价激励信号、用户选择和执行信息的双向交互，实现用户负荷自主可控的目的。在能源互联网中，优化调度各用户侧需求响应资源将提高能源综合利用效率。

微能源网技术

微能源网络是指可以与公共能源网络连接并独立运行的城乡社区或公园、工厂和学校的微能源网络。微能源网络实现可再生清洁能源发电、灵活方便的充电设施、太阳能、生物质发电或氢能等可再生能源通过能源路由器进入微能源网络。各种可再生能源发电可由个人和企业以多种方式建设和运营。当然，节能服务模式的建设和运维微能源网络应该是一种重点探索的方式。微能源网络的主体实现了电力、发电、电力销售等业务的整合。微能源网将为绿色城镇化和美丽乡村建设树立榜样。微能源网络的主要技术包括多能源协调规划、多能源转控制与管理、分布式发电预测等。

标准化技术

能源互联网标准体系可由规划设计、建设运营、运维管理、交易服务等标准组成。能源互联网首先需要建立标准体系，逐步推进标准体系建设。能源互联网涉及多种设备、系统和接口，首先是能源互联网开放平台标准，包括接口标准。能源互联网涉及各种能源转换、交易、服务和多元化市场实体。必须跟进相应的技术标准和能源贸易法规，以确保能源互联网的正常运行。

参考资料：

能源互联网发展及关键技术分析

智慧能源催生城市能源精细化管理新机遇

中国智慧能源产业发展报告-2014

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