中國儲能網(wǎng)訊：智慧能源服務(wù)是綜合利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)等科技成果實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源共享，為客戶提供全生命周期全狀態(tài)感知的多元化優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
智慧能源服務(wù)包括冷熱、電力、燃?xì)庖约靶履茉吹染C合服務(wù)，從投資、運(yùn)營到維護(hù)整個服務(wù)階段，涵蓋多種商業(yè)運(yùn)營模式和運(yùn)行場景，同時能夠體現(xiàn)智慧能源的云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)廣泛應(yīng)用。
在雙碳目標(biāo)下，電力系統(tǒng)主要特征將發(fā)生改變，逐漸轉(zhuǎn)向為以新能源為主體的電力系統(tǒng)，形成清潔主導(dǎo)，電能為中心的能源供應(yīng)和消費(fèi)體系，實現(xiàn)在能源生產(chǎn)和消費(fèi)側(cè)高效化、低碳化。
雙碳目標(biāo)與新戰(zhàn)略體系分析
?“雙碳”目標(biāo)
在雙碳目標(biāo)背景下，新型電力系統(tǒng)需要具備主動支撐能力，實現(xiàn)對新能源、分布式電源可觀可測可控，形成結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)架堅強(qiáng)以及自愈能力強(qiáng)的電力網(wǎng)絡(luò)。
由此可見，碳中和以及碳達(dá)峰主要支持各類新技術(shù)、新能源和新設(shè)備的大規(guī)模接入電網(wǎng)，以減輕傳統(tǒng)化石能源發(fā)電對環(huán)境的影響，提高可再生能源對環(huán)境的承載力，同時電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性以及電網(wǎng)形態(tài)會發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。主要體現(xiàn)在由傳統(tǒng)化石能源為主導(dǎo)的電源結(jié)構(gòu)，向可控可調(diào)節(jié)的新能源發(fā)電轉(zhuǎn)變；另外，傳統(tǒng)剛性負(fù)荷向產(chǎn)消者負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)變；電網(wǎng)形態(tài)由傳統(tǒng)電網(wǎng)向交直流混合電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)等轉(zhuǎn)變。
由此可見，在新型電力系統(tǒng)模式下，雙碳目標(biāo)要求電力系統(tǒng)由傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)為主導(dǎo)的機(jī)械電磁系統(tǒng)，向由電力電子設(shè)備為主導(dǎo)的混合系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳高效運(yùn)行。
?新戰(zhàn)略體系分析
能源系統(tǒng)對我國實現(xiàn)雙碳目標(biāo)起決定性作用，電力是未來能源系統(tǒng)碳減排的主要力量。當(dāng)前，我國能源發(fā)展呈現(xiàn)出更加智能、更加多樣性的特點(diǎn)，能源互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，分布式電源、電動汽車以及儲能技術(shù)逐漸推廣應(yīng)用，經(jīng)過大規(guī)模實踐，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等信息技術(shù)實現(xiàn)快速發(fā)展，在新戰(zhàn)略背景下，電力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等智慧能源新模式成為重要發(fā)展方向。
在能源消費(fèi)理念和消費(fèi)方式發(fā)生轉(zhuǎn)變的加速時期，結(jié)合現(xiàn)階段能源戰(zhàn)略模式和碳排放要求，建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)最終目的是推動構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，服務(wù)清潔能源的發(fā)展，促進(jìn)清潔能源，大規(guī)模開發(fā)利用和大范圍優(yōu)化配置。
因此，在新的戰(zhàn)略目標(biāo)背景下，推動能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的主要任務(wù)即構(gòu)建智慧能源綜合服務(wù)體系。以客戶需求為導(dǎo)向，推動各類綜合能源服務(wù)互聯(lián)互通，提升綜合能源規(guī)劃設(shè)計以及與傳統(tǒng)能源銜接運(yùn)行的能力。
在用能服務(wù)優(yōu)化方面，加強(qiáng)冷熱電器等多種能源的靈活轉(zhuǎn)換以及集成技術(shù)優(yōu)化推廣應(yīng)用，因地制宜開展多能互補(bǔ)示范工程。另外，針對柔性負(fù)荷應(yīng)用，提升需求響應(yīng)側(cè)響應(yīng)水平和管理模式，促進(jìn)需求響應(yīng)，提升智能化用電服務(wù)水平。在充電設(shè)施選址、建設(shè)方面加強(qiáng)供電保障能力，建設(shè)大范圍車聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)。
由此可見，新戰(zhàn)略模式下，電力發(fā)展以低碳高效為主導(dǎo)，清潔能源作為主要發(fā)展方式進(jìn)行大力推廣，以碳達(dá)峰和碳中和為根本目標(biāo)，不斷推動綜合能源互聯(lián)網(wǎng)、智慧能源服務(wù)落地和發(fā)展。
智慧能源多級調(diào)控評價模型
智慧能源多級協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)控是確保綠色可再生資源最大化利用的前提下，對綜合能源實行有效協(xié)調(diào)的控制，實現(xiàn)運(yùn)行成本最低，運(yùn)行可靠度最高。
在控制模型中，主要包括發(fā)電側(cè)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)層面、用戶側(cè)以及其他可再生能源發(fā)電設(shè)備。通過多種傳感設(shè)備，對能源綜合協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，最終根據(jù)預(yù)定的輸出進(jìn)行模型控制。
▲ 智慧能源服務(wù)多級控制
通過布置于電力網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的傳感裝置以及兩側(cè)單元對節(jié)點(diǎn)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集和分析，經(jīng)過相應(yīng)的云計算和數(shù)據(jù)處理算法得到相應(yīng)的控制策略。主要包括有功功率全局優(yōu)化控制和無功功率全局優(yōu)化控制。
為體現(xiàn)智慧能源多級調(diào)控的優(yōu)勢和特點(diǎn)，需要針對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳統(tǒng)化石能源、可再生資源和儲能裝置等進(jìn)行聯(lián)合策略。同時，還需結(jié)合電力、燃?xì)夂蜔崮艿榷喾N其他形式能源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控。
智慧能源多級調(diào)控的效果是從安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能環(huán)保等方面進(jìn)行評價的。安全可靠主要是指電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為電力系統(tǒng)在故障時間內(nèi)停電范圍以及停電時間、削峰填谷的響應(yīng)效果；優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)主要是指系統(tǒng)在運(yùn)行期間電能質(zhì)量以及系統(tǒng)的運(yùn)行成本，主要能夠以可再生能源技術(shù)電網(wǎng)的并網(wǎng)水平以及系統(tǒng)總成本進(jìn)行量化；節(jié)能環(huán)保是指整個系統(tǒng)的碳排放水平一級節(jié)能減排效果，主要可以利用可再生能源發(fā)電以及電動汽車保有量水平進(jìn)行環(huán)境影響效果評價。
智慧多能源綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)評價指標(biāo)體系中既有多源信息融合監(jiān)視、配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)估計和冷熱電三聯(lián)供需求響應(yīng)機(jī)制等主觀定性指標(biāo)，又有分布式電源容量滲透率、分布式電源平均裝機(jī)利用小時數(shù)和分布式電源自動控制系統(tǒng)覆蓋率等客觀定量指標(biāo)，如表1所示。
為充分體現(xiàn)評價需要考慮主觀與客觀、定性與定量等方面對多能源綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)水平的影響，本次評價選擇AHP熵權(quán)法，在充分尊重專家經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，最大限度地削弱權(quán)重確定的主觀性，使綜合權(quán)重能最大限度地反映多能源綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)水平。
智慧能源服務(wù)場景分析
?綜合能源服務(wù)平臺
智慧能源服務(wù)應(yīng)用場景，主要以電力供應(yīng)為基礎(chǔ)，面向用戶電能、天然氣和冷熱聯(lián)合供電差異化的能源需求，依托區(qū)域配電網(wǎng)、供熱管網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)以及能源數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，利用大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)，為客戶提供一體化綜合能源服務(wù)和解決方案。
▲ 綜合服務(wù)平臺
在具體服務(wù)內(nèi)容中，涵蓋電力、燃?xì)夂屠錈峁╇娤到y(tǒng)的多能綜合系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行是主要特征，能夠為用戶用能提供一站式、全方位和定制化的能源解決方案；另一方面，智慧能源能夠體現(xiàn)其智慧特性，在商業(yè)服務(wù)、用能設(shè)計、節(jié)能規(guī)劃和系統(tǒng)建設(shè)等方面依托用戶側(cè)用能托管和維護(hù)，實現(xiàn)電能、天然氣及其他可再生能源的節(jié)能減排建設(shè)，實現(xiàn)項目的全過程閉環(huán)管控。
智慧能源服務(wù)平臺能夠匯集傳統(tǒng)能源企業(yè)、園區(qū)內(nèi)用戶以及工商業(yè)用戶、社區(qū)以及智慧城市、新興業(yè)態(tài)企業(yè)等融合發(fā)展，從不同的企業(yè)維度匯集同一平臺進(jìn)行現(xiàn)代化管控，提升各類用戶的能源利用效果。
?智慧能源云服務(wù)
云計算是智慧能源服務(wù)的又一顯著特征，通過網(wǎng)格計算、分布式計算、并行計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化和負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)能源服務(wù)的新型融合，將能源資源以網(wǎng)絡(luò)形式進(jìn)行軟件和硬件資源的重新整合，從而實現(xiàn)對新能源信息實時發(fā)布、對各類能源數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和處理。最終通過云計算實現(xiàn)綜合能源數(shù)據(jù)分析，從而提供優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)。
圖片
隨著可再生能源等新形式電源，在電網(wǎng)的滲透率不斷增加，搭建綜合能源服務(wù)平臺，是有效提升能源服務(wù)智慧化水平的關(guān)鍵步驟。新能源云計算的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括云計算技術(shù)的構(gòu)建、云平臺的搭建以及新能源和智慧能源發(fā)電技術(shù)的拓展。
?智慧能源車聯(lián)網(wǎng)
智慧能源車聯(lián)網(wǎng)是電動汽車等新能源以移動的方式與電網(wǎng)進(jìn)行連接。在與電網(wǎng)連接過程中可以通過相關(guān)的信息通信系統(tǒng)實現(xiàn)與電網(wǎng)的信息交互，一方面提升車主的用車滿意度，另一方面提升電網(wǎng)對移動式儲能的管理和優(yōu)化效果。
智慧能源車聯(lián)網(wǎng)能夠依托相關(guān)的車聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)電動汽車車主充放電有序管理，同時提升各類充電樁位置排布的有效性和合理性，滿足車主行車要求的前提下優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行方式。
?智慧能源多站融合
多站融合是指基于變電站、儲能充換電站以及數(shù)據(jù)中心站的基礎(chǔ)上的整合規(guī)劃。同時在多站融合站址選擇以及站址功能配置方面，還可增加5G基站、光伏電站和綜合能源站等，從而實現(xiàn)各類能源集中于一體，實現(xiàn)個人能源的運(yùn)行方式就地集中安排，從而發(fā)揮站址功能的最大價值，一方面優(yōu)化各類功能的技術(shù)應(yīng)用和落地，另一方面還可以有效提升變電站的運(yùn)行商業(yè)模式，從而實現(xiàn)多維度、多感知的智能融合站，實現(xiàn)從不同維度對系統(tǒng)的全面管控。
算例分析
本文選取某工程仿真，該工程基于IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，為反映其多級能源的動態(tài)變化，選擇4年連續(xù)評價。本文考慮柴油機(jī)組（DG）、光伏太陽能機(jī)組（PV）、風(fēng)機(jī)（W）、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（CHP）以及電池儲能系統(tǒng)（ES）。
▲ IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)
▲ 專家打分表
▲ 最終結(jié)果
根據(jù)各項指標(biāo)得分，計算可得評價對象歷年最終得分，從綜合得分來看，該工程前3年得分較低，但2020年得分顯著提高，達(dá)到822.048分，這主要是2017～2019年間，多能源協(xié)調(diào)控制設(shè)備正處于準(zhǔn)備建設(shè)階段，尚未投入使用，綜合多能源利用系統(tǒng)正處于搭建階段，許多預(yù)測協(xié)調(diào)控制功能尚未實現(xiàn)，因而綜合評價得分偏低。
隨著2020年底，一系列多能源協(xié)調(diào)控制設(shè)備建設(shè)完畢，綜合多能源利用系統(tǒng)投入使用，生態(tài)城多能源協(xié)調(diào)控制技術(shù)顯著提高，這一點(diǎn)從綜合評價得分也可看出，2020年多能源綜合協(xié)調(diào)控制得分顯著升高，這說明該指標(biāo)體系能夠真實有效地反映評價對象的多能源協(xié)調(diào)控制技術(shù)。
智慧多級能源一般依托本地區(qū)風(fēng)能、光能和地?zé)岬荣Y源優(yōu)勢，開展園區(qū)內(nèi)光伏、風(fēng)電、分布式儲能、ＭＷ級微電網(wǎng)、電動汽車、冷熱電三聯(lián)供和柔性負(fù)荷等多級能源的綜合協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)能源的集中合理配置與消納、能源效率的大幅提升與電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。
由于多級能源協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)前期設(shè)備投資較大，因此，其經(jīng)濟(jì)效益相比傳統(tǒng)工程略微欠缺。但隨著智能電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用，多能源綜合協(xié)調(diào)控制成本將隨之降低，該成果的經(jīng)濟(jì)性和實用性必將有效提高。
綜合能源的智慧服務(wù)應(yīng)用場景能夠?qū)崿F(xiàn)能源服務(wù)水平的顯著提升，以多樣化的能源運(yùn)行方式，提升電力網(wǎng)絡(luò)以及綜合能源網(wǎng)絡(luò)的智慧化水平，是實現(xiàn)碳減排的重要關(guān)鍵步驟。
注：本文作者供職于國網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司。
