為了避免能源枯竭與環(huán)境污染對人類社會產生更進一步的危害，各國必須改變生產和利用能源的方式。自第二次工業(yè)革命以來，電力作為一種高效、清潔且可實現(xiàn)多種能源相互轉換的能源利用形式，在世界經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。它是當今世界中能源最重要的轉化形式，是國民經(jīng)濟乃至國家安全的重要保障。越來越多的一次能源被轉換為電力的形式加以利用，很多可再生的清潔能源也只有轉換成電能才能廣泛地得到應用。電力和能源是緊密聯(lián)系在一起的，因此，能源變革的實現(xiàn)也必將以電力產業(yè)的變革為重點。
傳統(tǒng)的發(fā)電模式以火力發(fā)電為主，其發(fā)電量在總發(fā)電量中所占比重為70%以上，而火力發(fā)電輸出的電能大多由化石能源的燃燒所產生的熱能轉換而成。為了遵循可持續(xù)發(fā)展的原則，世界各國都在積極尋求新型可持續(xù)的電力供應技術，借以替代傳統(tǒng)的發(fā)電方式。其中水力發(fā)電利用水位落差產生廉價無污染的電力，但可能會造成生態(tài)破壞；核能發(fā)電不會造成空氣污染，但發(fā)電成本較高，且一旦發(fā)生核事故，將造成嚴重的危害；風力發(fā)電將風能轉換為電能發(fā)出，光伏發(fā)電則是將太陽能轉換為電能發(fā)出，而風能、太陽能都是清潔能源，且都具有取之不盡、用之不竭的優(yōu)點。但由于風能、太陽能具有隨機性、波動性特征，為了最大程度地利用這些間歇性可再生能源，并解決資源在空間上分布不均衡的問題，實現(xiàn)對負荷多種能源形式的高可靠供給，學者們相繼提出了微電網(wǎng)技術、智能電網(wǎng)技術，促使傳統(tǒng)電網(wǎng)逐步向智能電網(wǎng)過渡。
然而，智能電網(wǎng)的物理實體主要是電力系統(tǒng)，能量在智能電網(wǎng)中只能以電能一種形式傳輸和使用，不同能源之間的傳輸仍舊是獨立進行的，電能、天然氣、熱能、冷能等的傳輸互不干擾，有著各自的傳輸網(wǎng)絡。從能源消耗方面而言，雖然通過支持可再生能源的接入，分布式發(fā)電技術能夠減少火力發(fā)電在發(fā)電總量中所占的比重，但用戶對于除了電能以外的其他能源的需求(如熱能、冷能等)卻依舊消耗著大量的化石能源，因此光靠分布式發(fā)電不能夠完全緩解目前能源緊張的問題，分布式能源的大規(guī)模高效利用依舊難以實現(xiàn)。因此，綜合天然氣、電能、熱能等各個能源網(wǎng)絡進行混合供能，以便實現(xiàn)多種能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調規(guī)劃、優(yōu)化運行，協(xié)同管理、交互響應和互補互濟，這是滿足系統(tǒng)內多元化用能需求、有效提升能源利用效率、促進能源可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。
分布式能源是立足本地資源，平衡終端需求，區(qū)域性能源（冷、熱、電）的產、儲、配、供、控一體化服務體系，包括太陽能、風能、海洋能、水能、熱能、煤、石油、天然氣、生物質能、氫能。
從總裝機容量比例與實際發(fā)電比例看，棄風棄光的情況嚴重。
2016年我國能源消費結構：
當前能源發(fā)展與需求的四大矛盾。傳統(tǒng)能源電力建設集中在生產側，特點是大型集約、統(tǒng)發(fā)統(tǒng)配，壟斷經(jīng)營。忽略了配電側的建設，無法滿足差異用戶的需求。必然需要出現(xiàn)一種建設在終端用戶側的，能實現(xiàn)按需設計、按需生產，就近配給、就近消費，終端節(jié)能、終端控制，區(qū)域自我平衡循環(huán)的新型能源。因此發(fā)展分布式能源有著重要的戰(zhàn)略意義。
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國家能源局印發(fā)《能源生產和消費革命戰(zhàn)略（2016-2030）》：
天然氣分布式能源 是指利用天然氣為能源，通過冷熱電三聯(lián)供等方式實現(xiàn)能源的梯級利用，并在負荷中心就近實現(xiàn)能源供應的現(xiàn)代能源供應方式，綜合能源利用效率可達70~90%。
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天然氣分布式能源主要用戶市場：
天然氣分布式能源經(jīng)濟性影響因素：
光伏發(fā)電的分類：
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分布式光伏供能流程：
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光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢：
趨勢1：2017年一季度新增裝機容量721萬kW，與2016年一季度同期基本持平，但建設地區(qū)明顯由西部向中東部轉移。
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趨勢2：分布式光伏發(fā)電裝機容量異軍突起，市場份額大幅增加。
冷熱電聯(lián)產的含義與現(xiàn)狀：
CCHP：Combined Cooling HeatingPower系統(tǒng)又稱熱電冷聯(lián)產系統(tǒng)，分布式冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)是能源綜合梯級利用的解決方案，總的能源利用率可以達到75%～90%。
燃氣分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟性評價：熱電VS冷電
客觀現(xiàn)實的評價：
熱電聯(lián)產：節(jié)能、經(jīng)濟性較高；冷電聯(lián)產：不節(jié)能，經(jīng)濟性不高；
輸配效率：電＞燃氣≥熱水≥蒸汽＞冷水；
“余熱利用”：燃料（燃煤還是燃氣）與熱媒具體分析。
CCHP生產過程中的用能分析：
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能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀：
2008 年，美國國家科學基金項目資助了北卡羅萊納州立大學的黃勤教授研發(fā)的未來可再生電能傳輸與管理(the Future Renewable Electric Energy Delivery and Management，F(xiàn)REEDM)系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持可再生分布式能源的“即插即用”，利用能源路由器優(yōu)化能源分配；另外，該系統(tǒng)利用固態(tài)變壓器實現(xiàn)分布式能源、負荷和儲能裝置的接入，利用智能配電系統(tǒng)軟件實現(xiàn)了對分布式能源、負荷和儲能裝置的管理；并設置了創(chuàng)新性的故障保護裝置。德國聯(lián)邦政府經(jīng)濟和技術部于2008 年發(fā)起了名為“E-Energy”的技術創(chuàng)新促進計劃，開發(fā)了基于能量傳輸系統(tǒng)的信息和通信控制技術，且使用“智能電表”為系統(tǒng)的網(wǎng)絡節(jié)點提供必要信息；并推出了適用于雙向系統(tǒng)的ICT(Information and Communication Technology)解決方案，從而首次實現(xiàn)了“以產定銷”模式的實際應用。
歐盟于2011年啟動了未來智能能源互聯(lián)網(wǎng)(Future Internet for SmartEnergy，F(xiàn)INSENY)項目，旨在使未來的能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自動化故障修復、功率分析控制以及電網(wǎng)維護的功能，并為其構建改進的ICT 平臺。2010年，日本開展了“智慧能源共同體”示范工程，提出了一個需求側響應能源系統(tǒng)，并推動了生產者與用戶間能源共同利用模式的形成，且系統(tǒng)中創(chuàng)造性地引入了智能熱能供應鏈，借以實現(xiàn)各建筑間的熱能共享。韓國首爾市政府于2011年發(fā)布了“智慧首爾2015”計劃，期望從智能電網(wǎng)、云計算、綠色交通信息化以及智能環(huán)境等方面，實現(xiàn)“智能綠色城市”的信息化發(fā)展目標。
結合基于多智能體的一致算法，提出了一種應用于能源互聯(lián)網(wǎng)分布式電機中的新的分布式協(xié)調控制器，從而使能源互聯(lián)網(wǎng)能夠作為旋轉備用系統(tǒng)運行。
國內研究現(xiàn)狀：
2014 年，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織主席劉振亞提出了構建全球能源互聯(lián)網(wǎng)、實施清潔替代和電能替代的發(fā)展思路，期望建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架(通道)、以輸送清潔能源為主、全球互聯(lián)的堅強智能電網(wǎng)。
多能源混合供能系統(tǒng)是由單一供能向能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要過渡，因此國內學者在多能源混合供能領域開展了較多研究。
《關于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導意見》發(fā)改能源〔2016〕392號，定義“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（以下簡稱能源互聯(lián)網(wǎng)）是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征。在全球新一輪科技革命和產業(yè)變革中，互聯(lián)網(wǎng)理念、先進信息技術與能源產業(yè)深度融合，正在推動能源互聯(lián)網(wǎng)新技術、新模式和新業(yè)態(tài)的興起。
能源互聯(lián)網(wǎng)是推動我國能源革命的重要戰(zhàn)略支撐，對提高可再生能源比重，促進化石能源清潔高效利用，提升能源綜合效率，推動能源市場開放和產業(yè)升級，形成新的經(jīng)濟增長點，提升能源國際合作水平具有重要意義。
能源互聯(lián)網(wǎng)的內涵：
能源互聯(lián)網(wǎng)基本框架：
能源互聯(lián)網(wǎng)由電力網(wǎng)絡、天然氣網(wǎng)絡、供熱供冷系統(tǒng)、分布式發(fā)電單元、儲能設備、燃氣輪機、燃料電池、鍋爐、制冷機等部分組成，支持光能、風能、天然氣、電能、熱能、冷能等不同能源間的相互轉換，實現(xiàn)了一次能源側的多種能源利用率最大化，滿足了用戶側的多樣性需求，并保證了配電網(wǎng)、供熱供冷網(wǎng)絡的安全、穩(wěn)定運行。
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分布式發(fā)電單元：
分布式發(fā)電單元主要由風力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電設備組成，它是將光能、風能等清潔能源轉換為便于傳輸和利用的電能的核心裝置。
風力發(fā)電的基本原理為：風以一定的速度和攻角流過槳葉，使風輪獲得旋轉力矩而轉動，從而將風的動能轉換為機械能；而風輪通過主軸聯(lián)接齒輪箱，經(jīng)齒輪箱增速后帶動發(fā)電機發(fā)電，從而將機械能轉換為電能。當前風力發(fā)電系統(tǒng)中主要有恒速恒頻異步發(fā)電機、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機和變速恒頻直驅永磁同步發(fā)電機三大風力發(fā)電機型，其中變速恒頻系統(tǒng)能在較寬的風速范圍內保持最佳葉尖速比、最大功率點運行，是當今的主流風力發(fā)電系統(tǒng)。
太陽能光伏發(fā)電的原理是光伏效應：當光伏電池受到太陽光照射時，半導體內產生電子-空穴對，即“光生載流子”，將光子中的能量轉化為電子的能量；在P-N結內建電場的作用下，電子被拉向N區(qū)，空穴被驅向P區(qū)，產生與內建電場方向相反的光生電場；光生電場使勢壘降低，產生N區(qū)指向P區(qū)的光生電動勢，從而實現(xiàn)了光能向電能的轉換。
圖1. 能源互聯(lián)網(wǎng)基本框架
儲能設備：
在能源互聯(lián)網(wǎng)中，每一個能源網(wǎng)絡都配備了相應的儲能設備，可將多余的能源存儲起來，并在必要時刻釋放存儲的能源加以利用，從而提高能源利用效率。其中，電力網(wǎng)絡利用電化學儲能裝置存儲電能，天然氣網(wǎng)絡利用儲氣設備存儲天然氣，供熱網(wǎng)絡和供冷網(wǎng)絡則分別利用蓄熱裝置以及蓄冷裝置存儲熱能和冷能。
電化學儲能又稱為蓄電池儲能，它的充放電原理如下：蓄電池充電時，利用外部的電能使電池內部活性物質再生，從而將電能轉換為化學能存儲；蓄電池放電時，電池負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，從而將存儲的化學能轉換為電能向外輸送。目前的電化學儲能裝置主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、釩液流電池、鋅空氣電池、氫鎳電池、燃料電池以及超級電容器等等。
目前的天然氣存儲方式主要包括氣態(tài)存儲以及液態(tài)存儲兩種方式。氣態(tài)存儲方式包括儲氣罐儲氣、地下儲氣庫儲氣、管道儲氣、壓縮天然氣儲氣等，其中儲氣罐儲氣有低壓儲氣罐儲氣和高壓儲氣罐儲氣兩種方式；地下儲氣庫又分為四種形式：利用枯竭油氣田地層穴儲氣、利用含水多孔地層儲氣、利用巖
鹽地穴儲氣和利用廢棄煤礦井儲氣；液態(tài)存儲方式即液化天然氣儲氣，將天然氣用低溫常壓的方法冷卻至零下162?C 以下，從而轉化為液態(tài)天然氣存儲，能夠大幅度提升天然氣存儲量。其他新興的天然氣存儲技術還有水合物儲氣技術以及天然氣吸附儲存技術等。
儲熱技術是一種以儲熱材料為媒介，將太陽能光熱、地熱、工業(yè)余熱、低品位廢熱等熱能儲存起來，并在需要的時候釋放的技術，主要分為顯熱儲熱、潛熱儲熱與熱化學儲熱三類。其中，顯熱儲熱是利用材料物質自身比熱容，通過溫度的變化來進行熱量的存儲與釋放；潛熱儲熱又稱為相變儲熱，它利用材料的自身相變過程吸熱、放熱來實現(xiàn)熱量的存儲與釋放；熱化學儲熱則利用物質間的可逆化學反應或者化學吸附反應、脫附反應的吸熱、放熱進行熱量的存儲與釋放。
蓄冷技術是一種利用蓄能介質將冷量儲蓄起來，并在用戶需求高峰期時將冷量釋放的技術，包括水蓄冷技術、冰蓄冷技術以及化合物蓄冷技術等等。其中水蓄冷技術屬于顯熱蓄冷技術，包括多槽混和連接式(迷宮式)、多槽分層連接式、溫差分層式、移動布水分層式四種；冰蓄冷技術屬于相變潛熱蓄冷技術，它經(jīng)歷了由靜態(tài)冰蓄冷到動態(tài)冰蓄冷的發(fā)展過程；化合物蓄冷技術目前還未成熟，實際應用較少。
燃氣輪機：
燃氣輪機是一種旋轉式熱力發(fā)動機，它以連續(xù)流動的燃氣為工質，能夠將燃料的化學能轉變?yōu)檗D子機械能。燃氣輪機由壓氣機、燃燒室、燃氣透平三個主要部分組成。燃機輪機常用于驅動發(fā)電機，構成燃氣輪機發(fā)電機組，以將天然氣的化學能轉換為電能。其工作原理如下：空氣進入壓氣機，經(jīng)過逐級壓縮進入燃燒室，與噴入的天然氣混合燃燒，產生高溫燃氣；然后燃氣進入透平中做功，推動燃氣透平葉輪轉動的同時帶動發(fā)電機旋轉發(fā)電；燃氣經(jīng)燃燒、做功后產生的高溫排氣可通過換熱設備放熱以回收利用部分余熱。
燃料電池：
燃料電池由正負電極以及電解質組成，是一種將化學能轉化為電能的發(fā)電裝置，其轉化過程是一種不經(jīng)過燃燒的電化學反應：當燃料電池處于工作狀態(tài)時，燃料輸入到陽極，并在電極和電解質的界面上發(fā)生燃料氧化與氧氣還原的電化學反應，產生電流，輸出電能。燃料電池包括堿性燃料電池、質子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池等。
鍋爐：
電鍋爐是將電能轉換為熱能，使水加熱以產生具有一定溫度的熱水或一定壓力的蒸汽的電熱裝置。
電鍋爐的工作原理是：首先由大功率電熱元件通電發(fā)熱，將電能轉換為熱能；或是由電磁感應元件先將電能轉換為電磁能，再將電磁能轉換為熱能；其次利用熱交換元件直接或間接地將傳熱媒介(如水)加熱，產生熱水或蒸汽。電鍋爐的分類方式很多，但最基本的分類方法是：按照電熱原理和電熱元件不同，電熱鍋爐可分為電熱管電熱鍋爐、電熱棒電熱鍋爐、電熱板電熱鍋爐、電極式電熱鍋爐、感應式電熱鍋爐等五大類。
燃氣鍋爐是以天然氣為燃料，將天然氣內部的化學能轉換為熱能的供熱裝置。其供熱原理為：冷水由進水閥進入鍋爐，經(jīng)過內部燃燒室燃氣燃燒加熱后產生熱水，熱水通過循環(huán)水泵送入采暖散熱器，通過輻射和對流換熱來供暖；回水重新進入鍋爐里面進行加熱，然后重新流入散熱器，如此循環(huán)往復的進行。
制冷機：
制冷機是一種能夠將具有較低溫度的被冷卻物體的熱量轉移給環(huán)境介質從而獲得冷量的機器，常見的制冷機包括壓縮式制冷機、吸收式制冷機、蒸汽噴射式制冷機，半導體制冷等。
空調是一種典型的壓縮式制冷機，空調制冷技術能夠實現(xiàn)電能向冷能的轉換。當前我國應用最為廣泛的空調主要有熱泵型空調器和電輔熱泵型空調器兩種類型，制冷原理均為循環(huán)逆卡諾原理：在空氣源熱泵技術的制冷過程中，通過自身收集熱量效率高的特點，將低溫熱源集中并整合形成高溫熱源。當空調處于制熱模式下時，室內是制熱，室外是制冷；而當空調處于制冷模式下時，室內是制冷，室外是制熱。目前的主流制冷劑仍然依靠人工合成的氟氯昂和一些碳氫化合物作為制冷劑原料，容易對臭氧層造成破壞。
吸收式制冷機組依靠吸收器–發(fā)生器組的作用完成制冷循環(huán)，采用二元溶液作為工質，其中低沸點組分用作制冷劑，利用它的蒸發(fā)來制冷；高沸點的組分用作吸收劑，利用它對制冷劑蒸汽的吸收作用來完成工作循環(huán)。常用的吸收式制冷機包括氨水吸收式制冷機和溴化鋰吸收式制冷機兩種。
P2G 技術：
P2G 技術是一種將電能轉換為氣體中蘊含的化學能的技術。P2G 技術的原理為：首先通過電解水產生氫氣和氧氣，從而將電能轉換為氫能；再將生成的氫氣進一步和二氧化碳結合，催化產生甲烷，從而將氫能轉換為甲烷含有的化學能。甲烷是天然氣最重要的成分，可以以一定的配比生成混合氣體注入天然氣網(wǎng)絡進行運輸或存儲。P2G 技術的出現(xiàn)加強了電氣網(wǎng)絡和天然氣網(wǎng)絡的耦合，實現(xiàn)了能量由電氣網(wǎng)絡向天然氣網(wǎng)絡的流動。
能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術：
能源互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)能源區(qū)別：
分布式能源對能源互聯(lián)網(wǎng)的作用：
第一步對現(xiàn)有電網(wǎng)進行改造，適應分布式能源接入；
第二步將現(xiàn)有分布式能源接入，實現(xiàn)推廣前的初步探索，包括在輸配、交易、效率等領域的提升；
第三步全面推廣，將分布式能源大量推廣并接入電網(wǎng)，推動能源互聯(lián)網(wǎng)最終成型。
發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)是解決當今世界的能源短缺以及環(huán)境污染問題的必然趨勢。能源互聯(lián)網(wǎng)由電氣系統(tǒng)、天然氣網(wǎng)絡、供熱供冷系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等耦合而成，結合了互聯(lián)網(wǎng)技術、可再生能源技術等現(xiàn)代技術，是對智能電網(wǎng)的進一步發(fā)展和深化。
