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国网江苏电力科学研究院新能源及配网技术室主任李强:分布式综合能源关键技术及实践

北极星输配电网  来源:北极星电力网    2019/3/15 15:23:53  我要投稿  

北极星输配电网讯:国网江苏省电力有限公司电力科学研究院新能源及配网技术室主任李强在2019年首届中国园区智慧能源高峰论坛上分享了《分布式综合能源关键技术及实践》 ,从综合能源发展背景、多能互补等关键技术、同里综合能源服务中心工程实践等方面展望和总结了园区智慧能源的典型模式。北极星电力网、电力头条APP将对大会进行全程直播,如需了解更多的会议直播,请联系微信号:13693626116

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李强:非常高兴今天有这个机会跟大家分享一下国网江苏公司在综合能源这块的工作。今天就综合能源服务的一些技术和综合能源的示范工程给大家做一个基础和实践方面的分享。

分享这个之前简单介绍一下,国网江苏电科院主要是做电网运行、电网重点示范工程的支撑、电网的故障处理,就是支撑电网安全生产的,同时有一系列的相当于重大的像综合能源、人工智能、新技术包括大数据等等的示范工程和平台的建设,也有相关的工作在里面。

今天分享包括四个方面: 第一,综合能源发展背景;第二,关键技术;第三,工程实践;第四,总结和展望。

第一,发展背景。

综合能源其实在国外世界各国都取得了备受关注的一个焦点。像欧盟的第六、第七框架,开展了微网多微网、泛州网络、智慧能源。加拿大,国家2010—2050能源战略:社区综合能源系统ICES。日本,氢能计划,覆盖全国的综合能源系统。美国,能源法案,综合能源计划。因此我们可以看到,世界各国是非常重视综合能源发展的。

我国对这个发展重视度更高,2014年6月份,习总书记在中央财经领导小组第6次会议提出“能源消费、能源供给、能源技术和能源体制”四个革命,其实这“四个革命”就是要我们在综合能源承接落地上多种的像增量配网、综合能源等等路径来实现。2016年11月份、12月份各发布了一个,《电力“十三五”规划》《能源“十三五”规划》,分别提出建设多能协同综合能源网络、构建多能互补的智慧能源系统。国网公司2017年10月份,提出《关于在各省公司开展综合能源服务的意见》,逐步在落地了,因为各个公司都成立了自己的综合能源服务公司,对应的应该有一套专门的机构来落实对应的相关工作。各省公司做这个主要是以能源互联网、智慧能源和多能胡不为发展方向。通过前面的分析我们也可以看到,开展多能互补的技术研究、一些示范工程的建设,也是符合世界潮流和方向的,也符合我们国家的重大能源战略需求,也是国网公司目前工作的重点。

前面说到发展方向和发展路径,我们觉得这个确实很重要,但是在实际的实践工作中面临很多困难的。因为我本人、包括我们团队、单位,都是承接到落地、到实践、到执行,就是一个执行层,不是决策大方向层,我的工作就是如何把领导决策下来的东西做成现实,做成能用的、做成好用的、做成可以经济更省的、更能够给大家提供服务的一个方向,因为前面有一个成果的总结,把那个拿过来梳理了一下,给大家先做一些技术方面的介绍,再到实践。

我们目前实践中碰到很多很多问题,首先,多能互补系统:多环节的耦合,无论从规划到运行多尺度的协调,目前很困难,困难在哪儿?对于电网来说我们很熟悉,电力系统的仿真,哪怕是新能源,风电、光伏进来都没有问题,我们现在都有相对比较准确的模型、预测的工具等等来解决这个事,至少在电网比较好的地方来实现电网的优化运行等等,但是综合能源进来之后,气网进来、热网进来之后这个问题很难的,为什么很难?和之前我们的电完全不在一个层级上,大家所说到的,比如说我们电都是秒级的,要实现实时共用的平衡,但是对于冷热源进来之后就不是这个事了。比如说空调你打开之后电就上去了,但是房间的温度其实没有上来,它的热的时间力度跟电从这个形象上来说差别很大。因此,实践中发现跨能源网络的协调、规划和优化调度是实际工程中面临的比较困难的事,如何把这个解决好,家庭里面不一定做到,尤其到大一点的园区级或者到比较大的工厂级等等,是比较大的问题。

我简单介绍几点,这里有几个国网公司省公司以及政府的项目,目前有些已经结题了,也有一系列的成果,在3月21日也请了华北电力大学的刘院士做了鉴定,还得到了比较高的评价,后边会简单说一下。

技术难点1,多能互补多能耦合、多运行目标和多维不确定性,给我们规划带来很大的难题,结合实际是有很多优化的原则的,而且实际的布点也是符合优化结果的。但是在多能互补里面,不像100万机组、不像特高压电网的规划很多东西那么确定,这里面的复杂度,进来之后多维的不确定性之,使得我们做这类工程的时候,我到底要配多少容量,而且里面有电热转换、有气热转换等等,这些环节,他转换的约束条件、转换的效率等等,不同的地方资源的影响都会对我们建设的方案、建设的容量等等产生非常显著的影响,这块是有对应的成果支撑的。

技术难点2,多能互补里面的动态过程我们做了很多工作,这里是什么问题呢,对电力系统来说静态稳定性等等,对应的仿真工具、对应的模型是相当完备的,包括潮流约束等等的计算。对于燃气和热力,我们也不是特别了解,但是这方面也配备了专业的人员,像热供应系统方面也有博士加入进来。我们相关专业人员耦合了一下,大家一块讨论这个事,发现燃气和热力动态系统,跟目前我们已经掌握的电网的动态特性差别很大,之后我们干这个综合能源系统的时候是要把三者,无论运行的优化还是规划的优化,其实三者是一定要耦合关系的,最后把它耦合之后,这个问题是很麻烦的,包括求解,这块也有一些初步的成果了。

技术难点3,多能互补一些动态的特性。现在存在的问题,系统间的扰动传播机理不清楚,很多时候到底燃气系统和综合能源里面气对电有什么影响,电对它有什么影响,电和热之间,比如在综合能源里面,燃气轮机怎么配?配完之后如果这侧故障了,对电供应的影响?很多东西我还是不太清楚的,也做了一些初步的工作。目前觉得这几个方面的关键技术实际有一些成果,但是还是没有解决的。

第二,下面结合这些关键技术简单汇报一下我们已经有一些初步的成果。

我们这个活怎么干的呢?2017年初接到了这么一个任务,国网也是我们江苏公司,做了一个“同里综合能源服务中心”,本身是一个比较大的工程,这个服务中心要体现国家层面国网的新理念,本身这个中心里面有很多工程、有很多项目,这边要做成一个多能互补的示范工程,这个任务接到之后就很麻烦了。为什么呢?我们基本上算从零开始,第一件事要干什么?这个公司要怎么建、里面东西怎么配?第一件事要解决这个事,解决这个事的时候我们做了很多关于多能系统的建模分析、多能互补系统方法建立、多能互补的优化这方面的工作,最后我们做了一个区域能源的综合平台。完成了这个项目的可研等等,方案也经过多轮评审论证,基本上也都通过了,现在基本上建立起来了。

在这个过程中也做了一下运行控制。下面简单介绍一下,多能流混合时间分辨率建模,基于区间鲁棒规划联合决策的日前调度方法,基于模型预测控制的日内滚动优化调度方案。我们也做了一个多能互补的能量管理平台,因为底层的监测运行都是有工具的,但是在顶端的能量管理和优化算法实际现在也没有找到很好用的工具。

技术核心1:多能互补综合能源系统设备及网络建模。主要是针对电、气、热各个系统的不同设备,建立了满足电网、热网、气网等等它的模型,这块是专业融合,也找了相关的团队和专家一起讨论,结合几个比较大的研究项目把它做出来。做了仿真分析,同时做了很多实验验证,相关的模型和仿真分析的有效性,在工程中也做了一系列的实验。

包括电网侧、网络侧包括电网的动态传输和综合能源的,尤其是热负荷的惯性,热负荷的惯性比较大,就是比较慢,我们电网的惯性相对比较小,包括负荷互补也做了一系列的工作。

我们第一个成果,关于综合能源的规划,基于电网规划的思路,把综合能源的东西加进来,包括负荷分析,包括冷热电的负荷预测,以前我们做电力的时候是做电力和电量平衡,现在我们就要把冷热负荷加进来考虑另外的一些能源的平衡,这个平衡下结合我们对应的规划方案,确定我们对应的冷热电系统的一个相对比较合理的容量配置,再结合我们实际产品的一些型号来进行选。

这里面其实还要考虑到一些运行模拟,尤其在大电网里面,都是按照上限,比如这个机组容量是100万,就按照满发或者停机来考虑这块对应的容量包括输电的容量配置,包括一些稳定控制和装备的控制等等,在综合能源里面场景就会很复杂,我们就要考虑到他们交互模式之后看哪种情况下是它的运行边界,要满足它的运行边界下确定我们最优的规划运行方案。

目前我们完成了43个细分行业的负荷模型,也是努力朝商业这块发展,就是希望它能够成为一个商用的软件,能够给大家提供通用的工具,这块肯定提供的是辅助的,他会出若干个或者一个系列的规划方案,这个规划方案可以辅助我们做这块园区级的或者工厂级或者单位,像我们单位是300多亩的园区,在我们这个园区干这个活,就可以提供相对比较优化的方案。这块包括3大类、35种的综合能源细分关键设备模型。构建包含4类细分评价方向、12种评价指标的用户侧能效评价指标体系,可视化界面包含5种图表展示形式,8种规划方案评价指标。根据这些评价指标,评价出我们综合能源最后得分更高可能就更优。

核心技术2:关于综合能源系统运行的工作。运行方面比较难的,像电网这侧我们很清楚,现在等于把这个冷热网、气等这块加进来之,我们其实不清楚,就是说我们原有的电网,比如说省级电网,刚才说EBS,现在已经升级到D5000系统,可以满足省级电网的运行控制,对于配网侧,尤其是微网侧也有对应的能量管理,但是它的很多管理实际上是满足不了,尤其是多种综合能源系统进来之后,其实很多运行控制是解决不了的,基本上有的是有地源热泵,加一个地源热泵控制进来,而且基本上不是协同控制。尤其是跟电耦合的,像配一个冷热电三联机组,耦合控制相当难,我们做了这块的尝试,电加进来,同时有电热等等一些转换、一些存储,有热存储、有电存储,这个系统之后相当于多时间尺度,电要保证它在秒级,就是现在实时平衡,热要保证他能够满足供热的,比如我们指标定为3%或者百分之几的偏差,要满足这样一个供热或者共能的偏差。我们主要是采用对不同的能量流采用不同时间分辨率进行建模的,刻画它的动态过程,通过这个动态过程解决它的动态差异。比如说电就用电网之前运行控制的这些需求,满足它实时平衡,热里面,比如有的是30秒,或者有的更长,或者有的短一点,能够对应时间采集它的信息,同时也要预控,就是预判它后面热能流的温度等等变化,对它进行热控,通过这个解决协调控制难题。

这是目前可以对外公布的成果。

1,做了电、热、气综合能源系统的规划平台,给我们提供的是系列规划方案。这个规划平台用起来这样,了解现场的实际冷热负荷、资源需求条件输入之后,可以基于建立的模型,出一个系列,优化规划方案供你参考,结合人工选择一个规划方案。

2,关于综合能源系统的能量管理平台。能源管理是比较难的,包括微网也存在这个问题,我们知道微网的运行控制,像省级电网的EMS,每个高级应用直接江苏一直到浙江,用一些系统,策略算法差不多,可能有的参数调一下。微网里面好像每个工程都偏定制化,在综合能源里面做的属于顶层的应用,这个应用策略是结合具体工程做的,后面看能不能推广,比如参数能不能做成自适应,能不能有一定的通用性。

这是开发的两套系统软件,一是规划平台,第是综合能源系统的,在仿真系统测试了一下,现场在冷热源网系统部署的,我们现在使用的系统是一个小的综合能源示范园区用的。

第三,综合能源的实践。

在苏州同里,这个是同里古镇风景区,我们在同里古镇风景区大概50多亩地做了综合能源服务中心,这里面有各类的,相当于办公园区了,我们的目标是,以电网为中心,电能替代为重点,多种能源协同的一个能源互联网的示范区,这个示范区可以提供多种综合能源服务。这是示范区的一些项目,我们这个项目目前还有一些国家重点研发项目的示范,还处于一定的保密期。屋顶光伏、相变储热、光热发电、风力发电、地源热泵、光伏路面等这些东西都做了,这个地源热泵整个区域都是,通过这个构筑办公园区综合能源的系统。

几个关键装备。1,深冷液化空气储能综合利用示范,把空气压缩成液体,实现能源的存储,同时过程中有冷热能的释放,这个冷热能我们综合利用起来,实现综合供冷供热的利用,这个有500千瓦的。2,光热发电,把热集起来,可以把热存储起来,也可以把热供的综合官网。3,我们国家重点项目做了电方面的可以实现配网调控的工具。这是做的冷热电协同控制,以清洁能源供应为方向,电为中心,电网为平台,实现多种能源的供应,在能源侧我们有各类核算能源,包括地热、压缩空气、各种类型的可再生能源,这块是电能的平台,下面有一个热能的供应平台,同时园区还有一个生活热水的管网能够同步建设,通过综合能源供应实现我们楼宇里面像冷热空调、热水等的综合供应,电能方面也满足各种电的需求,电上有交流、直流、混合等新的技术。

方案运行中,现在我们这个项目投运时间不短,有的在冬季有,夏季我们做了整个示范区不同项目的运行方案,在园区分三个模式,夏季供冷、冬季供热、还有过渡模式,通过几个综合能源的项目,目前来看是能够满足我们园区能源的综合供应的,很多本来电能转换的,现在可以通过冷热能源进行供应。

随着这个成熟,可能到能源物联网之后,可能很多智能化的更为成熟,大家就推广应用就没有什么障碍了。

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