中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2019年3月16日，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)與全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、中國科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組、科華恒盛股份有限公司四家單位聯(lián)合主辦的“首屆全國儲(chǔ)能技術(shù)與綜合能源服務(wù)高層研討會(huì)”在福建廈門宸洲洲際酒店召開，來自電力公司、電科院、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商、地方經(jīng)信委、投資機(jī)構(gòu)等230余人參加了本次會(huì)議。
本次研討會(huì)旨在推動(dòng)儲(chǔ)能與綜合能源系統(tǒng)多環(huán)節(jié)技術(shù)與商業(yè)模式創(chuàng)新，持續(xù)提升客戶需求響應(yīng)能力與業(yè)務(wù)整體盈利能力。
會(huì)議期間，中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司智能化部主任李嘉逸分享了主旨報(bào)告《綜合能源規(guī)劃研究與實(shí)踐》，以下為演講原文：
李嘉逸：大家好！今天我分享的題目是“綜合能源規(guī)劃的研究與實(shí)踐”。
首先介紹我們單位，我們單位是中國能源建設(shè)集團(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)下面的20家設(shè)計(jì)院的子公司，今天也有很多兄弟院的同事出席會(huì)議，我們單位同時(shí)也是國家電力規(guī)劃研究中心西南分中心，也是中國能源規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)智能電網(wǎng)技術(shù)中心。
隨著能源領(lǐng)域的研究重點(diǎn)從智能電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)移，我們單位從2015年開展一些相關(guān)的研究課題，包括一些國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，四川省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，以及集團(tuán)公司的一些研究課題，也開展了像貴安新區(qū)綜合能源規(guī)劃，天府生物城綜合能源規(guī)劃 一些項(xiàng)目。為了輔助設(shè)計(jì)，我們也開發(fā)了一些可視化電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件，智慧能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)評價(jià)軟件這樣的工具軟件。
我今天分享兩個(gè)部分，一，綜合能源系統(tǒng)的提出，包括提出的背景，定義的提出以及價(jià)格的核心。二，談一談我們在綜合能源規(guī)劃研究方面做的一些工作，包括典型案例的分析。
介紹第一個(gè)環(huán)節(jié)，綜合能源概念的提出。在長期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中我國能力生產(chǎn)和消費(fèi)總量不斷增長，傳統(tǒng)的化石能源被過渡的開發(fā)和利用，導(dǎo)致環(huán)境和能源問題比較突出。我們現(xiàn)階段制約能源發(fā)展的問題可以用三個(gè)字概括，兩高一低。高是高化石，高污染，低是低效率。我國現(xiàn)在整個(gè)原煤的占比在一次能源中是68%，全球是29%，代表我國是以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，大量的使用煤炭帶來了嚴(yán)重的污染問題。同時(shí)我國在生產(chǎn)效率這方面也是在世界的平均水平比較低，據(jù)世界能源統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，我國單位GDP的能耗是世界平均水平的1.19倍，是德國1.79倍，能耗水平相比世界先進(jìn)制造國家有差距。
隨著我國的能源需求還在不斷增長，這樣的結(jié)構(gòu)不能支撐我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，為保證人類可持續(xù)發(fā)展，從全球來說，能源行業(yè)就承擔(dān)著兩大使命。
第一個(gè)使命滿足人類日益增長的能源需求。根據(jù)BP的預(yù)測，在未來25年國際能源需求增長大約是30%，而我國將增長40%，隨著化石能源的消耗殆盡，我們拿什么能源替代化石能源，目前是風(fēng)和光作為未來主要的替代能源。預(yù)計(jì)2040年有超過40%的能源需求來自于可再生能源，如果風(fēng)和光提供的能源跟不上需求增長的情況下，我們的另一條路徑就是要提高能源的生產(chǎn)效率。
能源行業(yè)第二大使命是應(yīng)對全球的氣候變化，要減少二氧化碳排放，減少環(huán)境污染，綠色發(fā)展，不能因?yàn)榘l(fā)展斷絕了可持續(xù)發(fā)展的道路。因此我國提出要推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建“清潔低炭，安全、高效的能源體系。
圍繞這樣的能源體系，我們就需要這樣的能源系統(tǒng)，它充分的利用了就地的風(fēng)光、地?zé)豳Y源，通過天然氣三聯(lián)動(dòng)和儲(chǔ)能的調(diào)頻調(diào)峰來平衡供應(yīng)需求，同時(shí)滿足區(qū)域內(nèi)冷熱電的需求，就是這樣一個(gè)復(fù)雜的多進(jìn)多出的系統(tǒng)，需要在建設(shè)之初對各種設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，在運(yùn)維階段實(shí)施多容互補(bǔ)，協(xié)調(diào)優(yōu)化的智能化調(diào)控，通過互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和理念將就地分散碎片化的能源集中起來加以利用，它是能源互聯(lián)網(wǎng)的載體，也是我們的新一代能源系統(tǒng)，它代表未來能源的發(fā)展方向。這樣的能源系統(tǒng)我們稱之為綜合能源系統(tǒng)。
綜合能源系統(tǒng)是指在一定區(qū)域內(nèi)利用先進(jìn)的物理信息技術(shù)和創(chuàng)新管理模式，整合區(qū)域內(nèi)煤炭、石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，實(shí)現(xiàn)多種異質(zhì)能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)規(guī)劃、優(yōu)化運(yùn)行，協(xié)同管理、交互響應(yīng)和互補(bǔ)互濟(jì),在滿足系統(tǒng)內(nèi)多元化用能需求的同時(shí)，能夠有效地提升能源的利用效率，促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展的一體化的新型能源系統(tǒng)。我們認(rèn)為這樣的能力，綜合能源系統(tǒng)包括四個(gè)層次的架構(gòu)。
底層是能源的基礎(chǔ)設(shè)施層，是各種能源互聯(lián)互通的能源網(wǎng)絡(luò)，包括常規(guī)的分布式能源站，分布式光伏、風(fēng)電、地源、水源，熱泵，儲(chǔ)能設(shè)備，電動(dòng)汽車充電設(shè)施，智能配電網(wǎng)，燃?xì)夤芫W(wǎng)，冷熱管網(wǎng)和智能電網(wǎng)。第二層就是能源的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，包括了廣域的測量系統(tǒng)，高級的量測系統(tǒng)與物理信息系統(tǒng)。第三層能源的調(diào)控運(yùn)維交易層，是基于數(shù)據(jù)處理和算法優(yōu)化的多容互補(bǔ)，協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行的管控智能運(yùn)維，運(yùn)用很多像AI的輔助決策，區(qū)塊鏈這樣一些最新的技術(shù)。頂層，我們認(rèn)為是規(guī)劃設(shè)計(jì)層，基于精準(zhǔn)的負(fù)荷預(yù)測和生產(chǎn)模擬來完成優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)。
如果我們把綜合能源系統(tǒng)比做人的身體，我們認(rèn)為能源的基礎(chǔ)設(shè)施和能源的信息化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是人的四肢和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能源基礎(chǔ)設(shè)施和信息網(wǎng)絡(luò)，我們過去已經(jīng)做了很多工作，綜合能源的清潔低炭，安全高效的價(jià)值體現(xiàn)主要體現(xiàn)在規(guī)劃設(shè)計(jì)和創(chuàng)新運(yùn)維平臺(tái)兩個(gè)方面，我們要做的工作就是要造就這個(gè)大腦的左腦和右腦。
第二部分，我們在綜合能源規(guī)劃領(lǐng)域所做的工作。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素、難易程度各方面綜合考慮，綜合能源最可能實(shí)現(xiàn)的路徑，應(yīng)當(dāng)從終端綜合能源系統(tǒng)到區(qū)域綜合能源系統(tǒng)到全域綜合能源系統(tǒng)，最容易入手的就是綜合能源終端的系統(tǒng)，它涉及范圍小。適用于學(xué)校、園區(qū)、工廠、建筑等環(huán)節(jié)，不同能源系統(tǒng)歸同一單位，避免利益糾葛，技術(shù)問題為主，綜合能源系統(tǒng)，易于實(shí)現(xiàn) 。
終端的綜合能源系統(tǒng)有很多的優(yōu)越性，首先可以實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用，可以滿足冷熱電等多種能源的需求，能源效率可以達(dá)到80%以上，還可以通過冷熱電多時(shí)間的互補(bǔ)性，保證可再生能源的充分消納，可以實(shí)現(xiàn)橫向的多能互補(bǔ)，縱向的多能源動(dòng)態(tài)的協(xié)調(diào)，同時(shí)還可以保證用戶的用能品質(zhì)，通過不同的能源的互補(bǔ)，提高用戶的用能可靠性，同時(shí)降低用戶的用能成本。
在現(xiàn)有的一些規(guī)劃方法，對于綜合能源系統(tǒng)來說是不實(shí)用的，現(xiàn)有的一些規(guī)劃方法是對電力或者其他能源分別進(jìn)行規(guī)劃，對一些做單一的能源規(guī)劃或者單一企業(yè)做能源規(guī)劃的時(shí)候，通常是將供能系統(tǒng)的熱量按高峰負(fù)荷并考慮費(fèi)用來設(shè)計(jì)，沒有通過其他能源和手段調(diào)峰和費(fèi)用問題，這樣的方案相當(dāng)不經(jīng)濟(jì)。
到了綜合能源系統(tǒng)，由于存在電器冷熱負(fù)荷需求的峰谷交錯(cuò)，多種能源之間可以通過互補(bǔ)和協(xié)同以及能源轉(zhuǎn)化來解決這個(gè)問題，不再需要通過提高單一的能源解決，可以通過其他能源補(bǔ)足和轉(zhuǎn)化來調(diào)峰，使設(shè)備和能源利用率更高，經(jīng)濟(jì)性增加。但同時(shí)配置的復(fù)雜性也顯著增加，我們不僅考慮每一種能源性能的平衡，還要考慮多種能源的協(xié)同和轉(zhuǎn)化，而且這種協(xié)同表達(dá)轉(zhuǎn)化不能超過設(shè)備時(shí)空的約束，這是我們要研究的問題。
面臨三個(gè)復(fù)雜性，一個(gè)是時(shí)間復(fù)雜性，因?yàn)殡姷捻憫?yīng)速度是微妙和納秒級，而冷熱響應(yīng)是分鐘甚至是小時(shí)。還有關(guān)于空間的復(fù)雜性，電傳播沒有距離限制，而冷熱是有距離限制的，而且它們的行為也非常復(fù)雜，有的有損失性的，有些是不連續(xù)的，不確定的，多態(tài)的。
我們和高校一起合作，提出一種綜合能源系統(tǒng)的方法，通過設(shè)備的配置優(yōu)化和調(diào)度優(yōu)化相結(jié)合來獲得一個(gè)最優(yōu)的配置，在進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化的時(shí)候，我們還要對綜合能源性能系統(tǒng)的仿真。
簡單介紹下綜合能源系統(tǒng)仿真模型建立以及調(diào)度的過程，綜合能源系統(tǒng)仿真模型的建立過程，首先是將左上圖這樣一個(gè)包括UBP光伏、地源、熱泵、電能等設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行抽象得到一些數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)供能單元和負(fù)荷的電冷熱關(guān)系建立平衡方程式，得到綜合能源系統(tǒng)模型，最后給定一個(gè)能源的輸入得到電冷熱負(fù)荷的輸出。
我們運(yùn)用能流母線把這個(gè)問題簡化，黑色的代表電母線，藍(lán)色的代表冷母線，紅色代表熱母線，橘黃色代表煙氣母線，我們將所有的能產(chǎn)生電的電以及電的負(fù)荷組合在一起，能夠產(chǎn)生冷的設(shè)備，冷的負(fù)荷融合在一起，把整個(gè)綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行簡化。通過這樣的結(jié)構(gòu)可以把復(fù)雜的智慧能源、綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行抽象化，然后可以得到每一個(gè)時(shí)刻電冷熱的評分方程。
在仿真模型建立以后，我們需要求取到最優(yōu)的配置，這就是我們提出的雙重優(yōu)化的配置方法。首先通過外層輸入設(shè)備的配置參數(shù)，然后傳遞到內(nèi)層，通過內(nèi)層產(chǎn)生最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，通過內(nèi)層的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用反饋到外層就求得這個(gè)配置的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的成本費(fèi)用加運(yùn)行費(fèi)用值，通過不斷的迭代優(yōu)化最終得到一個(gè)最優(yōu)的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化配置。
這個(gè)方法可以對智慧園區(qū)和能源系統(tǒng)長時(shí)間周期做配置循環(huán)，可以考慮運(yùn)行成本最優(yōu)的配置。
初始投資跟配置方案息息相關(guān)，運(yùn)行費(fèi)用涉及到每天調(diào)度層面的最優(yōu)問題，所以我們需要雙重的方法來解決。
案例1，南方地區(qū)商業(yè)園區(qū)能源站的案例，負(fù)荷包括電熱冷負(fù)荷，熱負(fù)荷包括熱水和熱蒸汽，我們考慮的設(shè)備包括內(nèi)燃機(jī)、燃機(jī)、還有燃?xì)忮仩t，內(nèi)燃機(jī)，溴化鋰吸收式制冷機(jī)，電制冷機(jī)，蓄電池，雙工況制冷劑蓄冰設(shè)備，光伏、熱泵。將這樣一個(gè)工程進(jìn)行了抽象，得到能流母線圖，同時(shí)運(yùn)用雙重的方法得到最優(yōu)配置，同時(shí)得到逐日逐月的一些熱電負(fù)荷的足小時(shí)功率平衡的控制策略。
我們把這個(gè)優(yōu)化方法得到配置與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)院的方法的結(jié)果進(jìn)行對比，優(yōu)化方法得到投資成本相對于要便宜400多萬，整個(gè)運(yùn)行成本要節(jié)約大概40萬左右，從規(guī)劃周期年平均費(fèi)用節(jié)約21%，減排節(jié)約27%，能效可以提升17%。
第二個(gè)案例，上海某樂園的分布式能源站設(shè)計(jì)，能源站主要解決酒店、餐飲及主題樂園。設(shè)計(jì)要求：利用發(fā)電余熱制冷制熱，實(shí)現(xiàn)能源梯級利用，余電上網(wǎng)。采用冷熱調(diào)峰設(shè)備滿足用戶側(cè)不同時(shí)段的能源需求，提高系統(tǒng)能源利用效率。我們運(yùn)用了雙重化方法對項(xiàng)目最優(yōu)配置進(jìn)行了計(jì)算，最后得到結(jié)算結(jié)果，與傳統(tǒng)方法相比，在成本上實(shí)際上比傳統(tǒng)方法高一些，大約是高了一兩千萬的樣子，在年運(yùn)行成本上面有將近500萬的節(jié)約，從全生命周期來說平均每年平均費(fèi)用節(jié)約12%，減排能夠節(jié)省36%，能效能夠提升44%。
綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，既需要有理論，還需要有實(shí)踐，它的復(fù)雜性在于既要滿足電、冷、熱平衡，保證能源供應(yīng)的可靠性，還有通過各種能源的協(xié)同轉(zhuǎn)換提高效率保證經(jīng)濟(jì)性。在開展具體項(xiàng)目時(shí)，又涉及到許多具體的工程問題、設(shè)備的特性問題。
二，我們很好的將理論與工程實(shí)際進(jìn)行了結(jié)合，通過上述優(yōu)化的配置方法，我們衡量是否需要配置儲(chǔ)能，第一個(gè)案例配置的時(shí)候考慮了儲(chǔ)能，通過計(jì)算以后，因?yàn)閮?chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性，所以最后在計(jì)算求解的最優(yōu)配置里面沒有放進(jìn)去，但是可續(xù)冰，續(xù)冷的儲(chǔ)存方式。通過這個(gè)方法可以得到一個(gè)最優(yōu)的配置方法，而且可以確定儲(chǔ)能每小時(shí)的調(diào)度策略。隨著儲(chǔ)能成本下降，儲(chǔ)能在綜合能源項(xiàng)目中的價(jià)格可以得到很好的發(fā)揮。謝謝！
（本文內(nèi)容根據(jù)錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
