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西门子曹城禄:工业园区综合能源管理技术与案例分析 数字化促能源转型

北极星输配电网  来源:电力头条APP    2018/7/26 15:59:53  我要投稿  

北极星输配电网讯:西门子针对能源方面有三层构架,第一层叫分布式能源基础模块,包括光伏、储能、风电、燃气分布式,这是基础模块。第二就是园区能源管理系统。第三个是云平台及能源互联网的平台架构。西门子智慧能源微网事业部总监曹城禄在2018中国微能源网技术与应用会议演讲“西门子工业园区综合能源管理技术与案例分析”时发表了重要讲话 ,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

观看直播请点击:2018中国微能源网(能源互联网)技术与应用大会暨展览会现场直播

西门子智慧能源微网事业部总监曹城禄

曹城禄:感谢各位同仁、各位专家参加这个会议。

主要介绍几个部分,一个是综合能源的背景和定义,包括国内国外,以及工业园区为依托介绍一下园区里怎么样部署综合能源应用和解决方案,后面会介绍一下应用案例,包括国内和国外的案例。

西门子提了未来的4D能源系统模型,一个是低碳化,一个是分布式,一个是市场化,一个数字化,今天讲一下数字化,这和国内专家学者提的差不多,像周院士提的三代电网,转变在分布式能源和大电网。

综合能源的定义,国内外没有明确统一的定义,主要是两层,一个是综合能源供应,第二是从服务,包括工程服务,投资服务,运营服务。国外有不同的叫法,西门子叫广义的分布式,也是多种含义。多种能源的融合,还有化石和可再生能源的融合,供应链的融合,最新的供应技术和运营模式的融合,这个给大家抛砖引玉,更多的从区域能源,分布式能源,多能互补,以及能源互联网都有一些交叉的融合的地方。个人觉得定义全面一点,是利用先进的物理信息技术和创新运营模式,实现各个子系统统一规划,优化运行,在满足个性化需求的基础上,有效提升整体能源利用效率,促进能源可持续发展。

针对园区来讲,西门子提的智慧园区可能跟其他的不一样,能源是基石,就像空气对人一样,有的时候不觉得,没有的时候才觉得这是离不开的,能源也是一样,发展任何产业都需要能源的支撑。最近西门子也是跟整个行业发展要求,配合智能化,绿色工厂,智能制造的趋势去做,西门子提的支柱就是绿色、智能、安全。绿色体现在绿色能源的高效利用和智能监控。智能就是数字化、信息化,开放平台,安全就是能源安全,运营安全,信息安全。智慧园区专项研究,工业创新中心建设,智慧能源专项规划,这是西门子针对数字化工厂或者智能制造转型大的架构。西门子跟各个园区或者地方政府推工业4.0的创新服务平台,包括建数字化工厂的能力中心,为这个园区或周边有需求智能制造的企业服务,是一个共享式的服务中心。第二可以做一个专业的实验室培训中心,可以做培训,概念引导,以及和高校的共同合作。第三个就是针对行业的,本地化实际需要的解决方案,根据客户的需求,要做什么改造,比如钢铁行业的智能制造什么样,每个行业的需求是不一样的。在这个过程当中,工业信息化安全是最重要的,西门子也提出了一个框架,这是主推的园区服务最核心的一部分,就是产业服务中心,工业创新中心。第二个抓手就是从城市城市或者特色小镇。提出了西门子针对能源方面的保证,这样的架构分为三层,第一层叫分布式能源基础模块,包括光伏、储能、风电、燃气分布式,这是基础模块。第二就是园区能源管理系统。第三个是云平台及能源互联网的平台架构。

今天重点讲一下最后的数字化,大概过一下,西门子有比较全面的经验,从专家经验,财务融资,工程设计等等。西门子也是在推数字化光伏的方案,叫SIE,安全/智能/高效。怎么样体现安全,西门子和光伏厂家合作,背板的防护等级要做到A类。第二个也跟光伏组件做数字化的组件来保证安全,在做检测系统的时候,把用户的检测平台,工厂使用负荷平台联合一起做,实现了智能化的能源管理消耗以及使用,供应段可预测,可视化。第三个就是高效,一些做光伏组件的,怎么样提高单机组件的转化率,在技术总包的时候,按照西门子项目管理需求,保证光伏组件的高效。这是讲的以光伏为例,介绍西门子在分布式能源组建的模块特点和特色,其他的包括储能和燃气分布式和风电这里不介绍了。

针对第二个平台,这是综合能源软件架构,左边是针对微网的解决方案,主推微网控制器平台,细分来讲分很多种,看看微网你的需求和控制模式,有简短的微网控制器的盒子,控制响应速度更快,策略更简单。也有高端复杂的控制系统,可以把很多的控制策略进行优化整合,这是西门子控制这块的功能。第二个就是Monet,这是产品平台名称,源网荷储的平台,第三是DESM,会有很多种应用的商业模式在里面,DESM平台可以把这个平台和未来的电力市场融合在一起进行交互。西门子主推综合微网解决方案就是微网方案和区域的平台,加上DESM平台,做一个大的准备。

具体来讲就是这四个方面,这里多了一个分布式能源系统的双胞胎的平台,制造行业提数字化双生概念多一点,西门子同样把制造业数字化双胞胎的理念引用过来,多了一个仿真和模拟的平台。第二个是控制器,第三是能源运营管理中心,第四是灵活性资源管理。这个平台可以做水电气热综合能源的组成和控制分析,这是能源的供应端,也可以做管网,包括配网,气网的配置,和供应段融合的集成。第三个阶段可以做整个系统的评估和系统优化。西门子的特点,可以做水电气热供应端,可以和传输端整合在一起,做全面的模拟仿真。这是做仿真平台的四个维度,一个是技术层面,技术的细则,可以可视化,可以做很多财务分析,包括指标、收益率。还可以做多场景的分析,配比的分析,财务现金流的布置,国内有一个园区已经做了应用,这是热力这块,从园区2017—2025,西门子提了四点建议,包括负荷增长的可能性,以及和外网的可能性。还模拟整个储能、光伏、风电,给出判断,风电是负收益的,可以不可以从园区里拿掉,光伏是正收益,储能是影响中性,具体都是有模拟场景得出的结论和数据的支撑,这是第一个做水电汽热综合能源组成分析的平台。第二个我们做管网的,可以跟电网,变电站,电能的走向,地缆的迈向方向,其他的水网管网的厚度,需要不需要加压,可以进行多端分析,可以结合地图直观展示,来实现模型可视化,这里面有很多高级算法,包括潮流和故障分析,以及预期故障分析,涉及到新能源比重占很大的时候,整个的特定值的分析。

第二个就是综合能源控制系统平台,显示的是很复杂,中间是不同发电组成部分的复合曲线,下面是储能的曲线,这边是储能,左下角是优化模式,可以一键优化。右边的图是跟未来的合作,未来的电力市场,电价的波动,燃气的价格的波动,光伏天气的变化影响光伏发电的预测等等,根据这些可以做集成的优化,做全面优化策略的调整。其中有一个叫微网控制器,内嵌在微网里一个很小的控制单元,主要是针对一些小的及成本比较低的,可以把储能、光伏逆变器连接,和网电及CHP自带的控制系统连接,和园区及楼宇的可控负荷,连接从而根据根据需求去调控微网内的这些元素。SICAM微网控制器有经济、可靠和绿色三种模式可选择。西门子有一个Spectrum Power分布式能源,微网运行优化系统,分布式能源/微网管理系统不仅是监控,完善的控制最优算法可以为本地微网带来更多的好处。

西门子在德国小镇基于生物质能源多能互补的项目,这也是德国能源互联网示范项目之一,这里山下有一个农场,养奶牛,奶牛产生的粪便与周边的生物质秸秆制氢发电,山下有光伏和风电,还有电动汽车,是多种能源的协同。最近在做整个小镇的配网,怎么适应这个微网的调节,保证微电网和周边电网的稳定。西门子和当地的配网公司成立了研究机构,在这里做各种各样的研究。

国内的案例,在国家能源分布式基础研发中心,这个更多的是从技术验证的角度看待问题,各种元素都有,光伏,单晶硅、多晶硅等等,更多的是从技术的验证和技术复杂度做示范工程,做了中间的微网管理系统,实现电、气热等多种分布的能源,这也是一个案例。

第三个是源网荷储的平台,可以把园区里的楼宇,工厂的负荷端,储能,可再生资源和电网接到这个平台里,因为西门子定义的是未来能源互联网的平台。根据资产运行策略及规则,对分布的灵活资源进行控制。这是在米兰世博会的案例,世博会的能源管理平台,有一百个变电站,大概6000V,还有2000表计,8500个智能照明,50辆的智能电车,2个运营中心,这个在国内还没有案例,现在还在谈的过程当中,下半年或者明年年初应该有一个实实在在落地的支持项目。

第四个就是针对不同目标的市场的不同应用,结合未来电力市场,如果资产关注在负荷端就是迅速相应,如果关注的是电厂,就是需求侧响应。欧洲虚拟电厂做的比较多,国内也在提这个说法。第三个是产销者,大家提并网式微网和离网式微网也是这个概念,同一个用户有多余的电就是生产能源的用户,需要能源的时候,还要从电网公司买,这时候就是融合,又是生产,又是消费,对于这种也有这种玩法,把源网荷储的资产和未来电力市场合起来做。在丹麦有一个购物中心,这本身是耗电大户,就是600千瓦,50个电动汽车充电,电池储能2.0MW,中间还有楼宇自动化,也是用了西门子Desigo解决方案,这也是一个示范性的项目。从经济效益来讲很好,投资方直接就是购物中心,一般传统的用能大户,现在还可以用能源赚钱,不仅仅是满足市场的用能,也是运用的产销的模式。

先进配网简单介绍一下,对未来,如果分布式能源或者新能源的比例过多,对配网的挑战运营模式有很大的变化,西门子在配网的上对故障的定位,停电管理,新能源集成,针对这个有一个先进的配网管理方案,这个和电力公司谈的比较多一些,未来的话,如果新能源比重过大,作为运营商来讲就需要考虑配网的管理。

MindSphere是西门子的平台,是开放的生态系统,我们合作方有咨询/战略合作伙伴和技术供应商。针对能源来讲,西门子在上一次和阿里云有实质的合作,确保在中国有落地的支撑,因为中国有数据安全的法律,国外的平台必须在硬件落实在国内,和阿里云的合作,在成都有一个大的工业研究中心成立了,招了两三百人的工程师,准备做前期的工作。能源方面主要是两块,一个是能源管理,怎么做能源的节能,主要结合西门子的工业,结合专家的经验和技术能力做能源管理的平台。第二个是分布式能源的大数据分析,包括发电和预测,发电的经济性调度等等。这是在国外做的能效服务平台的例子,这是针对汽车行业,能源管理通常是帮你节能省电,但是真正做的时候难度很大,个人理解,西门子是做垂直行业的,要按行业细分,针对行业的流程,工艺的过程不一样,真正帮他做节能,做到供应端光伏+储能,针对使用端怎么真正做到节能降耗,对整个行业要有深入的理解。在西班牙,在其可控制的工厂实现了15%的能源效率提升,在2014年直接节省了超过5百万以上欧元的能源支出,提高能效15%,回收期2年左右。这是工业园区的综合解决方案,讲了综合能源的背景定义。

最后介绍一下应用案例。第一个是在广州,在广州为中新知识城综合能源规划和整体规划,和广州省电力设计院一起做的。广州开发区里有一个穗开电业,也是在中新知识城里面,西门子组成了合资公司,在做广州或者广东市场智慧能源相关的项目,未开发区的能源系统转型提供了技术支持。同时和合作伙伴一起搞智慧能源产业园,西门子在当地有一个做变压器的产业及一个合资公司,做分布式能源和能源互联网,有一个产品还没有落地,有一个内燃机可能会落在这个产业园里。第二个案例是西门子工业园区智慧园区顶层设计,智能制造,以工业4.0为核心,这是一个造纸的工业园,最近环保要求比较高,小的纸厂因为环保投资压力太大,纷纷关掉了,对大的造纸厂是大的机会,所以他们纷纷扩建产能,新的产业园就是高标准,西门子以工业4.0未来新型了园区的设计,这里涵盖了能源、生产,自动化的水平,还有设备的之黑化提升和过程的业务诊断。第二是设备的综合效率,早也有一个OEE,从设备的监测、运行、可靠性以及全过程的管理,提高设备的开机率。第三从它的品质管理,最后就是节能和环保,怎么样从园区层面提高能源的效率,以及全园区的范围的能源监控,从生产线到基础设施都能管理起来。第五个就是环保,怎么样达到环保排放指标的要求,比如水的处理,空气指标的监测,能耗的指标等等。全厂区建设自备电厂+光储冲一体+能源运营的高效能源架构。包括40MW光伏,500kW的储能。厂区能源运营管理中心EMS,这是针对工业4.0产业为基础的综合能源的项目。针对智慧城市来讲,比如在维也纳东北部郊区做的Asperm智慧城区,正在规划建设的一座面向未来的实验性智慧小镇。这个是在德国市政综合运营商,这个小区人口不多,只有10万人,面积只有77平方公里,有发电端,热点联产机组,光伏,水电,生物质发电。负荷要求是满足不了的,一方面给辖区能源使用提供电和热,以及配网的管理,它是发电和配电一体化垄断的,不够的还要到欧洲电力市场买电,这是欧洲综合运营商的典型代表,国外更多的是从市政的角度出发,还有其他类似的市政供应商,不仅仅是做能源,还有做巴士的运营,还有温泉,广播电视,是一个市政的综合运营商。

所以,未来数字化以及能源互联带来了挑战和技术要求,希望通过数字化的技术手段,为未来能源转型,为未来的生活更美好作出努力。谢谢大家。

(发言为电力头条App根据速记整理,未经本人审核)

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