高清PDF带书签 《能源互联网与能源转换技术》电气工程新技术丛书 孙秋野 马大中 编著

前言
能源是社会经济发展的原动力，是人类赖以生存的重要物质基础。人类对能源的利用，从薪柴时代到以化石能源为主的煤炭时代、油气时代、电气时代，再到以风力、太阳能、水能、生物质能等为代表的清洁能源时代，每一次变迁都伴随着人类文明的重大进步和社会经济生产力的巨大飞跃。社会发展及科技进步使得人类对能源的依懒程度越来越高，因此以第三次工业革命为契机，建立安全高效、经济环保的新型能源共应模式成为人类社会可持续发展过程中面临的巨大挑战。
借鉴互联网信息自由传输、开放共享的理念，能源行业的从业者们提出要建设一个开放互联、交互共享、经济一信息一能源一体化的新型环保能源网络，以实现能源低碳化生产与消贵，保证能源的可持续发展。能源互联网应运而生，并迅速引起了世界各国能原及相关行业的广泛关注。人们试图从社会、环境、经济、技术等众多方面对进行解读。然而，能源互联网的定义究竟是什么？能源的互联是不是就是能源互联网？或者是能源与互联网结合？还仅仅是所谓的智能电网2.0？也许，这些都说出了能源互联网的部分特征，但是，并不是能源互联网的全部。作者认为，能源互联网是借鉴互联网的理念与思维，通过多种能源传输媒介，构成多类型能源对等接入的高复杂度网络，深度融合信息与能源，实现网路内信息与能源开放共享、多类型能源高效环保利用的新型能源生产、传输、消费网路。
既然互联网与能源互联网之间有着千丝万缕的联系，那么能源互联网是否继承了互联网的全部特征？如果我们要将能源互联网与互联网等价，或者说进行类比，那么至少要解决如下三个问题：
1.互联网中任何一点公开信息都可以被全网获得，能源互联网可以吗？
2.互联网中信息可以被无限复制与存储，能源互联网可以吗？
3.互联网中任可一个用户都可能是信息的发布者与接收者，能源互联网可以吗？
为了更好地回答上述三个问题，本书首次给出了“自能源”的概念，并围绕这一概念，对能源互联网及其能源转换过程进行解读。
所谓“自能源”(We Eners毁)，是指具有互补性、开放性、区域化的能源生产和传输者，在能源互联网中以先进的信息通信技术、电力变换技术、自动控制技术为手段，将个体生产的能源向能源互联网内特定的大多数或者单个用户传输的规范性或非规范性能源的新型能源生产、存储和消费者的总称。“自能源”主体可以是拥有分布式发电、储能、冷热电联产等能源生产或者存储设备的个人、企业或者是一个社区等。
自能源主体位于信息网络与能源网络底层，可从能源总线吸收能源，也可为其提供能源，同时在能源互联网中提供能源转换功能。传统能源供应商、电商平台、其他能源运营商作为网络中的高层阶级，根据其运营性质可为能源互联网提供能源、交易平台或从网路中消费能源。自能源有别于由传统能源供应商主导的能源接入模式，它是由普通能源用户自下而上主导的能源交互活动，由传统的“点到面”的能源传输，转换为一种“点到点”的对等的能源传输理念。自能源具有源荷协调、多能互补、对等接人、能源一信息一经济耦合、即插即用等重要特性。自能源将有助于完成能源的高效利用，实现传统的能源从垂直调度向分布式协调发展，完成人类社会从化石能源向可再生能源的过渡，从而最终进人能源的零边际成本时代。
不知不觉间，能源互联网已经从不为人知到被广泛关注，从仅仅是一个概念到涌现了各种相关的技术及运营模式，但是，如何真正地实现能源互联网的落地，还需要技术、经济、政策等全方位的努力。而这其中，如何能让更多的科研人员、能源用户了解能源互联网，认识到自己在能源互联网中的位置，推动更多自能源主体的产生和并网，成为能源互联网能够顺利落地的关键影响因素。几年来，作者在参加的各类能源互联网论坛、报告、会议中一直极力推进相关的工作。因此，在本书中，作者试图抛开繁杂的公式推导和复杂的系统分析，力争用更为通俗易懂的语言、图文并茂的形式，以一种更直观的方式将能源互联网立体地展现在读者面前。涉及的更多技术环节，有兴趣的读者也可以参阅作者的另一本关于能源互联网的作品（参考文献[1]）。
本书分为上下两篇，上篇包括第1~4章，主要站在能源互联及其综合利用的角度介绍了能源互联网的结构特征、自能源的来源与在能源互联网中起到的作用、能的标度及梯级利用，以及多能源转换的枢纽装置：下篇包括5~9章，主要是关注各类具体能源之间的转换关系，分别介绍了能源互联网的电力电子化趋势及关键技术、多种能源之间的转换技术以及能源的存储与传输技术。
能源互联网作为一个包含多种能源类型，能源、设备、信息、经济高度耦合的复杂网络，其涉及学科门类之多，融合之紧密，都是前所未有的，需要从一个全新的视角去看待。本书首次从电气、热能、信息等多个角度试图较为立体的刻画能源互联网的特性，希望能为读者提供一点借鉴。
在本书的成稿过程中，得到了众多朋友、同事的帮助，感谢刘振伟博上、黄博南博上在木书的成稿过程中提出了很多中肯的意见，博士研究生李宇阳、胡旌伟、王睿，硕士研究生张宁、陈月、程启富、高子吴、赵美伊也为本书的完成付出了很多，在此一并感谢。同时，我也要感谢众多的能源互联网研究者们，正是站在他们的“肩膀”上，才能让我能顺利地完成本书。
“路漫没其修远兮，吾将上下而求索。”以此为结语，送给所有为能源互联网发展努力的同仁。
作者

内容索引：

目录
出版说明《电气工程新技术丛书》编委会
前言
第1章能源与能源互联网…1
1.1能源的发展与现状1
1.1.1能源的发及1
1.1.2世界能原现状2
1.1.3中国能源现状4
1.2能源转换技术6
1.3能源存储与传输7
1.4能源互联网的提出13
1.4.1能源互联网的基本定义…14
1.4.2能源互联网的特点…16
1.5能源互联网的能源类型…18
1.6能源互联网的系统结构19
1.7能源互联网的网络结构…21
1.7.1电能网络22
1.7.2交通网络23
1.7.3热能网络24
1.7.4新能源网络…26
1.7.5石化网络…26
1.8能源互联网的通信结构…26
1.8.1能源互联网中的软作结构27
1.8.2能原互联网的标准协议29
1.9木章小结：30
第2章自能源31
2.1自能源的概念与结构…31
2.2自能源的信息物理系统…34
2.2.1自能源的信息物理特性34
2.2.2相互依存的信息物理网络"134
2.2.3两层网络级联尖效分析36
2.3自能源的能量管理与协调控制37
2.3.1自能源的能量管理37

2.3.2自能源的协调控制39
2.4自能源与能源市场43
2.4.1能源市场的交易机制43
2.4.2自能源的交易策路”44
2.5木章小结…45
第3章能量的标度与梯级利用…46
3.1相关定义与定律………46
3.2能量的标度…47
3.2.1能量的性质47
3.2.2能量的单位48
3.3能量的量与质…49
3.3.1能量的平衡方程49
3.3.2的平衡方程50
3.3.3EUD图像份析方法51
3.4能源的特点52
3.4.1一次能源52
3.4.2二次能源54
3.5能源的梯级利用…55
3.5.1物理能综合梯级利用55
3.5.2余热锅炉型联合循环…57
3.5.3排气全燃型联合循环…58
3.5.4化学能和物理能综合梯级利用…59
3.6总能系统的全息特性62
3.6.1总能系统全息特性与全工况特性概念62
3.6.2总能系统全息特性的性能指标…63
3.7木章小结…65
第4章多能源转换路由器66
4.1能源路由器总述…66
4.2电力能源路由器…67
4.2.1电力能源路由器的总体框架67
4.2.2电力能源路由器的运行模式69
4.2.3电力能原路由器的功能需求69
4.3能源路由器中多能源网络接人…71
4.4多能源转换路由器一能量枢纽…75
4.4.1能量枢纽的模型…76
4.4.2储能装置建模78
4.4.3能量枢纽的价值分析80
4.4.4基于能量枢纽的多能源系统优化规划与优化运行……80

（略）