能源互联网下的多能互补综合能量管理-第2页-北极星储能网

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(3)多能流安全评估与控制

安全的重要性不言而喻，而能源系统的安全尤其关乎生命和财产安全。一方面需要建立“N-1”安全准则的概念，这个概念就是去关注最薄弱的环节，并且做出预案。上午我们成果的发布会上举了一个例子，是说台湾近期的一次大停电是由气的阀门故障导致的，那么那个阀门就是气-电耦合综合能源系统的一个薄弱环节。所以一定要时刻关注薄弱环节，出现问题一定要有预案，否则会面临巨大的风险。另一方面要关注园区交易关口的安全控制，园区关口的容量配置和运行的成本是个关键问题，一方面是容量越大变压器的投资成本越高，另一方面容量越大电网公司收取的容量费也越高。比如：50兆瓦容量和100兆瓦容量投资和运行的总成本相差很大，如果设计成50兆瓦的容量，万一实际容量超过了，会烧掉变压器。该怎么将关口潮流控制在50兆瓦以内，这就是安全控制问题。在多能流系统中，不同能源系统相互耦合和影响，某一部分的故障和扰动会影响到多能流系统的其他部分，有可能造成连锁反应，因此需要进行耦合分析。可以利用热、气等系统的惯性提供的灵活性，为电系统的安全控制提供新手段，可以利用这些新手段，做协同安全控制。

(4)多能流优化调度

这里有几个重要的概念：启停计划、日前调度、日内调度、实时控制。一个园区或者是城市的三联供、燃气机组、电锅炉都是可以启停的，有一些设备停下来可以降低成本，这就可以根据确定日前的最优启停计划进行启停。然后在启停基础上调节多少出力，这是日前调度。而日内调度是由于风光出力变了、负荷变了，所以日内需要再调度，以此来适应新的适合的发电出力，维持最优的出力和负荷的平衡。最后到了秒级还要进行控制，如对于网络安全问题、调压问题、调频问题，都需要进行实时控制。调度的时间尺度较长，一般以15分钟为单位，控制是以秒为单位，时间尺度较短。在多能流系统中，其可调控的手段比单一能源系统要多，从源网荷储的角度出发，可实现冷、热、气、电等的综合调度和控制。

(5)多能流节点能价

一个园区或者是智慧城市，一定要考虑建设一个非常好的内部的商业模式。内部的商业模式不是对外的，不是对上的，而是对园区内用户的，这样的一个商业模式应该是什么样?最科学的模式就是节点能价的模式。节点能价的模式首先需要通过计算确定各个地方的用能成本是多少，用能成本包括四个部分：一是能量发出来的成本;二是传输损耗的成本;三是网络阻塞的成本;四是多能耦合的成本。然后需要科学精准地计算各个结点的能价，包括冷价、热价、气价和电价，不同时刻、不同地点的价格，只有通过精准计算，才能使园区总的用能成本显著下降，因为可以用价格的信号来引导用户用能。这样整个园区的用能成本则可以通过柔性的能价手段得到显著下降。

节点能价根据供应商的生产边际成本制定，当线路出现阻塞时，各节点的价格根据所在位置的不同而呈现不同的价格，实时价格可以激发用户侧的灵活性。节点能价科学体现了成本，有利于建立公平的内部市场机制。

(6)多能流虚拟电厂

虚拟电厂是对上级市场的商业模式，整个园区或城市都可以变成一个大的虚拟电厂，尽管不是物理电厂，但是有很多储能和冷热电三联供等分布式电源，联合起来就可以变成一个大的可调节的市场主体。因为分布式资源容量小、数量多，市场难以单独管理，通过虚拟电厂的集合，可以通过软件架构实现多个分布式资源协同优化运行，为外部市场提供调峰、调频、调压等服务，有利于总体资源的优化配置和利用。这样的商业模式能够带来很高的经济收益，这在美国已经成为现实。

虚拟电厂在优化调度的基础上，可以将园区内的分布式电源、可控负荷和储能装置聚合成一个虚拟的可控集合整体，从而园区可以作为一个整体参与上级电网的运行和调度。虚拟电厂协调上级电网与分布式资源间的矛盾，充分挖掘分布式资源为电网和用户所带来的价值和效益，实现与电网的友好互动。

如下图所示是多能流虚拟电厂的内部组成架构。

横向来看依次是源网荷储。源侧包括常规的供电设备、CHP机组、燃气锅炉等设备，以及外部电网供电、可再生能源接入;网架分为冷热电等传输系统;荷侧为园区内部的电、热、冷负荷;在储能方面，不同能源子系统均有各自的储能设备。纵向来看依次是电、气、热、冷多能互补运行。不同的能源子系统分别用不同的颜色表示，多种能源转化设备(热泵、CHP、燃气锅炉、溴化锂机组)将不同的能源子系统相耦合。园区内部多种能源形式以虚拟电厂的形式组合在一起综合运行，在保证电、热、冷负荷可靠供应的前提下，实现了能源的梯级利用，提高能效，降低用能成本。并且对于波动性很强的可再生能源而言，综合能源系统具有更多的灵活性，促进了可再生能源的接纳，进一步提高系统经济性。

5 IEMS的应用案例

(1)成都高新西区的“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目。成都高新西区是约40平方公里的工业园区，IEMS系统对这里进行综合能源的供应与需求分析，实现多能协同优化。以电、气、冷、热等对能源的需求为主，开展基于清洁能源中枢(天然气冷热电三联供、光伏、风电等)的能源互联网示范园区建设，实现对高新西区内天然气、地热能、风光能、蒸汽、冷水、热水、电等能源实施管理。

(2)广州从化工业园区的综合能量管理系统研发和示范项目。这个园区的核心部分大概12平方公里，也是典型的工业园区。工业园的能源格局呈现大容量、多能流、高渗透等特点，具有开展多能协同、多能优化调度等的良好基础条件，是开展“互联网+”智慧能源综合能源服务业态模式示范较为适宜的区域。在园区内建设IEMS系统，提出虚拟电厂和用户需求侧响应模式，实现灵活性资源集群同步化控制技术，最终系统实现部署应用。

(3)广东东莞立沙岛的智慧能源能量运行控制系统研发项目。东莞立沙岛也是约12平方公里的工业园区，立沙岛智慧能源系统分为以下四个层次：第一，热电耦合下的园区能量调控;第二，政策没有放开的情况下，存在约束条件的园区能量管理;第三，政策完全放开的情况下的区域能量管理;第四，未来和大系统之间的交互(交易)，打造综合能源供应商。其中能量管理系统的研发分为四个阶段：第一，整体可观，部分可控;第二，整体可控，部分优化;第三，整体优化，部分交互;第四，整体交互，联合优化。

(4)吉林省多能流综合能量管理与优化控制研究项目。吉林省火电机组占比多，没有抽蓄、燃气等灵活调节电源，并且吉林处于高寒地区，冬季供热期长达半年，90%以上火电机组为供热机组，供热期间，火电最小出力超过本省最小负荷，风电消纳压力大弃风问题非常严重，主要原因是供热机组的热-电制约关系和“以热定电”模式显著降低了其调峰能力，挤占了风电空间。怎么用市场的手段来激发多能流的管控和交易，是最具挑战的问题，为此部署了IEMS系统，来研究多能流综合系统的市场交易机制，研究多元市场主体的成本效益，研究并设计示范区域内的用能替代响应，并提出多能流综合能量管理优化控制技术，在解决大规模风电消纳问题的同时实现清洁供暖。

原标题：专家视角 | 孙宏斌：面向区域能源互联网的多能互补综合能量管理

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