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华电电科院郑文广:推动以源为中心的园区智慧转型

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网    2020/11/20 15:03:30  我要投稿  

北极星火力发电网讯:综合能源服务的隐形门槛我觉得做的非常好了还是非常难的,做的有经济价值、有经济效益的综合能源服务系统还是要水平的、要一定能力的,这里面满足用户多元化、个性化的能源需求,核心还是把我们高效可利用的可再生能源利用起来,来满足我们的工业园区、高校、企业园区,不同用户场景的用能需求。

——华电电力科学研究院有限公司分布式能源技术部副主任郑文广

11月20日,北京市昌平区科学技术委员会、华北电力大学技术转移转化中心、中关村华电能源电力产业联盟、中国电力云平台等单位举办“2020年中国园区智慧能源高峰论坛”,与大家共同探讨园区智慧能源的市场开发、技术创新和商业模式等,北极星电力网全程直播。

直播专题:2020年中国园区智慧能源高峰论坛

华电电力科学研究院有限公司分布式能源技术部副主任郑文广作《推动以源为中心的园区智慧转型》的主题报告。

华电电力科学研究院郑文广.jpg

以下为发言实录:

各位下午好!很荣幸来到华北电力大学国际交流中心,跟各位分享关于综合能源服务这个话题,这个话题最近这一两年也非常热,国内外包括一些高校的学者,包括几大电网,包括几大集团,包括国内外的一些研究机构,针对综合能源服务在国家能源转型过程中的地位,对这个方向非常看好。我今天就是我把对综合能源服务领域的一些概念和一些看法,以及国外在综合能源服务,尤其是园区的区域综合能源服务系统转型的发展方向,以及我们国家甚至我们华电集团在下一部园区级综合能源服务方面的发展思路、发展想法,跟各位领导、各位专家做个交流。

第一,我们国家为什么要做综合能源。大家知道,从2014年在能源提出“四个革命,一个合作”以后,尤其今年前段时间9月22日有两个数字:“2030年碳排放达到峰值”“2060年碳中和”,这两个数字提出以后,很多协会、学术机构都围绕这个概念,能源领域怎么达到这个目标、这两个值,下面看一下我们国家现在基本的情况,我们国家为什么要发展综合能源,综合能源怎么样配合实现碳中和。

截止去年年底,我国总装机容量20.1亿千万,这是世界首位的,这里面清洁能源装机比例8.4亿,装机占比41.9%。从发电量角度,全社会用电7.3万亿,清洁能源包括水电清洁能源是2.4亿,占的比例是32.6%。一个是装机占比现在是41.9%,实际发电量占比是32.6%,这个过程中就存在一个问题,随着我们刚才提到了碳中和、碳排放,现在大家也知道光伏、风电特别火热,现在设备厂家订不到设备、订到以后交不上货,这种情况下可再生能源,尤其是水电负荷情况下,风光大规模上了以后,我们可再生能源的持续消纳问题肯定是未来越来越严重。

这个背景下,我们国家现在面临的一个深层次的问题,首先我们刚才看到了能源结构不合理,现在极力在转型,下一步清洁能源比例可能进一步提升,满足碳中和的目标,这几年随着国家能源清洁化以后,现在好多了,包括北京已经供暖了,天气明显感觉非常好了。

包括整体能源效率低,这里面看到我们国家的单位GDP能耗,虽然我们是能源大国,但是我们能源利用的效率,单位GDP的能耗,相比一些发达国家,相比一些优秀的国家,相对来说是比较低的。因此,下一四能源的清洁高效利用,是我们转型发展的必然趋势。

这是做未来的预测,预计到2025年,根据现在人均是4千度电,以韩国为代表,年用8四千万吨,到202年发电量是10亿,预计清洁能源的发电要占到45%。上面说了这么多,我们国家目前面临的能源形势,电源侧刚刚提到了,未来肯定是风电、光伏等大规模的可再生能源增长,但是风电大家都知道灵活性不足的问题,带来其风其光一系列的问题,这种情况下我们的灵活电源,最近几年煤电领域的灵活能源改造,包括燃气电厂,受限于燃气资源本身的比例也不行,实际我们国家现在灵活性电源的比例只有6.8%的概念,与欧洲可再生能源大国比较多的灵活性的比例30%多,我们这个比例还是非常大的。这块尤其我们作为发电集团,怎么样配合灵活性。

电网侧柔性电源建设的问题,不多说了。负荷侧,我们是做分布式能源的,对符合侧的需求应该是感受非常深刻的,我们现在汽车行业,城市的充电桩上来以后对我们城市配网要求,配网和需求怎么样去适应负荷灵活的变化需求。另外,随着生活水平的提高,空调负荷,尤其我们在南方地区,夏季空调负荷是非常高的,整个电网怎么样去适合负荷的动态变化,尤其我们现在包括冷热负荷的变化,5G基站对能源也有需求,负荷动态的变化以及负荷端的发展,对电网的需求差别是比较大的,对源、网、荷的动态匹配,东营端怎么高效的迎合需求端,这是非常重要的任务。

灵活性电网的问题,这里有几个概念,西班牙的抽水蓄能和燃机,德国灵活电源17%,西班牙主要抽水蓄能和燃机34%,美国灵活电源接近50%,我们国家的灵活电源6.8%。我们国家愁绪技术是比较成熟的,但是受限于选址等各种原因,受限于燃气量。储蓄领域,技术比较成熟的是抽蓄,还是有一系列问题需要解决。

未来的发展,肯定是集中式的清洁能源和分布式高效,尤其是靠近用户端的零散式的围绕综合能源服务端清洁高效的就地开发为主的方式。储能技术,未来在我们综合能源服务,尤其是综合能源服务更加贴近用户端,靠近用户端怎么和用户系统高效的耦合或者高效的互补进行匹配设计,上一个课题也讲的非常好,讲综合能源服务系统的规划、设计,其实综合能源服务系统说到规划、设计,至少我们是发电集团,站在发电集团传统设计,我们考虑煤电30万、60万、百万,差别不是很大的,我们也上了一些系统以后,为什么整个投资、经济效益方面,就是因为园区服务系统,用户端是一个灵活多变的,每个用户的需求都是不一样的,怎么样根据用户的需求个性化的去匹配、个性化的去设计,应该对综合能源服务系统的规划、设计领域,包括我们现在新的能源形式上以后、新的储能形式,包括新的用户需求变了以后,怎么样高效的去匹配它,这个里面我们认为是整个综合能源服务系统里面涉及的灵魂,但是很难用统一的模式,包括以前我们用了多少年的方式,都不符合新的综合能源系统设计的方式,这种情况下结合储能系统,包括现在提的最近也比较热的好多城市提出储氢,氢能从发电集团角度研究的比较多、做的比较多,我们现在这么多弃风弃光,发电量消纳不了,不光是它的波动性,实际因为涉及一个系统性的问题、调度的问题,有太阳的时候好多也是浪费掉,这块我们怎么样包括西南地区有一些弃水,怎么样把这些浪费掉的资源通过电解水制氢、储氢,就地利用或者其他的方式,这个产业链从氢气的植被、存储、运输以及利用整个产业链,逐渐在发展和完善,在综合能源服务系统中,随着技术的成熟度越来越提高、越来越进行一些匹配,后面也会结合欧洲的案例分享氢能源系统在这里面的应用。

总的来说,综合能源服务这个话题是新的一种业务模式,我个人理解更多的是在技术集成基础上商业模式的创新,但是这个商业模式的创新表面看起来好多简单能源系统的,包括我们一直从事能源领域,好多系统觉得也不会很难,实际把这么多匹配起来以后、耦合起来以后,有经济价值的去满足用户的需求,其实这里面我个人觉得看起来门槛不高,实际隐形门槛我觉得做的非常好了还是非常难的,做的有经济价值、有经济效益的综合能源服务系统还是要水平的、要一定能力的,所以这里面满足用户多元化、个性化的能源需求,核心还是把我们高效可利用的可再生能源,降低用户能耗,促进新能源的发展,来满足我们的工业园区、高校、企业园区,不同用户场景的用能需求。

通过上面来分析,分析了我们国家现在能源现状以及面临的形势,因此我个人觉得,尤其在长三角、珠三角、京津冀、海南自贸区,我们也经常接触比较多这些区域布局以用户为中心的综合能源服务系统,源、网、荷、储一体化的个性化需求的综合能源服务系统,应该说是在前几年大规模发展以后、精细化发展以后重要的发展方向,未来也是投资的热点,咱们国家今年出了两国文件,一个是两个一体化,另外一个是国家促进新基建产业发展,这两个文件提出来把综合能源服务作为“十四五”投资的重点领域,这块应该说是未来城市能源转型发展过程中重要的发展方向。

我感觉今天论坛非常好,非常切合实际,我在外面也学习了包括腾讯云、包括讲数字能源规划的,这些我个人理解以数字化和智能化和能源领域的深度融合,肯定是未来的发展方向和发展趋势。我结2017年就开始做我们集团的数字规划,虽然我们国家在消费品、生活用品、日常消费领域,包括我们在阿里、腾讯这些相关企业带领下,走在世界前列,实际在工业互联网领域,数字化和能源领域深度融合以后,真正能够解决我们能源领域实际上的问题,能够达到我们真正效率提高,减少我们的运维人员,减少生产成本,真正做得很好这个难度我个人觉得是非常大的,这个肯定是未来的方向,包括现在我们了解到几大集团都在做这些示范,我们集团也在煤电、新能源等各个领域逐步在布局这个东西,虽然说有一些困难,现在都在往前布局数字化和智能化,尤其在我们综合能源领域,围绕几大集团,包括好多民营企业也在做综合能源服务平台,能源淘宝平台,实际这个能源淘宝平台这个里面,至少现在还没有形成一个稳定的商业模式,我们把数据接回来以后,怎么样把数据高效的用,怎么反映在供应端更加高效去吸纳一些可再生能源,降低我们的供能成本,还能高质量的满足用户需求,还是有大量工作去做的。现在有好多集团,包括华融、好多民营企业都在往这方面转,结合电力市场交易、辅助服务市场都在做这些工作,但是盈利模式我们怎么样把这个商业模式形成,这里面的工作还是非常重要的,但是还有好多好多工作往前做。当然我说这个不是说不看好这个方向,我个人也是非常看好这个方向的,今天组织这个论坛我觉得非常有意义,我一直也做这些工作,感觉越做越难,要能发挥它的数据价值,数据真正在能源用了以后帮助能源领域解决工业互联网、电力能源行业降低检修运维成本,我们真正把减员增效做下来,这个步子比我们想象的慢多了,但是投下去的钱肯定是有效果的,我们集团又有远程集控、少人值守,一个地方控制周边八九十公里的能源站,工业园区级的,也都调试成功了,实际这个过程中还是有大量的工作在做,一直也在摸索。

第二,结合我们调研了解的国际城市能源转型过程中区域综合能源系统在未来他们的发展状态和发展的趋势,跟各位领导进行分享。

首先看一下这个图,这个图是德国装机容量,总容量是206GW,可再生能源装机容量占57%,化石能源装机容量占43%,到2028年还是2025年,2025年是第一阶段退煤,到2035年全部退煤,这里面也存在一个问题,这是我们去年10月份、11月份的数据,60%的发电量还是在化石能源和核能,40%的发电量还是可再生能源。但是德国在能源转型过程中,他们可能走的比我们亲一点,他已经完成了大规模的可再生能源装机这个过程,可再生能源装机上去以后,怎么样提高可再生能源并网量的问题,把可再生能源利用率怎么样提高。另外,供热、供冷领域,甚至交通领域低碳化的问题,尤其是交通领域,其实从电动汽车这一块,他们发展应该说比我们国家相对缓慢的,把交通领域能耗的电动化提上日程。他们在转型过程中做的关键的技术方面的,首先前面提到灵活性这一块,燃煤机组的灵活性,怎么样配合整个电网的问题。另外,他们的储能尤其是储电和燃煤电厂配合去满足调峰和调频,从2014年到前几年上的是非常多的,好多火电厂都配备了储电电池,当然电池也不是他们的,有韩国LG的,也有宁德时代的。另外,数字化和智能化,但是他们这个数字化、智能化我个人觉得还是做的非常务实的,因为欧洲电力市场是比较成熟的,围绕电力市场化交易是比较成熟的,因此主要是围绕电力市场的调度,根据电力市场的匹配情况分配到负荷以后怎么样高效满足适应电力市场情况下经济优化调度,数字化领域他们做了很多,实际他们的数字化没有像我们国内做好多辅助的做的非常漂亮,或者外围的工作做的这么多,但是他们真正围绕实际设备的状态诊断、监控,他们做了以后就敢用,就像我们厂里面管道、泵、风机,上来系统以后监控这些数据,就可以把人确实减下来,他就敢用,但是我们好多也上了这些,实际都是摆设,看了以后都不敢相信,就像我们去国外一个电厂,总共人数才106个人,当天在厂里面有10几个人,也是好几十年的老电厂,也做了一些数字化、智能化的工作,真是没那么大,也不能完全对比,他们整个数字化、智能化对设备的监控,包括优化运行,包括满足电力市场角度和交易,我个人是很佩服他们围绕实际需求,触及到发电行业里面本质的东西去做数字化和智能化,围绕解决问题做这些事情,而且敢用,这块我个人是很欣赏的。

结合大的城市区域,围绕城市区域的能源转型和发展,尤其是咱们今天综合能源,在他们整个城市发展布局过程中,围绕冷热电的需求布局也是特别多。

几个典型的案例。

德国欧瑞府零碳园区,对于这一块他们比我们走的我觉得不会很早,可能也就十几年,但是他们前几年在零碳园区,把原来的重化工企业进行改造,化工厂、煤气厂有一些尾气,形成CHP系统,利用化工资源上一些光伏,包括储电、充电设施,上一些氢能设施,储氢罐、电解水制氢,规模也不一定很大,根据园区匹配设计,结合智慧能源系统,所谓智慧能源系统我看他们的平台也很简单,就是把设备运行状态连接起来,通过算法进行优化调度或者运行,他们主要目的就是实现化工园区里面零碳的概念,这也是他们最早进行转型的示范。

同时他们在氢能利用这块也是做的比较多,包括围绕可再生能源制氢气,以及结合化工厂里面的二氧化碳,因为氢气的输送和存储确实有问题,怎么样把氢转化成甲烷,甲烷天然气管道就非常多,结合城市利用,也做一些示范。

瑞典,整个国家经历了石油危机以后,他现在的可再生能源比例还是非常多,因为他这个地方比较冷,供暖的时间特别长,斯德哥尔摩、哥德堡城市区域有很多生物质CHP供冷,生物质电厂,有传统的锅炉,结合一些CHP电厂,在这个基础上大城市里面电厂周边都大有的蓄热罐,进行城市供热的调节,通过需热系统来解决。这里面我个人觉得他们做的比较好的就是可再生能源,因为瑞典就是波罗的海区域,海水比较丰富,海水水源热泵资源怎么样高效利用也是他们比较有特色的,他们有世界上最大的海水源热泵系统,通过海水源热泵系统把海水里面热水提出来以后,再结合和周边生物质电厂进行耦合,斯德哥尔摩地区进行供暖的需求,解决斯德哥尔摩地区的供暖,来大比例提高可再生能源地热资源,大的电厂主要是烧生物质的电厂,来解决碳排放问题。

住的比较分散,好多地方他们人特别少,相对来说地域还是比较少的,很多独栋别墅,他们生活水平确实比较高,住的也特别分散,我感觉比我们中国的农村还是分散好多。这里面他们能源,好多屋顶做的光伏,自己做触电电池,白天利用光伏的电,晚上触电电池,自己上了一些电制氢,有储氢罐,有好多氢燃料汽车,像沃尔沃汽车,一个是氢燃料电池充氢,一个是储电电池可以晚上供电,另外通过氢燃料电池,四五百平米小别墅分散在农村地区,他们相当于也有幕墙光伏、也有空气源热泵、地源热泵,光伏利用的比较多,包括院子里面好多垃圾筒,整个产业链可能比较成熟,把这些相对来说都高效耦合起来,实现家庭用能的零碳化,因为发展比较好,相当于用绿电的意识也是比较强的,这块他们做的也是非常多的,在我们国家承担一些有代表性的经济发达地区的,这也是很有代表意义。

下一步说一下我们国家的发展趋势,从今年开始,大家在座能源行业都看到了,两个一体化这个文件出来以后,一个就是涉及到怎么样我们存量的火电以及水电基地结合,风光水火储的耦合解决灵活性的问题,促进可再生能源消纳。另外,终端一体化,围绕园区的负荷需求进行源、网、荷、储高效耦合和匹配,来解决园区的供能需求。

再讲一个我们自己的案例,我个人觉得也是比较成功的案例。上海迪斯尼,也是比较有代表性的,为了迪士尼园区进行供能,我们上了5台4.4兆瓦内燃机发电机组+溴化锂余热机+直燃机调峰+、分布式光伏+蓄冷蓄热。上了储蓄罐和储蓄罐进行调峰,2018年做了光伏系统和整个系统进行耦合和互补,向多个园区提供“冷、热、电、生活热水、压缩空气”,整体还是做的非常不错的,系统匹配耦合也是非常好的。经济性,上海给的燃气是3块1,整体还是可以的,这个燃气价格当然受限于各种原因,整个园区经济效益还是可以的,设计和用户需求匹配度比较高,实现了园区综合能源的高效利用。

这里面调峰我们也上了一些电制冷和电热水的锅炉,根据用户动态的需求和匹配做的是比较好的。

(根据现场速记整理,未经嘉宾审核)

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