登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
摘要:以智慧能源与互联网技术相结合为特征的能源互联网已成为国家“十三五”能源领域的重大战略性新兴产业。多能源系统是实现能源互联网规划建设的物理基础。文中首先介绍了能源互联网的三层架构与多能源系统的基本概念,在此基础上从能源互联网价值实现的角度阐述了能源互联网的规划优化及商业模式构建的思路。最后,以山西太原区域能源互联网的规划建设为实例,对太原区域能源互联网的建设背景、潜在价值、关键问题和难点几个方面进行了总结和展望。
关键词 : 能源互联网;多能源系统;协同规划;商业模式;综合需求响应
基金项目:国家自然科学基金重点国际(地区)合作与交流项目(51620105007);山西电网公司科技项目“太原区域能源互联网关键技术(运营模式)研究与示范应用”。
0 引言
互联网已成为人类发展获取信息的主要基础设施,基于互联网的创新层出不穷,李克强总理在2015年工作总体部署中提出“互联网+”,并期待基于互联网我国能创造出更多的新技术、新模式[1]。作为支撑人类文明发展的另一种基础元素—能源,其发展相对于互联网而言,在灵活性、开放性、可扩展性等方面都制约了相关创新活动的开展,转变能源结构、提高能源效率、创新能源消费等都是能源领域改革面临的巨大挑战。以可再生能源与互联网技术结合为手段的能源互联网的建设成为国家“十三五”能源领域战略性新兴产业智能电网方向的重大工程[2]。
能源互联网是以互联网思维与理念构建的新型信息—能源融合“广域网”,它以大电网为“主干网”,以微网、分布式能源等能量自治单元为“局域网”,以开放的信息—能源一体化架构最大限度地适应分布式可再生能源的接入,真正实现自底向上的能量对等分享[3]。在关键技术突破方面,能源互联网对现有能源技术提出了更高要求,并提供了能量路由器、储能、分布式发电、柔性交/直流输电技术、电力电子技术、区块链技术[4]等关键技术进一步发展的综合应用平台。在社会影响方面,能源互联网将推动能源供给体系的变革,推动能源技术革命,促进电力体制改革,支撑社会生产模式转型,创新商业模式、创造就业机会,促进产业升级、形成新增长点。
能源互联网在纵向可以划分为三层,从低层至顶层依次为物理层、信息层和商业模式层,如图1所示。能源互联网通过信息能量深度耦合以及多能源系统的广泛集成,能够实现电能、冷、热能的高效生产、灵活控制以及智能利用,促进可再生能源的大幅接入,实现开放、灵活互动的电能交易形式,能够深入挖掘用户需求响应潜力,最终整体提高终端能源的使用效率,降低能源生产成本,减少全社会碳排放量[5]。从能源互联网运营商的角度而言,通过灵活控制区内能量生产环节、降低传输环节能耗、增强能源供应可靠性,利用价格信号充分协调不同时间、空间以及能源形式的使用,大幅度提高终端能源生产与利用效率,从而创造额外的商业价值;对用户而言,能够通过合理安排能源利用,降低能源使用费用,进而降低生产成本;从能源互联网投资商的角度,通过投资能源互联网中新能源发电、冷热电联供、先进信息以及控制技术,降低了多能源系统的运营成本,实现了充分的收资回报。
我国已经开始启动城市级/园区级能源互联网的建设。为落实《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》(发改能源〔2016〕392号)[6]、《国家能源局关于组织实施“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目的通知》(国能科技〔2016〕200号)[7]等有关要求,国家能源局在2017年6月底公布了首批55个“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目[8],其中城市能源互联网综合示范项目12个、园区能源互联网综合示范项目12个、其他及跨地区多能协同示范项目5个。多能源系统的优化规划是这些示范工程面临的首要问题。
集成电、气、热、冷等不同形式能源的多能源系统是能源互联网的物理基础。多能源系统的统一规划能够有效地考虑各个能源系统之间的互补和耦合关系,弥补原来各个能源系统分开单独规划的不足。然而目前,我国的电力、热力、燃气等能源系统均处于各自分立管理、单独规划的状态。另外,随着热电联产、电热泵、吸收式制冷机等分布式能源技术的发展,不同形式的能源在生产、传输、消费等各个环节的耦合关系越来越复杂、耦合作用越来越强,这也在客观上迫使业界对多能源系统展开研究[9-11]。
1 能源互联网的物理基础—多能源系统
广义的多能源系统(Multiple Energy Systems,MES)是指煤炭、天然气、石油、核能、水能、风能、太阳能等多种形式能源的开发、转换、储备、运输、调度、控制、管理、使用等环节所组成的大系统。多能源系统将所有一次能源通过多个环节的转化与传输,最终以电、热/冷、燃料等形式为人类生产与生活提供动力[12]。图2给出的是一个典型的面向可再生能源消纳的多能源系统能量流动示意图。
电力、热力、燃气等多能源系统进行融合与协同优化,充分考虑各能源系统的互补特性,对于提升能源利用效率,降低能源开发与利用对环境的影响,促进可再生能源消纳具有重要意义。在多种能源形式中,电能是应用最广泛的能源形式,电力系统是智能化程度最高的能源系统,同时承担着利用水能、风能以及太阳能的任务。为此,以电力为核心,以能源高效清洁利用为目标,以大规模可再生能源并网消纳为背景,研究电力系统、热力系统以及天然气系统组成的多能源系统的集成与协调优化是目前的研究热点。国际上将该问题称为“能源系统集成”(Energy Systems Integration,ESI),是应对能源高效清洁利用的有效途径。
美国国家能源部于2001年提出了能源集成系统(Integrated Energy System,IES)研究计划,其目标在于保证能源系统运行可靠性的前提下,提高可再生能源在能源系统中的占比,并促进热电联产技术等多能源集成技术的应用与推广[13]。德国政府于2010发布了《德国能源构想草案》(Draft German Energy Concept),着重突出了各能源系统之间协调运行的机制设计与技术实现,并于2011年启动了能源研究方案的制定与实施工作,其中广泛涉及新能源发电、储能等多能源系统集成关键技术的研究。丹麦政府大力支持分布式可再生能源的发展,利用生物质能进行热电联产和集中供热,致力于高比例可再生能源的消纳,并试图通过电网、热网、气网和交通网的协调规划和运行,设计相应能源市场机制,充分调动需求侧响应资源,力争在2050年之前实现新能源占比100%[14]。国际上的专家学者在2014年成立了能源系统集成国际联合研究会(The International Institute for Energy Systems Integration,IIESI),目的是为了解决能源系统的协调与优化问题。IIESI目前已经分别在美国、丹麦以及日本召开了三次国际性会议,在国际上迅速发展。
瑞士于2003年启动的“未来能源网络愿景(Vision of Future Energy Networks)”研究项目中首次提出了能量枢纽(energy hub,EH)的概念[15]。能量枢纽的概念将一个多能源系统抽象成为一个输入—输出双端口网络,认为一个多能源系统内部电、气、热、冷等能源之间的耦合关系从系统外部来看,都是输入的各种形式的能源,最终转换为其他形式的能源,以满足系统输出端的负荷需求。能量枢纽的输入和输出通过一个耦合矩阵建立联系。能量枢纽建模方法具有高度的抽象性,无论多能源系统的规模大小,都能通过能量枢纽这一模型工具进行规范化地描述[16-17]。国内外学者对于能量枢纽在多能源系统规划、运行中的应用也已经开展了详细的研究[18-19]。
2 从价值实现的角度看能源互联网规划
能源互联网的规划就是回答能源互联网价值来自哪里、怎样实现、怎样分配的问题。能源互联网价值源于多能源系统的集成、耦合与互补,最大化多能源系统之间的集成效益是能源互联网规划的目标;能源互联网的价值实现要基于具体的规划方法与方案;要实现能源互联网创造价值的合理分配,则需要合理的商业模式设计。
2.1 能源互联网的价值来源—多能源系统集成
能源互联网的价值来源于多能源系统的集成,包括电力与天然气系统集成、电力与热力系统集成等。
现阶段中国燃气机组在电力系统中所占比重较小,传统的电力系统协调运行往往不考虑天然气网络的运行工况。而实际上,天然气的输送及供应能力会对电力系统中燃气机组的运行产生影响,如果燃气机组同时承担热力负荷,那么气网的运行状况还会对热力系统产生影响。因此,在能源系统集成时,需建立精细化气网模型,将燃气的供应能力及天然气管网的运行状况考虑进去。C.Unsihuay与J.W.Marangon[20]建立了天然气和电力系统的联合优化运行模型,模型中考虑了压气机与储气设施的影响,采用进化策略算法并结合内点法进行求解。伊利诺伊理工大学的M.Eremia[21]将天然气管网约束加入到机组组合模型中,综合考虑了燃气合同以及燃气管道输送能力等限制条件。
电力系统与热力系统的集成,除需保证电力系统自身的安全运行以外,还需满足热力系统的相关约束,需要建立热力系统的运行模型。热力系统是一个多输入多输出系统,其能量传输过程具有明显的延时与损耗,同时,其水力过程与热力过程相互耦合,使得整个系统较为复杂。目前国内外还有许多关于电热协调运行的研究,分析如何打破“以热定电”原则,促使热电联产机组灵活运行。龙虹毓等人[22]基于采暖热水负荷和电力负荷等约束,建立了对热电联产机组和风力发电机组节能优化调度的数学模型,并基于我国现行电价和供暖热价,讨论了风电供暖的上网电价问题。Nuytten等人[23]分析了加装储热环节对热电联产系统的作用,同时比较了集中式储热与分布式储热这两种情况下的效益问题。Lund等人[24]针对丹麦的风电消纳问题提出了两种策略,一种是开拓欧洲市场,将剩余风电售到周边国家,另一种是将热电联产机组与电制热装置和储热装置结合起来,实现电热解耦,增强热电机组的调峰能力,并着重分析了第二种策略的经济效益。总体而言,国内的相关学者更多的着眼于如何在热电联产机组电热耦合约束的条件下,通过合理的电、热负荷分配,充分挖掘热电联产机组的新能源消纳潜力;而国外学者则致力于通过电锅炉、集中储热环节等装置拓展热电联产机组的运行边界,实现电热解耦,以扩展新能源的消纳空间。
2.2 能源互联网的价值实现方式—多能源系统协同规划
多能源系统规划是能源互联网价值实现的保证,只有在规划层面协同多个能源系统,充分考虑不同能源形式之间的互补和耦合,建成的能源互联网工程才具有经济性上的优势。多能源系统规划从空间范围上可以分为区域多能源系统规划和跨区多能源系统规划两个大类。
区域级多能源系统主要指园区、城市范围内各种形式能源的生产、转换、分配和存储系统,包括分布式电源、配电系统、燃气调压柜、换热站和燃气、热水管道等。G. Andersson等人[25]提出了一种混合整数非线性规划(mixed-integer nonlinear programming,MINLP)方法,对一个含有若干备选型号的热电联产机组(combine heat and power,CHP)、变压器和燃气锅炉的能量枢纽进行规划。A.Sheikhi等人[26]提出了一种非线性的规划方法,为德黑兰的一座旅店优化CHP、燃气锅炉、吸收式制冷机和储热装置的容量和运行模式。Hongbo Ren等人[27]提出了一种规划方法,实现了日本一幢含有CHP、储能装置和辅助锅炉的居民楼的年化费用的最小化。P. Arcuri等人[28]阐述了一种冷热电三联产系统的设计流程,设计了一座医院中的CHP和电热泵(electric heat pump,EHP)的容量。Ryozo Ooka等人[29]提出了一种基于遗传算法的方法,为每种楼宇多能源系统结构选择最优的设备容量和运行方案。Pierluigi Mancarella等人[30]在考虑了不同的运行策略的情况下对不同的冷热电三联产系统结构进行运行模拟,以此挑选最优的系统结构。
跨区多能源系统往往涉及到能够远距离传输的输电网络与天然气网络,与区域多能源系统的规划不同,跨区多能源系统规划需要考虑若干区域多能源系统之间的网络连接关系。Xiaping Zhang等人[31]以降低系统建设、运行总成本和提升系统可靠性为优化目标,引入能源综合利用效率、碳排放量等评价指标,对系统中的传统发电机组、输电线路、燃气炉和热电联产机组同时进行规划,并对各能源系统分开单独规划、多能源系统统一规划、热电联产机组容量事先固定等多种情形进行对比分析,结果表明多能源系统统一规划有利于降低系统建设、运行总成本和提高系统可靠性。Qiu等人[32]提出一种电气互联系统的联合规划方案,以降低其总的投资和运维成本,并对目标函数和约束条件中的非线性项进行了线性化,通过迭代求解实现两个互联系统的总体最优规划。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
为助力实现“双碳”目标,助推能源绿色转型,在能源安全新战略提出10周年之际,2024国家能源互联网大会于6月20-21日在北京召开。本次大会以“AI赋能能源互联网,创新发展新质生产力”为主题,深入探索能源与信息的融合,探讨AI如何助力电力行业发展,华为公司深度参与。同期,国家能源互联网产业及技术
2024年6月20-21日,2024国家能源互联网大会在北京市昌平区未来科学城成功举办。本届大会由清华大学、北京未来科学城管理委员会主办,清华大学能源互联网创新研究院、北京未来科学城发展集团有限公司承办,清华四川能源互联网研究院、清华大学国家治理与全球治理研究院、清华大学碳中和研究院合作举办。
6月19日,福建省科学技术厅等四部门发布组织申报2024年高校产学研联合创新项目的通知,共46个申报名额。其中重点支持领域包含新能源与节能、高端装备制造、新材料、人工智能与数字经济技术等。在新能源与节能中,包括柔性薄膜、异质结和钙钛矿太阳能电池等关键技术研发和产业化,多兆瓦级大型机组等风
人工智能技术和电力系统专业知识,这两方面真正融合的电力大模型才能把各种电力系统的决策、交易、稳定、运行安全真正解决好。——清华大学电机系长聘教授,副主任陆超6月20-21日,以“AI赋能能源互联网,创新发展新质生产力”为主题的“2024国家能源互联网大会”在北京盛大召开。会上,清华大学电机系
要“算好三本”,即技术账、业务账和经济账,以支撑企业在数字化、智能化领域快速决策。——华为公司副总裁、电力数字化军团CEO孙福友6月20-21日,以“AI赋能能源互联网,创新发展新质生产力”为主题的“2024国家能源互联网大会”在北京盛大召开。会上,华为公司副总裁、电力数字化军团CEO孙福友作了《
作为规模最大、最复杂的人造物理系统,电力系统在研究和发展人工智能技术的努力,一直没有停止。——南方电网新型电力系统(北京)研究院院长李鹏6月20-21日,以“AI赋能能源互联网,创新发展新质生产力”为主题的“2024国家能源互联网大会”在北京盛大召开。会上,南方电网新型电力系统(北京)研究院
希望将人工智能技术与传统电力系统的分析模式相结合,具体来说,可以应用在电网仿真计算、新能源预测和负荷预测、调度运行的辅助决策等领域。——国家电网有限公司国家电力调度控制中心副主任李丹6月20-21日,以“AI赋能能源互联网,创新发展新质生产力”为主题的“2024国家能源互联网大会”在北京盛大
未来科学城能碳监测管理平台的建设是未来科学城积极响应国家生态文明建设和碳中和战略指导,遵循国家碳排放统计核算的相关政策规定,贯彻落实北京市和昌平区碳达峰建设的相关政策要求的重要举措,能碳监测管理平台集监、管、控、调、统等功能于一体,主要是面向未来科学城管委会区级各部门,未来科学城
回顾过去十年,2014年能源互联网企业是3000多家,到2023年能源互联网企业是32万多家,增长接近100倍,据测算,年度复合增长率50%左右,平均下来每年企业的数据都有50%的增长,这样的产业带动效益是非常明显的。——清华大学能源互联网创新研究院副院长国家能源互联网产业及技术创新联盟副秘书长高峰6月
算力互联网与能源互联网就像孪生兄弟一样,算力用户可以是能源的用户,能源用户也同样是需要大量算力的用户,所以这两个行业协同发展是至关重要的。——中国工程院院士刘韵洁6月20-21日,以“AI赋能能源互联网,创新发展新质生产力”为主题的“2024国家能源互联网大会”在北京盛大召开。会上,中国工程
加快构建以新能源为主体,安全高效的新型电网系统已经成为实现双碳战略的重要举措,能源互联网将创新性技术、战略性新兴产业赋能传统能源行业,牵引能源跨领域深度融合创新,是助力能源转型的代表性新质生产力。——清华大学校务委员会副主任、校友总会副会长姜胜耀6月20-21日,以“AI赋能能源互联网,
义乌晶远光伏发电有限公司的5.8MWp分布式光伏发电(义乌晶诚)项目已于2024年6月26日成功实现全容量并网发电,并正式投入使用。此项目的成功,标志着晶澳智慧能源在绿色能源领域又迈出了坚实的一步。该项目为晶澳首例屋顶车棚光伏安装项目,能够有效解决用户厂区内用电需求,调节优化用户的用电结构,
记者27日从北京市发展改革委获悉,该委近日研究制定《发挥政府投资带动放大效应加快培育发展新动能若干措施》,并配套制定支持供热管网更新及智能化改造项目、支持先进充电设施示范项目实施细则,提升智慧能源供应保障能力。增强城市供热系统调节与安全保障北京市发展改革委能源处处长王壮表示,供热管
2024年6月19日-21日,2024欧洲智慧能源展(TheSmarterEEurope2024)在德国慕尼黑新国际展览中心正式举行。作为全球领先的ESS储能解决方案提供商,TWS明美新能源储能团队携ProeM系列工商业储能柜、美享优能系列工商业储能柜、5MWh集装箱储能系统等完备的储能解决方案亮相此国际行业盛会。作为欧洲最大规
6月21日,国家电投党组书记、董事长刘明胜到国家电投集团综合智慧能源科技有限公司(简称“智慧能源”)、国家电投集团智慧能源投资有限公司(简称“智慧能投”)调研。刘明胜在智慧能源观看了“天枢一号”平台演示,先后听取智慧能投、智慧能源工作汇报。刘明胜指出要主动围绕国家电投战略优化调整发
当地时间6月19日,欧洲智慧能源展(TheSmarterEEurope)开幕,海博思创本次参展的主题是“AI赋能储能价值新生”,向世界展示了公司最新的技术、产品以及解决方案,吸引了全球各地业内人士前来交流洽谈,展示出海博思创国际化水平和品牌影响力。欧洲智慧能源展是欧洲最大的能源工业平台,是一个全面综合
6月19-21日,全球清洁能源领域盛会——2024欧洲智慧能源展(TheSmarterEEurope,以下简称TSEE)在德国慕尼黑正式举办。金风零碳受邀参会,会上发布全新储能产品——GoldBlockL700,并正式向全球伙伴展示其E-SaaS(储能即服务)解决方案。在全球范围内,储能平衡能源系统、优化能源结构的作用正在凸显。而随
2024年6月13日至15日,SNECPV+第十七届国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会暨展览会盛大举行。伊顿聚焦全球能源转型需求,携光伏、储能、EVCI及综合能源管理解决方案再度亮相展会,在现场隆重发布超兆瓦级伊顿9395XRUPS,并举办多场签约及证书颁发仪式,吸引了众多观众和媒体的高度关注。沉浸式体验
2024年6月13日,SNEC第十七届(2024)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会暨展览会在国家会展中心盛大开幕。晶澳携源网侧储能(BlueGalaxy系列)、工商业储能(BluePlanet系列)、户用储能(BlueStar系列)全系列新品隆重亮相SNEC展会现场,吸引众多参展观众驻足咨询。BlueGalaxy系列推出全新一代5MWh以
6月13日晚上,在湖北宜都公共机关事务管理中心,工作人员下班后,中心239台空调在预定时间全部自动进入“关停”状态,避免因忘关空调造成的电能浪费。连日来,国网湖北省电力有限公司利用自研的分体空调智能控制器,对公共机构空调进行智能化改造,按目前改造量,预计一年可助力节省69.86万千瓦时电能
6月13日,哪吒汽车、宁德时代、三六零安全科技股份有限公司、链宇科技在浙江桐乡举行“V2G车网智慧能源示范项目战略合作”签约仪式。哪吒汽车联席总裁孔繁龙、宁德时代国内乘用车执行总裁罗慧萍、三六零安全科技集团副总裁梁志辉、链宇科技首席执行官秦宇迪等出席仪式。根据协议,四方将在车网互动V2G
2024年6月13日,作为全球最专业、最具影响力的光伏盛会之一,为期三天的SNEC第十七届(2024)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会暨展览会(以下简称:2024SNEC)在上海国家会展中心隆重举行。晶澳智慧能源携“光伏+”全场景解决方案亮相6.2H-F610展位,与来自全球的行业伙伴、客户朋友们共同探索零碳发
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!