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如何基于能源互联网的特点理解“源-网-荷-储”互动运行？“源-网-荷-储”互动调控又将为支持能源互联网智能、高效和绿色运行提供哪些技术思路和解决方案？
能源互联网具有哪些特点
能源互联网代表电网发展的更高阶段，是以电为中心，以坚强智能电网为基础平台，将先进信息通信技术、控制技术与先进能源技术深度融合应用，支撑能源电力清洁低碳转型和多元主体灵活便捷接入的智慧能源系统。具体而言，能源互联网具有哪些特点？
绿色低碳是能源转型发展的根本理念。建设能源互联网能够在能源生产、传输、消费等各环节实现低碳环保目标，保障清洁能源充分消纳。
安全是能源发展的基本要求。能源互联网系统结构坚强、安全可靠，安全态势感知能力、预防抵御事故风险能力和自愈能力强。
能源互联网各环节广泛互联，能源网络分布宽广，集中式、分布式等各类设施及主体能够广泛接入，跨地域、跨能源品种互通互济，能源系统与信息系统、社会系统可实现融合发展。
能源互联网能够有效推动电力、冷、热、气及可再生能源等不同形式的能源互联互动，能源配置和综合利用效率高、经济效益好；不同能源间协同优化、有效互补，源网荷储协调，各类主体友好互动。
能源自由互联与共享将是未来能源互联体系的全新运营模式。能源互联网具备灵敏感知、智慧决策、精准控制等能力，数字化、智能化水平高，各类设施“即插即用”。构建基于能源互联网的新型综合交易体系，打造开放式能源互联交易平台，可以实现各类能源平等交易与共享，服务用户多元需求，推动市场开放，打造共赢生态。
能源互联网以坚强网架为基础、以信息平台为支撑、以智能控制为手段，能够承载资源优化配置，可有效支撑可再生能源大规模开发利用和各种用能设施“即插即用”，从环节上实现“源-网-荷-储”协调互动，从服务上保障个性化、综合化、智能化服务需求，促进能源生态圈形成和新业态、新模式发展。
促进新能源主动消纳提升电力系统平衡调节能力
源-网-荷-储资源广泛存在于能源互联网各个环节，具有参与主体数量众多、分布分散且源荷双侧不确定性强等特点。唯有在调度层面把握和控制电源、电网、负荷和储能之间的互动，才能提高能源互联网的安全性和经济性。可以说，“源-网-荷-储”互动调控相当于能源互联网的智慧大脑。
为了引导“源-网-荷-储”互动，调度层面应借助物联网、5G、大数据、人工智能、区块链、移动互联等支撑技术，构建“源-网-荷-储”互动调控体系。这一体系包括两个层面：充分认识互动对象，分析其互动特性，建立互动模型，并计算互动对象的互动潜力，以及在不同的市场机制、外界环境下能发挥出多大的响应能力；提升不确定性环境下的分析和调控能力，掌握“源-网-荷-储”互动环境下的电网安全分析方法，突破协同优化技术和互动控制技术等，从整体上把握互动环境下电网调控运行分析方法的脉络，攻克互动领域的基本理论问题与关键性技术。
“源-网-荷-储”互动有利于提高新能源消纳水平，提升不确定性增强条件下电力系统的平衡调节能力。实际应用中，“源-网-荷-储”互动调控将在哪些能源互联网场景中发挥作用？
“源-网-荷-储”互动调控可通过源源互补、源荷互动等形式，结合电源侧不同类型间的协调互补特性、柔性负荷的灵活可调节特性和储能资源的充放电特性等，在新能源大发时鼓励负荷多用(储存)电，提高新能源的主动消纳能力。
互动调控可促进削峰填谷，即通过源网协调、网荷互动、网储互动等形式，采用实行峰谷分时电价和开发利用可中断负荷等手段，以市场机制引导负荷侧的用电行为，在不影响用电体验的前提下给电网增加额外的平衡资源。这有利于减少电网峰谷差，尤其可以解决电网短时尖峰负荷问题。以华东电网为例，若基于源网荷储互动运行，可有效削减短时尖峰负荷万千瓦，显著提高电网投资效率。
当受新能源大发、负荷快速攀升、电网事故等因素影响导致系统备用不足时，源荷互动、网荷互动、网储互动可通过负荷和储能侧的灵活调节解决电力平衡难题。
互动调控还可提升电网事故应急处置能力。在跨区电力通道发生故障、失去大电源等大功率缺失的极端状况下，仅靠发电侧的调节能力不能满足全网功率平衡的需求。此时，精准切负荷、网荷互动、网储互动可将电网的故障处置调控资源扩大到海量的柔性负荷，调用全网可调节资源共同参与事故处置，有助于保障电网安全稳定运行。
“源-网-荷-储”互动调控有利于电源侧减少发电煤耗，提高新能源消纳水平；促进电网削峰填谷，保证电网安全经济运行；有利于减少负荷被动切除，提高用电满意度。应注意的是，实现“源-网-荷-储”互动不仅要实现各类新技术的突破，更需要完善与之配套的宏观政策措施、市场机制、商业模式，做到技术与政策的有机结合。
微网“源-网-荷-储”一体化运营
运营主体一体化保障微网的统一自治;投资主体多元化保障微网的风险共担,收益共享。微网传统运营模式为“自发自用,余量上网”,其收益以能源供给收益为主,缺乏经济性。业内在微网传统运营模式的基础上,提出包括“源-网-荷-储”优化控制运行、微平衡市场交易、内外两级购售电、网对网辅助服务、内外两级需求响应和新型备用容量机制的“源-网-荷-储”一体化运营模式,为微网提供合理的投资回报途径。
1“源-网-荷-储”优化控制运行
微网运营主体保障微网内能源供需实时平衡,通过“源-网-荷-储”优化控制运行,减少弃风弃光率,降低微网运行成本,促进节能减排,实现技术、经济、环境等综合效益最大化。
无论独立运行还是并网运行,微网运营主体应当满足微网内部多种能源的负荷需求,对状态偏离、设备故障等意外事件具有不平衡校正能力,实现微网内部“源-网-荷-储”各元件的自适应主动控制,符合电、热(热)、气多种能源供应的安全可靠性和质量水平要求;实现微网独立/并网运行模式的平滑切换,有效减少微网和外部电网并列/脱离过程。
2微平衡市场交易
微网优势之一是促进分布式能源的就地消纳,目前微网内风光等分布式能源主要采取“自发自用,余量上网”的运营模式,富余或不足部分电量由外部电网接收或提供。
微网运营主体掌握园区微网内能源供需和市场价格信息,通过构建计及电、热、气等多种能源的微平衡市场交易平台,组织园区微网内工业、商业、居民等各类型用户和分布式光伏、分散式风电、燃气三联供系统等分布式能源及储能资源,通过微平衡市场进行局部自主交易。购售双方通过自主协商,确定交易量、结算价格等信息;分布式能源和用户可委托微网运营主体,代理参与微平衡市场交易,签订转购售能源合同。同时,微网运营主体收取一定微网内部能源输配“过网费”,三方共同签订供用能合同。
相比于“自发自用,余量上网”模式,微平衡市场交易将减少与外部电网之间的不平衡能量交换,尽可能实现在微网内部范围的就近利用。
3内外两级购售电
未参与电力市场前,微网内部分布式能源上网电量以当地燃煤发电机组标杆上网电价结算,外购电量以目录销售电价(考虑峰谷分时)结算。
随着发用电计划不断放开,以及中长期电力交易开展,微网运营主体通过集成微网范围内富余的发电量和不平衡的用电量,达到市场准入条件,以“售电公司”身份,代理微网内部分布式能源和用户参与外部电力市场购售电交易。在电力市场中,微网运营主体和传统发电企业和用户具有相同市场地位,通过制定合理的交易策略,获得购售电价差额的收益。
4网对网辅助服务
外部电网调度中心根据电力系统运行需要,确定系统调峰、备用等多种辅助服务需求量,微网运营主体以独立辅助服务提供者的市场主体身份,通过远期双边合同或者短期辅助服务市场竞价的方式,为外部电网提供辅助服务,并获得相应的辅助服务补偿。
微网内部拥有多种分布式能源,具有供需自我平衡运行的能力,能够为外部电网提供黑启动(blackstart,BS)辅助服务;微网运营主体可利用储能设备,为外部电网提供可中断负荷(interruptibleload,IL)辅助服务。与燃煤火电机组等传统的辅助服务提供者相比,微网响应速率更快,灵活性更强,更易于负荷匹配。
微网和外部电网之间的关系,不再是传统“电网-用户”单向服务的关系,将是一种网对网相对独立且平等的关系。外部电网为微网平衡富余或不足电量,提供兜底服务;微网为外部电网提供辅助服务。微网和外部电网之间互为备用,双向服务。
5内外两级需求侧响应
内外两级需求侧响应是指：在微网内部,微网运营主体发布微网内部需求侧管理措施,主动引导用户削峰填谷,优化微网自身的负荷特性;在微网外部,微网作为一个整体参与所在地区的需求侧响应政策。
以峰谷分时电价(time-of-use,TOU)为例,外部电网的峰谷分时电价政策比较粗犷,微网运营主体可根据微网内部用户的负荷曲线及需求侧响应特性,精细化制定微网内部的高峰/低谷电价时段和峰/谷/平电价之比,减少微网与外部电网不平衡电量交换曲线的峰谷差,内外峰谷分时电价的差价即为微网运营主体在微网内部实施需求侧管理措施的投资回报。
内外两级需求侧响应机制能够有效协调微网内外资源,实现大系统从局部到整体的多级最优化目标,从而提升系统整体的能源利用效率。
6新型备用容量机制
传统运营模式下微网并网点变压器按容量申报;微网运营主体通过储能、主动控制等技术或经济手段,在一定范围内自由调节微网和和外部电网之间的不平衡电量交换曲线,并与电网企业开展自主协商,变压器容量根据微网自平衡情况按最大需量进行申报,统一缴纳相应的备用容量费用。
新型备用容量机制是对微网能量精准优化控制技术的考验,微网自平衡能力越强,缴纳的备用容量费用越少。传统微网内储能的收益主要来自于移峰填谷后购电成本的减少。新型备用容量机制将为储能在微网中的应用提供崭新的投资回报模式,将极大促进储能设备的发展。
微网运营模式经济性分析
传统运营模式成本包括投资建设成本、运维成本、外购电成本以及容量成本,收益包括自发自用收益、上网电量收益、内部售电收益和补贴收益。
一体化运营模式成本包括投资建设成本、运维成本、外购电成本以及自主申报的容量成本,收益包括自发自用收益、外部售电收益、内部售电收益、“过网费”收益、辅助服务补偿收益和补贴收益。
以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统空气能、太阳热和电热能等清洁热源是今后热源发展的趋势，但在实际使用中各有优点也各有短板。例如空气能热泵受气候条件影响较大，太阳热夜晚不能使用，电能直接使用费用太高、而电热储能装置又受到电源容量的制约；在许多行业和许多领域，在需要提供热能的同时，还需要排风、排气或排出废水，浪费大量热能；因此清洁热源的复合应用将是清洁热源发展的方向。清洁热源如空气能、太阳热和电热能等都有经济工作的时段，如太阳热制热白天8时到16时工作最佳而晚上不能工作，空气能属于“即开即用”设备、单独使用时不能充分享受国家的有关“分时电价”优惠政策、在电网“尖、峰时段”运行大大增加了运行成本，同时还应考虑室外气温与机组能效比、同样气温选择在电网低谷时段工作运行较低，电热炉最好在电网低谷时段工作最经济，同时各种热源一般都是以系统循环的方式实现制热和加热的。在多种清洁热源的情况下，因每种热源的运行工况各不同，如热源制热温度相差较大，各自所形成的制热、加热和传输系统的温度、流量和载热介质等各不相同，经济运行工作的时间也不同，所带热负荷的运行工况也有不同的要求。因此需要通过一种具有储热功能的系统耦合器将各种不同工作时段、不同温度、不同参数的热源和热负荷联系起来共同工作，已达到清洁供热、减低成本、经济运行的目的。优点及效果:可实现多种清洁热源的设备灵活组合应用，同时实现供热和热能回收，实现多种清洁热源的热能存储，使多种清洁热源通过错时、错峰实现时间上的组合应用，降低供热成本。原理说明：以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统依据清洁热源不同的制热方式而形成的不同的热源温度，将整个系统按热源分为低温制热加热循环系统和高温加热放热系统，并通过具有热储能功能的储热耦合器做为系统结构中心，形成以储热耦合器为系统结构中心的多热源供热系统。高温和低温是系统本身的低温制热加热系统和高温加热放热系统相对比来说的，高温加热器其制热温度高于低温制热加热部分系统中制热器的制热温度。储热耦合器18是一种具有加热、储热、保温和放热功能的容器。加热/放热换热器b13、加热器c14、加热器d15和加热/放热换热器a16可以采用盘管换热器、翅片管换热器、板翘式换热器等多种形式的换热器或两种以上的组合。储热耦合器18有两个主要作用：一是做为整个系统的结构中心，将不同工作时段、不同温度、不同介质流量的不同热源和热负荷联系起来共同工作；二是将不同热源所制取的热能存储起来，以实现整个系统的经济运行。储热温度要高于热负荷设备的使用温度。热泵机组12可以是采用热泵技术的设备或机组,如空气能热泵机组、水源热泵机组或者是热泵余热回收机组等采用热泵技术的设备。集热器9可以是采用辐射集热器的设备，如太阳能集热器和电加热设备等。太阳能集热器又可以是玻璃管集热器、陶瓷瓦集热器、槽式集热器等利用辐射集热的集热器。本系统所使用的载热介质可以是水、导热油、防冻液和冷媒介质。低温制热加热系统的主要作用是：将通过不同的制热器和制热方法制取热能，并将所制取的热能传输给储热耦合器18存储起来。高温加热装置4可以是电炉、天然气炉、甲醇炉、生物质炉等和其他高温热源所带的高温加热换热器等，其制热温度要大于低温制热加热系统中集热器的制热温度。高温加热放热系统的工作过程：高温加热放热系统在整个系统中具有很重要的作用:一是放热作用，将储热耦合器18中所存储的热能释放出来并传输给热负荷设备7进行供热；二是具有供热调节和储热加热的作用。以建筑物供热、高温加热器采用电锅炉为例，在循环泵a6流量不变的情况下，当夜晚热负荷需求降低时，通过调节三通分流阀5使旁路流量加大，放热回路流量减少就可以减少热能消耗，此时如处于电网低谷时段，在电加热功率不变、热负荷设备使用温度一定的情况下，由于流过电锅炉的水流量减小，使其制热温度变高，电锅炉更多的加热容量就可以给储热耦合器18中的储热材料加热，随着储热温度的升高、调节储热耦合器输出的温度升高，继续调节三通分流阀使旁路流量随之加大、流经电锅炉水流量进一步减少、制热温度进一步升高，当锅炉出水温度或储热耦合器的储热温度达到加热的设定温度值时，开始降低电锅炉的电加热功率。当储热耦合器18或低温制热加热系统出现故障的时候，开启阀a1，关闭阀b2和阀c3，使具有热负荷热备7的高温加热放热系统自身成为一个回路，以使得热负荷设备7不用停止工作。低温制热加热循环系统和高温加热放热系统和储热耦合器的加热/放热换热器b13、加热器c14、加热器d15和加热/放热换热器a16可以是一组或者多组。以本储热供热系统为局域系统，在储热耦合器中增加加热器、或将更多的高温加热装置连接到大型热源，可实现更大规模的系统应用。转换(存储)环节：能源集线器模型能源集线器模型最早由瑞士苏黎世联邦理工学院的研究团队提出，由描述能源转换及存储环节的能源集线器(EnergyHub)和描述能源传输环节的能源连接器(EnergyInterconnector)两部分组成。该模型是综合能源系统通用建模的一次有益尝试，并已被广泛应用于各类综合能源系统相关研究，如综合能源系统的规划、分布式能源系统管理、需求侧响应控制、区域能源系统运行调度等。但该模型仅反映了能源在传输和转换环节的静态关系，而无法描述综合能源系统内复杂多样的动态行为。1)动态能源集线器：用户可利用负荷需求侧响应技术，通过对储冷/热的优化调度，实现在电力高峰期少用电，而在电力过剩期间多用电，一方面为电力公司提供削峰填谷服务，同时也降低自身的用电/用能成本。这一过程，实际上是用户通过反馈控制与供电/供冷/供热环节协调优化实现的。2)动态能源连接器：描述了电能、液态或气态燃料(包括：天然气、液化天然气(LNG,LiquefiedNaturalGas)、液氢等)输送环节的静态特征，重点反映这一过程中的能量损失(如电损和热损)。为使其可以反映能量传输过程的动态变化规律，我们为其增加了两端传递环节和协调反馈环节。需要指出，所提出的动态能源集线器和能源连接器只是一种通用模型，与所描述的对象无关，因此在应用时，需要根据具体对象确定其动态方程及参数。通过创新发明“能量路由器”，支撑供给侧与需求侧能源设施的即插即用，形成类似于依托路由器的互联网形态，这是最基本意义上的“能源互联网(狭义)”概念，强调是能源供需连接、设备互联。微网路由器：能源“立交桥”微网路由器有什么作用？微网路由器学术名称叫电力电子变压器，可以实现多种电压等级与交直流电源之间的自由变换。微网路由器和我们平时使用的路由器有什么区别呢？普通的路由器分发出来的是信号，微网路由器分发的是能源。微网路由器能够对不同类型的电流电压进行分配。微网路由器有伏、10千伏两个交流电端口，±伏、±伏两个直流电端口，4个端口可进可出，可以随意对接转换。网内实现智能控制，任何一个端口出现故障都不影响其他端口继续工作，输出电压稳定，故障率低。未来电网将有大量的可再生能源以及储能设备接入，大量可再生能源接入电网后，会带来一系列的调控问题。微网路由器架起了多电压等级、交直流混合系统的桥梁，能够灵活、精确地控制微网间功率的双向流动，解决分布式能源接入和利用的一系列问题。可以说，微网路由器是多系统连接的“立交桥”，也是能量流动的“指挥官”。通过微网路由器，可以实现分布式电源与用电直接连接，降低能源转化消耗，提高能源利用率。微网路由器可将江苏同里园区的清洁能源消纳率提升到%，综合能效提升6%。微网路由器容量千伏安，其中±伏直流端口千伏安、±伏直流端口千伏安、伏交流端口千伏安。微网路由器体现了哪些创新性？1、提供不同电压等级、交直流混合的开放平台，实现了分布式能源和负荷的灵活接入与信息共享。2、通过微网路由器多端口协调控制，优化系统运行，实现了多个微网间能量的柔性分配和分布式能源的高效消纳。3、提升能效，减少能量变换层级，降低转换损耗，提升传输效率，促进区域内分布式能源的多能互补，提升了系统综合能效。微网路由器的电气结构是什么？微网路由器电气部分包括：阀塔、控制柜、固态开关(±伏和±伏)、端口模块(±伏和±伏)、内冷机、交流开关柜、充电模块等。阀塔：电量变换核心，负责将10千伏交流电压变换成±伏直流、±伏直流和伏交流等不同的电压等级，具备能量双向流动的能力。固态开关：直流端口保护装置，端口发生直流短路故障时切断故障电流，切断电流能力达到安培以上，响应速度达到百微秒级别。端口模块：真双极母线，两极可分别独立运行且具备故障电流切断能力，可靠性高，电能转换效率高预览时标签不可点