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如何把握从智能电网到能源互联网的机遇

本文通过比较能源互联网与智能电网的关系和特点,介绍国内外能源互联网的典型业态新模式,以期为参与能源互联网发展的各相关方提供一些经验借鉴。


从智能电网到能源互联网+

我国能源互联网+概念的提出,是信息通信技术和互联网+理念与传统能源电力深度融合的集中体现。

我国能源互联网具有五个特点:1)电网骨干网架广泛互联,可以通过电网实现大规模清洁能源的大范围优化配置;2)促进信息与能源深度融合,通过提高能源系统的可观性和可控性,实现荷一网一源的深度互动;3)推动多种能源互补协调,可以因地制宜的通过与燃气、热力、车联网、制冷、储能等系统的互补协调,提升可再生能源的利用比例,并提高能源使用效率;4)具有互联网理念融合下的商业模式创新机制,能够在能源系统本体之上形成连接消费者、生产者、制造商、运维商等各方;5)具有能源商品价值的实现机制,通过能源互联、信息互联以及市场交易机制的整体协同,满足用户对多种用能和产销者一体化服务的需求。

能源互联网与智能电网的范畴总体一致,但与智能电网强调发一输一变一配一用电以及调度、通信等电网各环节的智能化、信息化与互动化相比,能源互联网更加突出了用户需求、交易业态、多能互补三大“亮点”。可以说,抓住这三个亮点,也就抓住了从智能电网到能源互联网发展机遇的“牛鼻子”。

能源互联网下的典型业态新模式

1、以虚拟电厂为代表的交易新模式

随着分布式可再生能源、电动汽车的蓬勃发展,越来越多的用户具有“产消者”一体化的身份,既是电能的生产者也是电能的消费者。此类用户需求的大量出现,也催生出了新的业务模式。例如,虚拟电厂就是一类典型的技术与商业模式相结合的新业态,德国分布式可再生能源的快速发展很大程度上得益于这类新模式的推广应用。虚拟电厂(Virtual Power Plant; VPP)是一种聚合协调分布式能源参与电力市场交易的增值服务模式,通常由商业型虚拟电厂(Commercial VPP; CVPP)和技术型虚拟电厂(Technical VPP; TVPP)组成。

从运行机制和功能看,CVPP是从商业收益角度考虑的虚拟电厂,是分布式电源(Distributed Energy Resource; DER)投资组合的一种灵活表述。其基本功能是基于用户需求、负荷预测和发电潜力预测,制定最优发电计划,并参与市场竞标。而TVPP则是从系统管理角度考虑的虚拟电厂,考虑DER聚合对本地网络的实时影响,并代表投资组合的成本和运行特性。TVPP整合CVPP提供数据以及网络信息(拓扑结构、限制条件等),计算本地系统中每个DER可作出的贡献,形成TVPP成本和运行特性。TVPP的成本及运行特性同传统发电厂一起由TSO进行评估,一旦得到技术确认,技术型虚拟电厂将控制DER执行发电计划。

从可提供的业务服务来看,首先,在发电侧,虚拟电厂通过制定发电计划,以节约发电成本,减少电能浪费,帮助新能源发电参与上网竞价,促进发电的管理更加科学、有序。其次,在交易侧,虚拟电厂通过智能融合实时市场数据信息,优化能源投资组合方式,对即将进行的交易数据进行监测和管理,最终使电力交易侧合理有序地运行。第三,在售电侧,通过先进的量测技术,实时反馈用户侧的电能需求信息,实现对用户侧用电特性的分析,并进行负荷分类,作为发电计划制定依据。第四、在用电侧,虚拟电厂可实时监控用户用电状况,对于拥有新能源发电的用户,智能调整和优化用户的用电方式,提供用电账单核对功能。第五、在电网侧,虚拟电厂可实现电网实时监测,管理负荷信息,使得电网得以持续高效稳定地运行,并在电网故障时,进行分析判断,最大限度地降低损失。

从实际应用成效看,由德国西门子公司和RWE发电公司于2008年联合发起专业虚拟发电厂(ProVPP)项目在德国Niederense试点地区已正式进入运行。在ProVPP项目中,通过将新能源发电与电力大用户(例如:炼铝厂、大型钢厂等高耗能企业)进行联合,利用能量调度系统与信息管理系统进行统一管理,使得电力供应趋于一体化、结构化。

分布式发电管理系统(DEMS)是该项目的核心,也是该项目的智能管理和控制中心,不但可以显示发电系统的当前状态,还可以生成预测和报价信息,以及按系统制定好的发电计划控制电能的生产。与此同时,该系统集成了TVPP与CVPP的功能,一方面为业主提供整个电厂系统内各机组的实时负荷状况和发电量等状态参数,另一方面,自动将发电厂的运行状态信息与市场预测信息相比较,生成预测数据信息。最终,在电力贸易商给出报价之前,发电经理批准分布式发电管理系统所给出的价格后,由其给每座虚拟电厂分配运行计划,从而准确设定了各发电厂在规定时间必须生产的电量。

2、以能源站为代表的多能互补新模式

针对用户终端的冷、热、电、气等多元化能源需求,越来越多的基于区域供能系统设计,运营和维护的综合能源供应商涌现出来。通过构建区域级的能源站将各个类型和等级的能源系统有机连接,集中分配冷、热源和电能到各类负荷终端,不仅具有显著的环保价值,还可以通过获取通过集中空调制冷、热水的生产和销售所带来的规模效益。

从系统组成看,能源站通常采用集中供冷、供热、供电系统,一般可再生能源系统、热泵系统是能源生产的主体供应方,同时辅以燃气轮机、冷热电三联供系统以及蓄能装置等设备配合,共同构成一个典型的能源站,通常能源站规模较小,与大电网相连,少数也可独立运行。

在运行方面,能源站属于靠近用户端的多能源梯级利用综合设施。以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近,可独立输出冷、热、电、气等能源。各供能设备既相互独立又融合贯通,具备一定的独立供能能力。通过能源站的形式,可以根据用户的不同类型用能需求灵活调节不同种类能源的输出比例,也可发挥各能源间的互补联动特性,获得消峰填谷、出力互补优势。此外,若其中某个设备出现故障,可以及时调配能源站内的其他设备进行备用,以保证能源站整体系统的可靠运行。

在运营模式上,可以根据用户的类型和用能特性差异化设计商业运营模式。对于用户数量多、用能规模小的分散化用户,可以采取常规零售或包年套餐等模式,成为售电企业的新的盈利领域;对于单一大型用户,可以提供整体解决方案,并利用合同能源管理等模式。

从实际应用成效看,天津市已开始试点推广部分综合能源站。比较典型的模式是以土壤源热泵+冷水机组+烟气型溴冷机组构成区域内供热供冷系统,为一组建筑群提供冷、热、电综合能源服务。电制冷机组主要在夏季白天工作时间段开启,直接向用户侧提供冷水。热泵机组能够实现冬季制热、夏季制冷,运行工况又分为直供工况和蓄能工况。直供工况一般在白天,土壤源热泵机组向用户侧直接提供空调冷水和热水;土壤源热泵机组与能源站设置的蓄能水罐构成土壤源热泵复合水蓄能系统。土壤源热泵夜间开启,向蓄能罐提供冷水和热水进行蓄能。白天蓄能罐经由蓄能板换向用户提供空调冷水和热水。系统实现了制冷、制热用电的移峰填谷以及热泵机组的间歇运行。烟气余热型溴冷机组与能源站内配置的燃气内燃机发电机组相联接,构成三联供系统。

发展机遇与建议

我国能源互联网的发展刚刚起步,未来三年将是试点示范的重要阶段。建议能源企业从三个方面把握机遇、力争主动。

一是积极通过产业联盟等方式建立健全标准体系。目前,我国能源互联网的发展主要集中在用户侧,特别是在试点阶段,重点是探索区域级的方案和模式。确保多利益主体参与、多重设备互联、多类能源互补运行的前提就是建立规范、互操作的技术标准体系。由于配用电侧的发展一直是我国电网发展的薄弱环节,设备设施水平参差不齐,许多标准不通用不兼容。因此,积极推动形成政府主导、各方参与、合作共赢的产业联盟,建立健全标准体系,将为市场化、规模化发展奠定坚实基础,有利于占据发展主动。

二是积极推动大云物移等信息技术在能源领域的深度应用。我国能源互联网发展的重要驱动力就在于信息革命在能源领域的价值释放,运用比特管理瓦特,实现比特与瓦特的深度融合是大势所趋。加快在信息物理融合、电力大数据与云平台、用户行为分析、分布式能量管理、能源区块链等技术领域实现突破,率先将技术转化为商业化应用模式将成为把握市场先机的关键。

三是积极推动能源互联网的场景设计和应用。能源互联网究竟能发展到什么程度关键要看是否可以在实践中真正满足用户需求、创造新价值增长点。这就需要建立以用户需求为导向的价值流理念,对与用户生产生活息息相关的各个领域进行场景化的设计和实施。区域能源站、车联网、能源管理云平台、智能园区、智能家居、城市能源互联网、智慧城市等领域都是能源互联网可以大显身手、百家争鸣的舞台。

作者简介:杨方,国网能源研究院高级工程师;白翠粉,国网能源研究院工程师

作者: 杨方 白翠粉  来源: 《能源》2016年第12期


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