以園區(qū)為代表的綜合能源服務(wù)已成為時(shí)下的熱點(diǎn)，在綠色用能要求、可再生能源快速發(fā)展等背景下，多能互補(bǔ)在園區(qū)綜合能源建設(shè)中應(yīng)用比較廣泛。在運(yùn)行管理過程中，如何實(shí)現(xiàn)多種能源的優(yōu)化調(diào)控，滿足能源供需平衡，達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又綠色的效果，是做好綜合能源服務(wù)的關(guān)鍵，研究多能源的優(yōu)化調(diào)控運(yùn)行策略具有重要意義。
綜合能源方案與管理系統(tǒng)
1、 背景與發(fā)展
在環(huán)境問題突出、可再生能源發(fā)展、電力體制改革等大背景下，隨著多能互補(bǔ)、能源互聯(lián) 網(wǎng)、智慧能源等技術(shù)的不斷發(fā)展，綜合能源應(yīng)運(yùn)而生。
綜合能源的很多項(xiàng)目中都存在多能互補(bǔ)的情況，史玉波理事長曾經(jīng)提出綜合能源的特征是“兩高三低”，即高能效、高可靠性、低成本、低排放、低污染，所以可以說優(yōu)化調(diào)控是綜合能源領(lǐng)域比較關(guān)鍵的一個(gè)點(diǎn)。
2、 園區(qū)綜合能源方案
完整的園區(qū)綜合能源方案的2個(gè)方面的內(nèi)容：
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能源生產(chǎn)側(cè)：包括供冷、供暖、電、氣等以及地源熱泵、電鍋爐等設(shè)備裝置
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能源消費(fèi)側(cè)：樓宇能耗中的風(fēng)機(jī)盤管、溫控面板等
完整的園區(qū)綜合能源方案的3個(gè)層次：
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物理層：基礎(chǔ)設(shè)施
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網(wǎng)絡(luò)層：采集和控制物理設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信必備的條件
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信息層：管理系統(tǒng)
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物理層
上圖是比較典型的物理層邏輯拓?fù)鋱D。
一般我們所說的綜合能源首先包含了電、熱、天然氣等多種能源形式，來給區(qū)域內(nèi)的用能設(shè)備供能，中間接入的是綜合能源的調(diào)控。從上圖中可以看到，物理層在設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮的是當(dāng)?shù)乜稍偕Y源的稟賦，可使用的資源優(yōu)先使用，在用能無法滿足的情況下再引入一些外部資源。
從園區(qū)的能源類型上來看，可以選擇多種能源供應(yīng)，不同能源之間相互轉(zhuǎn)換，有很多能源是通過電來驅(qū)動(dòng)的，像冰蓄冷、電制冷機(jī)組等。從園區(qū)的政策或經(jīng)濟(jì)上來看，可以配備儲(chǔ)能系統(tǒng)，像有峰谷電價(jià)的地方可以通過儲(chǔ)能的方式來獲取收益。從特點(diǎn)上來看，用電的形式轉(zhuǎn)化為冷和熱是比較普遍的。
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網(wǎng)絡(luò)層
根據(jù)園區(qū)規(guī)模大小，能源生產(chǎn)、消費(fèi)的物理布局，構(gòu)建能源網(wǎng)絡(luò)層，包括能源感知網(wǎng)絡(luò)、通信接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等。
網(wǎng)絡(luò)層一般分為2個(gè)方面：
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局域網(wǎng)：園區(qū)內(nèi)的樓宇比較多，面積也不會(huì)很小，一般會(huì)利用TCP/IP的形式組建一個(gè)局域網(wǎng)。
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末端采集網(wǎng)絡(luò)：末端表計(jì)通過集中器、485線采集信息。
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信息層
最上方的信息層一般就是綜合能源管理系統(tǒng)，按照客戶的需求進(jìn)行定制化開發(fā)，所以差異化會(huì)比較大，一般情況下分為以下幾個(gè)部分：
生產(chǎn)管理：
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運(yùn)維檢修管理
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供電服務(wù)管理
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生產(chǎn)調(diào)度管理
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生產(chǎn)建設(shè)管理
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能源規(guī)劃管理
營銷服務(wù)：
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能源交易管理
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節(jié)能服務(wù)管理
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需求響應(yīng)管理
決策支持：
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資產(chǎn)全壽命周期管理
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智能決策管理
多能源運(yùn)行優(yōu)化調(diào)控策略
1、 多能源的調(diào)控策略
個(gè)人認(rèn)為，從廣義上來講，綜合能源的調(diào)控貫穿多個(gè)環(huán)節(jié)，可以把綜合能源整個(gè)的建設(shè)過程粗略的分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行，調(diào)控策略不僅在運(yùn)行階段，規(guī)劃設(shè)計(jì)階段也有涉及。
規(guī)劃設(shè)計(jì)：
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測(cè)算冷、熱、電等負(fù)荷情況
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根據(jù)資源對(duì)能源類型進(jìn)行選型
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制定多種能源下，不同季節(jié)的總體運(yùn)行策略
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按照負(fù)荷要求設(shè)計(jì)能源生產(chǎn)設(shè)備的容量
運(yùn)行：
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掌握能源生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)
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制定優(yōu)化調(diào)控的目標(biāo)
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對(duì)多能源之間進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控
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檢測(cè)能源消費(fèi)側(cè)的用能情況，實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整
2、規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的策略
以上圖為例，園區(qū)內(nèi)有8棟樓，在考慮運(yùn)行策略的時(shí)候會(huì)對(duì)這8棟樓的負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行初步的預(yù)測(cè)，得出一個(gè)總量數(shù)，同時(shí)結(jié)合人們每天的生活習(xí)慣，得出一個(gè)初步的預(yù)測(cè)圖。
通過對(duì)上圖的分析可以得出園區(qū)的負(fù)荷情況，包括每天不同時(shí)點(diǎn)的負(fù)荷運(yùn)行要求，以這個(gè)作為輸入條件，對(duì)園區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的設(shè)備選型、供能能源站及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。
在上圖的園區(qū)中利用了地源熱泵，中水、污水源熱泵給末端進(jìn)行供冷、供暖，同時(shí)融合了水蓄能的裝置。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)好之后，根據(jù)不同的季節(jié)、經(jīng)濟(jì)條件、電價(jià)水平等情況對(duì)園區(qū)的總體運(yùn)行策略進(jìn)行初步規(guī)劃，以達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。
3、運(yùn)行階段的優(yōu)化調(diào)控
規(guī)劃設(shè)計(jì)階段初步確定了一些大的運(yùn)行策略，但實(shí)際上在運(yùn)行階段的時(shí)候還會(huì)受到天氣、負(fù)荷變化等的影響。
上圖中最下方的設(shè)計(jì)策略指的是規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的運(yùn)行策略，實(shí)際上每天的調(diào)度計(jì)劃還要考慮天氣、負(fù)荷預(yù)測(cè)等因素。負(fù)荷預(yù)測(cè)主要來源于園區(qū)內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，例如相同天氣情況下末端的運(yùn)行情況。用這幾方面作為調(diào)度計(jì)劃的輸入條件，就可以得出園區(qū)內(nèi)每天的調(diào)度計(jì)劃，在執(zhí)行調(diào)度計(jì)劃的過程中，還需要考慮供需的平衡優(yōu)化，通過供需平衡，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度，像供冷或者供暖主要是根據(jù)管網(wǎng)內(nèi)供水和回水的溫度來判斷的，再對(duì)調(diào)控的執(zhí)行進(jìn)行細(xì)微的優(yōu)化，來達(dá)到調(diào)控的目標(biāo)。
在上述調(diào)控思路下，需要考慮以下幾個(gè)點(diǎn)：
（1）調(diào)控目標(biāo)可以從2個(gè)方面來考慮：
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經(jīng)濟(jì)角度：在滿足用能需求的條件下，怎么才能讓運(yùn)行成本更低，更省錢、更經(jīng)濟(jì)。
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社會(huì)效益：如何更多地使用可再生能源，減少排放，讓園區(qū)供能更綠色。不同的調(diào)控目標(biāo)下，調(diào)控的計(jì)劃、方式會(huì)有所不同。
（2）調(diào)度計(jì)劃：以小時(shí)為單位，制定運(yùn)行計(jì)劃，包括各能源設(shè)備的啟停、工況、功率等。
（3）負(fù)荷預(yù)測(cè)：
（4）供需平衡優(yōu)化
針對(duì)供冷、供暖；監(jiān)測(cè)供回水管網(wǎng)的溫度變化，監(jiān)測(cè)頻率分鐘級(jí)；設(shè)定時(shí)間窗口，當(dāng)溫度在時(shí)間窗口內(nèi)一直不滿足條件，則對(duì)能源生產(chǎn)側(cè)進(jìn)行調(diào)控優(yōu)化。
工程案例介紹
以某園區(qū)為例，園區(qū)以企業(yè)辦公為主，以電能為中心、多種能源綜合協(xié)調(diào)供應(yīng)的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)工程，滿足了園區(qū)27.88萬平方米、365*24小時(shí)的“電、冷、熱、熱水” 等綜合能源需求。
園區(qū)內(nèi)供能的系統(tǒng)主要有9大類，比一般的園區(qū)要多：
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地源熱泵系統(tǒng)
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冰蓄冷系統(tǒng)
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機(jī)載冷水機(jī)組
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蓄熱式電鍋爐
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太陽能熱水系統(tǒng)
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光伏發(fā)電系統(tǒng)
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太陽能空調(diào)系統(tǒng)
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風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
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鉛酸儲(chǔ)能系統(tǒng)
同一種能源類型有好幾種供能設(shè)備，涉及到比較多的策略、算法，在這種情況下做多能源的調(diào)控就比較有意義。
綜合能源調(diào)控平臺(tái)為綜合能源項(xiàng)目的神經(jīng)中樞，以“調(diào)得起、調(diào)得準(zhǔn)、控得住”為總體要求，通過充分感知園區(qū)能源需求、全面調(diào)控園區(qū)各能源生產(chǎn)系統(tǒng)，達(dá)到園區(qū)多種能源供需平衡和綜合能效管理。
能源網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控平臺(tái)有以下4個(gè)方面的功能：
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在線監(jiān)測(cè)：利用三維可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì) 能源網(wǎng)多角度、全方面的綜合監(jiān)測(cè)，保證綠色復(fù)合型能源網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。
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優(yōu)化調(diào)控：利用負(fù)荷預(yù)測(cè)、生產(chǎn)預(yù)測(cè)、調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)多種能源的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
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運(yùn)行維護(hù)：實(shí)現(xiàn)能源網(wǎng)設(shè)備全生命周期的管理，精細(xì)的三維數(shù)字模型為生產(chǎn)人員、維修人員提供可視化培訓(xùn)。
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指標(biāo)體系：建立區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，全面、客觀的評(píng)價(jià)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)建成后運(yùn)營水平。
平臺(tái)采用了先進(jìn)的調(diào)控算法，實(shí)現(xiàn)了多種能源的自動(dòng)調(diào)控運(yùn)行，不僅節(jié)省了運(yùn)行成本，而且大大提高了運(yùn)地效率。通過1-2年運(yùn)行數(shù)據(jù)的測(cè)算得出，整個(gè)園區(qū)的成本回收在6-7年左右的時(shí)間。
經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
這里重點(diǎn)總結(jié)一下以往項(xiàng)目中比較深刻的經(jīng)驗(yàn)。
1、可靠性
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采集終端可靠性：能源的優(yōu)化調(diào)控以數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，不管是能源生產(chǎn)側(cè)、 還是消費(fèi)側(cè)，需要安裝大量的采集終端；表計(jì)采集的可靠性，直接決定了平臺(tái)的實(shí)用性。
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網(wǎng)絡(luò)通信可靠性：末端采集通信、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，有線、無線等。
2、容錯(cuò)性
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故障診斷：當(dāng)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確時(shí)，能縮小故障的范圍，輔助判斷故障原因，提高運(yùn)維效率；
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容錯(cuò)性：數(shù)據(jù)的采集難以實(shí)現(xiàn)100%的可靠，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)，保證不影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行。
3、管理問題
多能源的優(yōu)化調(diào)控策略，不同于傳統(tǒng)能源的運(yùn)行，對(duì)人員專業(yè)能力要求比較高，要加強(qiáng)培訓(xùn)、管理，做好制度建設(shè)，不然效果也會(huì)大打折扣。
精彩問答
問：負(fù)荷預(yù)測(cè)怎么做？
答：負(fù)荷預(yù)測(cè)比較有難度，可以參考之前的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合天氣等因素，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法來預(yù)測(cè)。
（彭代文，國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)國電通公司智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)研發(fā)部 副總經(jīng)理）
