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——华电综合智慧能源科技有限公司总工程师胡永锋
发言如下:
胡永锋:尊敬的各位领导、各位专家、各位朋友,大家上午好,我是来自华电综合智慧能源科技有限公司的胡永锋,首先感谢主办单位和承办单位提供这次交流的机会,让我代表华电综合智慧能源科技有限公司关于综合智慧能源的探索与实践做一个交流。
交流的内容包括以下四个部分,综合智慧能源发展机遇与挑战,综合智慧能源探索、综合智慧能源实践与合作发展。
综合智慧能源发展的机遇与挑战
我们知道,我国资源禀赋是富煤贫油少气,基于这种资源禀赋,长期以来煤炭占据了我国能源的主导地位,2020年我国能源消费总量49.8亿吨标准煤,从下面这张图我国2000年与2020年能源能源结构对比来看,近20年来我国能源消费清洁低碳化转型态势明显,可再生能源比例有一定的提高,煤炭增量降到了2.2%以下。对比我国与世界2020年的能源结构,我国煤炭在能源消费中的占比还是很高。习总书记在2014年提出了四个革命,一个合作的重大能源战略思想以及碳达峰、碳中和的目标后,以及提出的构建以新能源为主体的新型电力系统,实现能源供应的清洁、低碳、安全、高效,这个战略目标也为我们国家能源发展和电力系统发展提供了根本遵循。
我国电力装机结构也是不断优化,煤电装机依然占主导地位,可再生能源装机占比得到了快速发展。目前火电装机占比是50.56%,这个占比下降的非常快,特别是近几年,发展的增速已经下降到3.7%以下,风光电占比持续较高增长,总占比达到25.08%,风光电增速超过65%。可再生能源渗透率逐年提高,弃风弃光率下降很快。截止2021年6月,华电集团装机1.71亿千瓦,其中清洁能源装机占比42.6%,燃气发电装机2060万千瓦,分布式能源装机205万千瓦,华电集团计划在“十四五”期间新增风光电7500万千瓦,每年大概是1500万千瓦,到“十四五”末境内非化石能源装机占比将超过50%。
综合能源服务是在能源互联网与新一代数字技术背景下,通过能源与信息通信技术的跨界充分融合,为用户提供高效智能的综合能源供应和相关用能增值服务的一种新型能源服务业态。其特点是打破了不同能源品种单独规划、单独设计、单独运行的模式,实现横向“电热冷气水”能源多品种之间,纵向“源网荷储用”能源多供应环节之间协同以及生产侧和消费侧的互动。综合智慧能源服务的内涵,能源是基础,综合是关键,服务是核心,智慧是手段,通过数字化智能化手段打破不同能源种类之间的数据孤岛,实现不同能源之间的协同和高效。
发展机遇
首先看政策方面,十二五期间国家相继出台了多项分布式能源的政策,鼓励分布式能源项目建设,特别是在2015年电改9号文以后,国家在“互联网+智慧能源、多能互补、微电网、电力市场化交易、增量配电、储能、氢能、源网荷储一体化”等方面相继发布了多项政策,支持力度不断加大。
市场需求方面,国内综合能源服务市场潜力巨大,据国网能源研究院预测,2020年我国综合能源服务市场潜力在0.5到0.6万亿之间,2025年在0.8到1.2万亿之间,处于快速增长期,到2035年在1.3到1.8万亿之间,开始进入成熟阶段。
面临的挑战
一是项目落地实施存在较大困难,国家层面虽然出台了多项推进综合能源服务发展的政策,并批准了多项示范项目,但在项目落地实施方面仍存在较多困难,不同区域有不同的地方政策,行业壁垒仍然不能打破,各种限制性条件及审批流程及项目经济性难以达到预期等都制约了项目的落地实施。
二是综合智慧能源在体制机制、核心技术和新商业模式方面仍有挑战。在体制机制方面,各类能源品种在规划、建设、运行和管理层面都相互独立,缺少能源协调管理的综合部门。国家能源局正在研究综合能源项目在未来实现打捆核准的可能性。核心技术亟待突破,比如系统集成技术,储能安全技术、负荷的预测和优化运行等,目前针对负荷预测和优化运行做了大量研究工作,比如规划设计阶段进行负荷预测,根据现阶段的用户,短期的用户和长期的用户,在设计的时候进行预测分析,在项目建成投运之后也要进行负荷预测,目前负荷预测准确度与我们预期的目标还是有一定的差距,这方面也需要继续开展深入研究。另外信息通信技术和能源领域的深度融合这方面也需要加大研发投入。再就是商业模式方面,目前许多试点项目集中在模式创新的探索阶段,还需总结在不同应用场景中的商业模式,挖掘赢利点,这也影响了项目开发的进度。
综合智慧能源探索
一、面对挑战与机遇,传统能源生产企业要向综合能源服务商转变。传统能源企业为单一的能源生产,如发电上网,产热销售给热力公司,热力公司再销售给用户。为适应综合能源发展需求,传统的能源单一生产向直接面向用户的转变,就是能源生产转变为能源生产+能源服务。面对多形态的市场格局,由传统的单一供能转向“发-配-售-用”、“发-售-用”和“发-用”等多类型共存的综合能源服务体系转变。还有就是多元化的新兴技术,将传统能源生产企业转变为综合能源服务商的企业。
二、园区是开展综合智慧能源的主战场,我国70%的工业用能集中在工业园区,有大量的能源需求;工业园区的用户用能方式多元化,具备形成综合用能增值服务的条件。
商业园区多集中在城市,能源品质要求较高,能源价格承受能力较强,可以探索能源全托管,半托管等商业模式,是综合能源项目较好的落脚点。从我们目前项目建设的情况来看,项目主要还集中在京津冀、长三角等经济发展较好的地区,因为综合能源服务,多为可再生能源加上燃气分布式,能源产品的价格相对煤炭还是要高一些,所以用户的承受能力与项目的盈利都要综合考虑。
三、对于一个园区来说,增量配电网可以把光伏、储能结合起来,通过削峰填谷、使电网更加安全、平稳运行。通过增量配电网,可以完全实现可再生能源消纳和多能互补、源网荷储一体化能源综合服务,实现“隔墙售能”,推进能源体制、机制改革和管理制度完善,实现能源的清洁、高效利用。
四、多能互补及源网荷储一体化项目将成为开展园区综合智慧能源的重要路径。国家发改委和能源局出台了关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见,为源网荷储和多能互补为综合能源服务发展指明了路径,会促进综合智慧能源服务业务的快速发展。
五、能源数字化和智能化将成为综合智慧能源未来发展的重要方向。在ICT技术和能源系统的融合下,通过物联网和5G技术将能源生产、输配、消费、交易等各个环节实现数字化、智能化。通过云计算、大数据、人工智能、物联网等技术进行海量数据优化、分析等。
综合智慧能源实践
2019年6月28日,华电集团成功召开综合能源服务生态圈启动会,首家发布《综合智慧能源业务行动计划》,打造具有华电特色的清洁友好、多能联供、智慧高效的综合能源服务业务。按照试点先行、全面推进、引领提升三个阶段逐步推进。全面完成三大任务,重点开展六项业务,开展建设两个平台,提升三种能力,实施25项关键技术的研发和推广,积极建设20个重点示范项目。打造两个平台,一是综合能源控制平台,是实现综合能源项目源网荷储等数据信息采集,实现多能源子系统的协调规划,运行优化,管理协同,交互响应和互补互济等,满足多样化用能需求,有效提升能源系统效率。二是综合能源服务平台,为客户提供智能调控,需求响应,价格预测等服务。2021年6月28日,华电集团成功举办综合能源服务网上大厅启动仪式,也是积极相应“3060”双碳目标和建设以新能源为主体的新型电力系统,综合能源发电供热新营销的开始的双轮驱动,综合能源及发电供热新营销开始双轮驱动,综合能源服务发展迈入“以客户为中心”的新时代。
下面两个案例,一个是集群楼宇典型案例,一个是工业园区典型案例。这是北京华电产业园综合能源项目,地址在北京丰台区华电产业园,用户类型包括综合办公楼、商务酒店、数据中心、高档饭店等,建设规模25万平方米,其中地上17万平方米,地下8万平方米。总供热面积是18万平方米,供冷面积19万平方米,这个项目是2010年随着园区建设的时候同步规划设计,同步建设,项目发电采用“自发自用、余电上网”的设计理念,项目于2013年年底投用,刚开始电力是孤网运行,在2015年才实现了余电上网。项目装机配置有2台内燃机,是典型的楼宇型的分布式能源项目。2020年项目开展综合能源改造,屋顶增设了200千瓦的光伏发电;增加了100千瓦的储能;并增加了内燃机排烟余热的深度利用系统,将原排放100摄氏度左右烟气降低到了35摄氏度左右,进一步提高了综合能源的利用效率。改造前项目年均综合利用效率是81%,节能率23%。项目是国家能源局示范科技项目、国家科技部“十二五”科技支撑示范项目、国家能源分布式能源技术研发中心科研基地,也是首都蓝天行动科技示范工程,北京市节能低碳十佳技术案例。项目进行综合能源服务改造之后,是真正意义上的多能互补、源网荷储一体化的典型集群楼宇的综合能源示范项目。
项目源侧有内燃机、电制冷机、直燃机、屋顶光伏,网有园区配电网,园区冷热网,储有储电、储热罐,荷有办公大楼、商务酒店、数据中心、充电桩等,自2013年投用以来已经运行了七年多,项目运行安全稳定。项目建成后,特别是酒店投运后项目电负荷及冷热负荷比较稳定。用能类型中,数据中心用能负荷相对稳定,办公白天用能多、晚上少,酒店正好是白天少,晚上多,充电桩用能负荷波动较大,这样不同用户用能需求正好形成互补。
另外结合项目综合能源服务改造,我们开发了综合智慧能源的管理系统,该系统包括用能数据采集、生产管理,负荷预测,运行优化,用能交易等功能,通过项目示范打造管理平台,通过试用功能完善后,将在后续综合能源项目进行推广应用。
第二个是华电郑州航空港综合能源服务项目,该项目位于郑州航空港,用户包括富士康工厂、省立医院、文体中心,还有周边的酒店和商业住宅等,项目一期建设两套燃气分布式冷热电联供系统,总装机容量80兆瓦,厂区占地55亩,单位容量约0.23平米每千瓦,相比其他同类项目节约土地20%以上。项目计划今年8月份开工。这是项目建设策划,采用BIM技术+项目全生命周期的建设思路,项目建设采用BIM+建设+安全+运维,形成全生命周期的项目管理。项目建成后计划结合港区增量配网开展园区能源生产、调度、储能、用户用能等的源网荷储的虚拟电厂示范。
典型案例,已建成投运项目还有广州大学城、天津北辰、华电三水工业园、上海科技大学、石家庄第一医院、石家庄智慧城、广州万博等多个综合能源项目。正在和即将建设的项目主要华电郑州航空港项目、重庆江津项目和山东东营项目等。
合作发展
华电综合智慧能源科技有限公司是中国华电集团有限公司所属企业,主要从事综合能源服务方面的技术研发、规划设计、燃机制造、工程总承包、运维服务、工程投资等六大业务。
技术研发方面,承担了国家能源局唯一授牌设立的“国家能源分布式能源技术研发中心”建设,先后完成了多能源互补的固定式燃气轮机与内燃机冷热电联供技术及示范、多能源互补分布式能源微网系统集成及测试实验平台、国内分布式能源典型案例与主要应用技术分析研究等多项省部级研究课题。规划设计方面有电力甲级设计及咨询资质,燃机制造方面与GE公司合资成立华电通用轻型燃机设备公司,生产世界最先进的分布式能源主机设备航改型燃机。工程承包方面,有15个以上工程承包的建设经验。运维服务方面,在上海成立有服务公司,在上海、北京、杭州、广州等都有运维项目,运营经验丰富。工程投资方面,投资有华电产业园、郑州航空港等。
目前国内综合能源服务业主要分布在京津冀鲁、长三角和珠三角等经济相对发展较好的地区。国际业务主要是燃机的销售和国外项目总承包,燃机设备销售主要是在马来西亚、巴哈马等。
燃机制造方面,2012年,公司控股与美国GE通用电气合资成立华电通用轻型燃机有限公司,是国内首家航改型燃气轮机发电设备研发、生产、销售、服务的综合基地。公司产品主要有LM6000和LM2500/TM2500系列产品。LM2500发电机组发电功率21.3MW到33MW,简单循环发电效率39%,联合循环发电效率52%。氮氧化物和一氧化碳排放可控制在50mg/Nm3以下,快速启动性能好,10分钟可实现启动到满载运行。TM2500主要是应急发电,灾难恢复等。LM6000发电机组发电功率42MW到47MW,简单循环发电效率42%,联合循环发电效率可达53%,氮氧化物和一氧化碳排放可控制在30mg/Nm3以下,快速启动性能好。
公司在综合能源服务运维方面具有运行维护,设备检修、技改、安装,燃机备品备件供应,燃机配套BOP设备供应等服务能力。
综合能源服务类型方面,结合多年来在综合能源服务项目的规划设计、建设、运维服务的经验,分类归纳了特色小镇、产业园区、集群楼宇、工业企业、应急供能等综合能源服务五大类型,37个具体应用场景,如产业园区有科技产业园、生态产业园等,集群楼宇有学校、酒店、医院等。
华电综合智慧能源公司将秉承以客户为中心,打造具有华电特色的清洁友好、多能联供,智慧高效的综合智慧能源产业链,建设综合智慧能源的商业圈。综合智慧能源涵盖了燃气分布式,光伏、光热,风能发电,风能热利用,热泵,余热、余压利用,储能,氢能,以及汽车充换电等,综合多种能源实现多能互补源网荷储一体化的综合能源服务。综合能源市场潜力巨大,希望能与大家一起合作,共同开拓综合能源服务业务。
最后,真诚的邀请各位领导、专家、各位朋友来华电科工,来华电综合智慧能源公司进行业务指导、交流和项目的合作,谢谢大家。
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“传统化石能源转型是能源转型的关键,弃用化石能源有两方面,减少化石能源使用,使用可再生能源替代化石能源。未来主力是风光电,但是波动是自然现象,人力不可控,这就需要开发智慧能源,用智慧能源消纳和补偿可再生能源的发电波动,包括建筑和交通能耗在内的城市园区能耗,是未来能源消耗的主要领域之一。因此,提高城市园区的能效并开发城市园区的可再生能源和智慧能源,以建设智慧能源园区是实现碳中和的主要手段之一。”——德国能源署驻中国首席代表、中德可再生能源合作中心执行主任陶光远
“区域能源的智慧化:进入数字化时代,人工智能是最重要的话题,人工智能在能源系统里怎么体现,各种能源技术的协同,各种能源数据的融合,但最重要的还是在规划开始要就要把综合能源服务模型建立起来。这个模型在能源数据的基础上运转起来,慢慢自我提升,自我学习,真正做到以人为核心,以需求为核心,让区域能源真正实现智慧化。”
项目总投资约16.52亿元,规划建设10座能源站,是国内单体最大的既供冷又供热的区域综合智慧能源项目。儒乐湖新城区域主要负荷为建筑夏季供冷冷负荷与冬季供暖热负荷,建设主管网2×22.85公里,预计建设工期8年。
“数字化是最核心的,我们对设备要建立机理模型,数据驱动的寻优和基于机理模型的寻优差异非常大,根据数字建模以及大数据来寻找最准确的曲线。基于预测的结果再做规划策略的调度。”
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碳达峰、碳中和目标的日益临近,“园区+智慧能源”的发展模式也在逐步成型。园区智慧能源业务虽然涵盖技术广、模式复杂、能力要求高,但随着国家优化能源结构、节能提高能效的战略实施,目前在全国范围内,涉及“园区+智慧能源”定制开发的服务机构、可快速转化的科技成果以及已投产运营的园区项目已经屡见不鲜。为了实现中国园区多能互补集成优化和区域智慧能源系统建设,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、中国电力云平台于7月23日举办“2021中国园区智慧能源高峰论坛”,邀请多方机构,以全维度视角共同探讨园区智慧化成功案例、区域智慧能源的市场开发、关联领域
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集团公司综合智慧能源项目总投资达1300多亿元,在运项目136个,正在实施项目284个,实现从集群楼宇到产业园区、从城市到农村等各类型全覆盖,实现与交通、建筑、通讯、医院、学校等领域深度融合,开启了以电、热、冷、汽、氢、储、水、网等服务与产品全面满足客户需求的新模式。
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