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清华大学胡泽春:能源互联网下的三网融合现状与前景分析

北极星储能网  来源:北极星储能网    2018/4/4 11:12:15  我要投稿  

北极星储能网讯:为助力中国储能企业与国际接轨,同时致力于推动中国储能产业机制的建立,实现储能技术商业化,中关村储能产业技术联盟举办的“储能国际峰会暨展览会2018(ESIE2018)”于2018年4月2-4日在北京国家会议中心举行。清华大学教授胡泽春发表题为《基于车电互联网的能源与交通网融合》的演讲,文字实录如下:

尊敬的各位嘉宾上午好,非常感谢主持人的介绍,也感谢联盟的邀请。我是来自学校的,所以给大家介绍偏研究的工作。

今天给大家介绍的题目“基于车电互联能源与交通网融合”,实际上去年申请科学基金的项目,我们项目叫做三网融合,能源网、交通网、信息网的融合。这三网融合更关键能源与交通网的融合,信息网的融合类似于一种基础条件。相比较而言,推动能源和交通网的融合,可能更为关键、困难一些。在北京和意义上面,我们起到这几个方面,第一个,我们国网电动汽车服务有限公司领导介绍,在电动汽车大力的发展,电动汽车占有量占到全球一半,形势非常好。第二个,我们在国家产业界学校里面推能源互联网的发展,可再生能源和电动汽车替代背景下正在促进能源与信息网的融合。另外我们在交通领域有很多产业界或者学术界的研究,在研究智能交通和车联网,智能交通和车联网关注车路本身的融合,而对于能源这一块,电气化这一块没有很多的关注。我们搞能源这个角度来说,希望能够促进能源、交通物理信息的融合,也就是能源系统和交通系统集团化、能源化的发展,在理论上有很重要的实践意义。

在学术研究上,近几年随着电动汽车的发展,以充电设施的规划,充电行为的引导和充电工具的控制为引导,出现了交叉研究的趋势。带我们行业研究方面有很多交通方面去考虑,我们在研究电动汽车充电行为、充电引导的时候考虑到交通的因素。而在交通专业的研究有很多考虑电气化之后,设施怎么来布局,怎么来做电动汽车的引导。

在这里我们就提出了这样一个能源交通或者三网融合的愿景,我们主要研究是考虑以电气化交通和能源互联网发展为大的背景,我们提到三网融合关键因素,主要在于电动汽车、氢燃料电车和城市轨道交通。以融合发展推动高效率、智能化和安全性为目标,实现三网融合协调规划与协调运行。

下面画的很简单示意图,过去的话,我们能源和交通这两个领域是分开做研究的,电动汽车、燃料汽车和轨道交通的汽车融合在一起。首先设施规划上的运行,其次是运行方面的融合。所以我们提了几个方面的内容。第一个,在规划的问题上,主要考虑研究这几个方面,服务多模式电动汽车,充换电的规划。多模式考虑公共汽车,也考虑私家车的模式,也考虑换电的模式。第二,考虑与电网分布式电源耦合的电池汽车基础设施规划的问题。第三,考虑交通网融合分布式融合规划的问题,前面有一些嘉宾关注到光伏公路,另外我们在轨道交通的沿线可以考虑配置分布式发电的资源。另外结合电动汽车设施规划也可以分布式光伏能源结合起来,考虑交通网分布式能源的规划也是我们关注一个重点。第四,在能源网、交通网融合的信息系统的规划。最后考虑很大的层面在能源和交通系统规划来做相应的研究。

给大家介绍一下,我们已经做得一些工作,在规划方面,我们应该说主要有这几个方面的工作,首先做了一些基础建模的研究,既从充电需求的考虑,也从交通网络的模型考虑,考虑的是充电站的规划,做容量的规划,在我们站点确定的情况下怎么确定充电设施,这个充电设施考虑目的地的充电设施也包括快速充电设施。再下面就是充电网络的规划,主要考虑市区内充电设施的布局。市区内充电布局可能有多个极点、多个类型的充电设施,有一定类型的替代效应,可能考虑替代效应方面综合起来规划。对于快速路网的规划快速充电、应急充电的规划,主要考虑到交通耦合的规划问题。

另外也做了一些关于数据驱动,说得的大数据方面的工作。我们拿到北京数万辆GPS的数据,这些是传统的车,有了这些数据以后,因为北京近些年出租车的数量基本上没有发生变化。现在是燃油车为主,如果以后转换成电动汽车的话,现在数据积累能比较的准确来估计,或者说来及乱它的充电需求会产生在哪里,这样的话做充电设施的布局可能更有依据。基于这样的数据,根据驾驶的行为,停靠的信息,能够与它的充电需求的分布,我们夺了一些充电设施模型规划方面的研究,这还是比较有意思的。

进一步考虑到站点布局的情况下,这一边图考虑到充电的数据的分析,有一些等待充电的时间的数据。

我们考虑能源与交通网融合的设施规划问题,考虑光伏电站、电动汽车充电站。我们做了一些规划,对于青海省有比较好的光伏资源,另外比较多的旅游景点,特别是环青海地区,环湖长度三四百公里,这样配充电设施的话,可以和光伏进行结合,变成了光伏的充电网络,我们做的具体的规划,也给青海省做的相应的建议。

另外一个方面,对于这些旅游景点往往是季节性比较强,充电设施单独去布电的话,一年利用的时间只有几个月的时间,其它几个月时间车比较少。如果充电设施建设的时候同时做了分布式电源的规划,可以利用供应相应电网方面的投资也可以提高它的投资收益。在云南省光伏资源比较好的,环境比较好的地方,也可以做光伏联合规划的设施。

第二个方面,建设能源与交通网融合优化运行问题。这几个正在研究之中,想得不是很周到。我们觉得有几个方面的问题,第一,基于基于数据一驱动电动汽车充电网络的优化。我们行为分析,以及V2G的研究。最近国家电网的平台的建设,民营企业平台的建设,基于大量行为的数据,而且随着车的数量的增长,这个数据越来越多。有了这些数据之后,通过数据挖掘的方式来做油汽充电,更符合V2G的情况。另外能源交通的融合方面,充电与新能源的结合需要数据,光伏光照的数据,充电的数据怎么结合起来,这是一个研究点。

第二个方面,在学术方面的研究,考虑与电网协同的氢能源网运行优化,可以考虑大范围的运输的独立,可以制氢或者加氢。制氢的话,考虑氢需求的问题,两者怎么平衡和匹配。

第三个方面,我们彭主任介绍到交通的需求与互动响应的能源网运行优化。利用交通充电的灵活性,电动汽车电池储能的能量,能够为能源网的运行做一些支撑。

第四个方面,能源网与交通网融合协同运行优化的问题,这个比较大了。

运行最小的单元就是充电站,我们在国内比较早充电站里面配储能的,特别是对于大功率充电,特别像我们接触到国内第一个像重庆空港的充电站,充电功率三四百千瓦一辆车情况下,这样对于电网冲击比较大的,同时充电建设成本比较高的,可以配一些储能的设施来降低运行成本,也可以电网结合。重庆光照排名比较考后的,没有提光伏,其它城市光照比较条件,配一些光伏充电站。储能与光伏配合,储能把光伏的电存储起来,用于电动汽车的充电,相当于电动汽车也可以充绿色的电。这里面关键的技术,怎么和不确定的充电需求来进行匹配。

第二个方面,考虑到接入电网的问题,不但是一个站,考虑到充电与配电网的情况,配电网有分布式电源、功率调节的设备怎么来做相应的优化。理论上面,匹配之后优化电网的运行状态,降低配电网的网损和运行成本,这个需要我车、充电设施能够接受电网的调度,同时需要商业模式的支持。

在电动汽车为大电网提供削峰填谷,减少弃风、调频和备用服务,我们课题组做了大量的研究,因为时间有限没有把每个方面的展开。只是列出来了研究,比如削峰填谷和减少弃风方面,有机组组合、经济调度和最优潮流的问题,因为时间尺度和不同的调度项有一些理论上面的研究,这个需要大电网的层面需要大量的车,或者大容量的虫换电站和电网结合起来做统一的优化。还有参与辅助服务的问题,其中一点就是参与调频的问题,大容量的储能参与调频,大容量的电动车也可以参与调频,一次调频本地的控制,二次调频聚合起来进行控制。备用上面有容量评估,参与到电网优化里面,在江苏比较关注的需求响应主要是怕大容量的高压直流输电系统,这时候把充电符合切掉,直流系统恢复之后在再恢复过来。电动汽车参与备用、需求响应成本是比较低的。这里面了一些文献,还有其它的文献,大家在研究上比较感兴趣可以关注一下。

最后一点,我们讲的就是更高层面的融合,整个能源系统和交通方面的融合。我们目前做得一点点工作,可能就在于比较好做得就是,我们考虑几个方面的因素,第一个方面交通方面的因素,如果车辆的导航的话主要考虑交通,最短路径过去,或者最短时间过去,没有考虑行驶过程中能耗的问题,或者加电、加氢的问题。另外在冲淡设施利用上面,我是被动的来接受电动汽车来进行充电,没有考虑主动进行吸引和引导方面的充电。代能源网来说,可能有的地方电力供应偏紧一点,有的负载力比较低一点。三者结合起来,通过信息的发布或者共享,三者结合的话,既考虑到交通的情况,也考虑到加电的情况,也考虑到对电网影响的情况。这个时候电网的调度和过去交通的调度,或者说我现在像高德、百度导航仪系统来协助,同时做好能源系统的优化,同时也做好出行的规划。

因为时间有限简单介绍一下。下面一点小结,小结上面,我们觉得能源与交通网的融合具有重要的意义。首先通过融合,可以减少相应设施的投资,方便用户的出行。第二方面,降低电气化交通对能源系统的影响,进一步提高可再生能源的消纳能力。在学术界开展大量的工作,比如充电设施的规划,充电网络的规划,油汽充电以及V2G,V2G在九几年提出的,在推动实施方面有一些问题。在推动和发展方向,充电设施大规模发展过程中,我们刚才说的光储一体化、智能化,智能化需要智能化的响应、信息的交流,另外就是标准化。第一步推动有序充电的话具备什么样的条件,如果再进一步推动V2G,电动汽车还要向电网反向放电,在车和设施上面有什么样的标准。第二,电动汽车在个体上面容量比较小的,一定要发挥规模效应来推动油汽充电,以及实际规模的应用。最近电网公司和运营企业做了一些努力,在政策上面和商业模式做一些突破。我们本身在这个方面的研究是希望做到跨能源和交通行业的信息共享和运营的融合,信息共享非常重要。现在做导航,做路径规划的时候,不太知道能源系统的情况。

另外能源系统想利用交通的资源,但是对行为特性,以及信息上面不可能做到共享。在这一块有一些初步的发展势头,也就是说,我们国网电动汽车服务公司,以及充电运营企业掌握两方面的信息。在市场化发展情况,可以在这个方面做一些突破,便于我们用户,也便于能源系统发展,低碳化发展。

以上发言未经嘉宾审核发布。

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