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基于能源路由器的多种能源形式的评价彭国平

发表时间：2020/5/9 来源：《电力设备》2020年第2期作者：彭国平

[导读] 摘要：能源互联网作为可再生能源应用的主要形式之一，目的在于为能源生产清洁化和高效化作出贡献。

         (广东明阳龙源电力电子有限公司广东中山 528437)
         摘要：能源互联网作为可再生能源应用的主要形式之一，目的在于为能源生产清洁化和高效化作出贡献。能源路由器可控制及优化能源互联网中的各项数据资源，在此基础上借助算法及能源优势，实现能源的最佳调度方案。对此，本文依据能源路由器的多种能源形式作为入手点，概述了能源路由器的发展及研究价值，分析了能源路由器多种能源的评价方式，为能源利用率的高效化作出贡献。
         关键词：能源互联网；能源路由器；光伏电能；评价
         在全球化及科学技术发展的前提下，能源不仅仅作为国家综合国力的体现，更是为人类的生产和生活带来了巨大的贡献。现如今，能源的存储量越来越少，且能源对环境的污染问题持续加剧。为解决这一现状，需大力发展可再生能源，如风能、太阳能等新能源技术。与此同时，新能源技术的发展将会面临着成本高、稳定性差等弊端。对此，能源互联网概念的提出可解决该弊端，其以新能源为基础，同时接纳可再生能源与储能装置，并依托实时通讯系统，把控电网状态的实时控制。能源互联网的功能体现与能源路由器设备息息相关，本文通过能源互联网的能源发电技术评价及能源调度模型作出分析，以提高新能源的利用效率。
         一、概述能源路由器的发展及研究价值
         21世纪发展阶段，伴随着电网互联区域的逐渐变革，促进了电网调度功能的可靠性与和自动性。与此同时，云计算、大数据、自动控制等技术云集，以此诞生了智能电网的研究与发展。美国学家在第三次革命中首次提出能源互联网。能源互联网是依据现有电网作为基础，并在先进的科学技术的带动下，可以实现清洁能源的共享与应用。说明能源互联网是基于互联网思维下的可再生能源的综合化调度与应用。能源互联网同智能电网相比，一方面，将可再生能源作为能量基础而不再应用化石能源，这对环境及人类的生存更占优势；另一方面，借助计算机等先进的电子技术和通讯技术，实时把控用电终端与用户端口，保证电网运行的可靠性及稳定性[1]。
         能源路由器作为能源互联网中能源调度的重要核心设备，其重要性不言而喻。目前，能源路由器实现能源信息实时交流、系统定制化以及用户基本需求等环节，比如，合理分配能源流动。面对分布式发电系统的用户，能源路由器对用户负荷及电量作出检测，若有剩余电量则向周围电网传输，根据电量的多少计算金额；若用户电量不足可使用公共电网的电能。另外，能源路由器既要提高电能质量，又要保证通讯的准确性和及时性。
         因此，能源互联网作为未来绿色能源的主要应用方向。通过能源路由器、通讯系统以及相应负载，实现能源控制、信息流动等基本功能。而能源路由器作为能源调度的主要功能体现，全方位优化资源配置，充分利用可再生能源，并提高能源利用效率。鉴于此，为实现这一目标，对能源路由器的多种能源形式作出评价，继而降低资金成本的投入，加快建设绿色可再生资源国家的宏伟蓝图。
         二、分析能源路由器涉及的几种能源评价
         （一）以风力发电角度的评价分析
         风能资源作为常见的一种自然资源，其流动性可以产生动能用来发电。但由于风能流动的速度含有不稳定性，而导致风力发电机的电能存在不可靠性，所以依据风速模型来反映或描述动能与势能的变化。在能量转化方面，即风力发电机组风轮将风能转换成机械能，而发电机装置则将机械能转换成电能，转化公式为：。风速在自然界中较有不确定性，通常采用异步发电机。异步发电机具有结构简单、自动控制等优势。
         在经济性方面，风力发电的能源来源于风能，故此，发电成本的70%主要为风力发电机设备的制造成本以及运行维护等。除了正常成本之外，风电系统还会受到风速的影响，势必会增加额外费用予以应对。另外，在风能资源丰富的三北地区，暴露出弃风限电的问题。原因在于该地区的经济发展程度不高，限制了风力发电机组的电能消耗，那么电能势必要经过远距离输送到负荷中心。但此过程在技术的劣势下，无法承担起大量风电的输送，与节能减排的基本举措相违背[2]。
         （二）以光伏发电角度的评价分析
         太阳能作为太阳热核反应的一种能源。随着科学技术的发展，可再生太阳能源的利用率越来越高。依据晶体硅或者太阳能薄膜的太阳能电池，寿命长达30年左右，且光伏发电站的运维成本较低。光伏型电池在工作中也会面临诸多因素，比如光照强度、周围环境等，对此建立工作状态与标准状态模型，即。
         在经济性评价方面，光伏发电技术的能源支撑为太阳能，其成本主要来源于60%的设备投资以及日后的维护等。光伏电站的转化效率以及使用寿命和发电能力之间息息相关，同样作为成本回报的重要方面。我国分布式光伏发电的建设大多集中在东部地区，而大型光伏发电站则集中在西部地区，根据各个地区的太阳能光照强度和用户电能需求统一调度。另外，影响发电成本的局限性因素为太阳能电池板的价格，在发电效率及单位面积价格方面，单晶硅类型电池板占据主要地位；在环境评价方面，据相关文献研究指出，并网式光伏发电站在整个寿命周期可消耗40MJ/MW左右的能量，并释放50g/kWh左右的CO2。总之，各地区在应用并网光伏发电站时，须按照光伏发电站的能力及时调整太阳倾角以及经纬度，以最大化电能的产生[3]。
         （三）以火力发电角度的评价分析
         火力发电技术体现在热电联产，该方式既能产生电能又能产生热能，方便不同领域的能源消耗。同时，热电联产技术体现的环境效益和社会效益优与热电分产。热电联产火力发电技术原理为，借助热电厂锅炉、汽轮机、发电机等设备，可将燃煤中的能量转化为蒸汽的内能，内能为汽轮机带动发电机工作提供了依据。而汽轮机的另一部分能量可以支撑供热。与普通火电厂相比，热电联产技术的能量利用率可高达70%以上。目前，大多数火力发电企业采用的汽轮机多为背压式或抽汽凝汽式。对于不同类型的汽轮机，在运行原理上也各有不同。为进一步体现汽轮机的应用特性，借助设备的耗汽量与功率之间的关

        在经济性评价方面，火力发电的成本为前期规划建设以及后期维护运行等。在前期设备规划建设时，需根据项目的可行性与资金的投占比，比如，厂房的建设，设备的采购，配电网络的线路安装等。后期维护运营成本包括燃料费用，设备维护，人力资源费用等。由于采用，热电联产，在成本回报上涉及热力与电力两部分的收入；在环境评价方面，火力发电采用的能源为煤类化石能源，其燃烧会产生烟尘、二氧化硫等污染物质，同时硫化物质的产生会对大气造成危害。烟尘的处理为采用电除尘的方式，虽然除尘率高达99.9%，但是排放到大气的烟尘物质含量依旧不容小觑。在二氧化硫的控制可采用氨水，降低二氧化硫的排放量。
        （四）以燃气系统发电角度的评价分析
        冷热电联供的热气系统以天然气作为主要发电能源，发电效率可高达70%左右。与传统的燃气机组发电相比，冷热电联供技术可以利用烟气的余热。实现能源的多级利用。在经济性评价方面，燃气机组的成本涉及两部分，一是前期成本投入；二是后期设备维护。天然气作为清洁型能源，在燃烧后产生的废气大多为二氧化碳和水。与火力发电厂相比，在污水和废气的治理中资金投入较少。另外，热电冷联产燃气机组对外供热与供冷技术，提高了能源的利用效率，综合热电效率可高达80%左右。
        总结：综上所述，能源路由器实现新能源综合调度，优化并改善能源的利用效率。对此，依据本文提出的几种能源形式，结合生产阶段的约束条件，得出在不同条件下燃料成本最低的方案。希望本文对能源路由器的多种能源形式评价，为同领域的研究人员提供借鉴价值。
        参考文献：
        [1]王福志.能源路由器中的能量评价体系及优化策略的研究[D].
        [2]韩肖清,米芝昌,任春光.一种基于Boost?Buck电路的多端口直流能源路由器.
        [3]徐文进,周桂新.基于分布式电源的能源路由器设计研究[J].电力系统保护与控制,2017(16).