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面向区域能源互联网的多能互补综合能量管理IEMS

北极星输配电网  来源:何继江  作者:孙宏斌  2018/7/18 9:00:01  我要投稿  

(6)多能流虚拟电厂

虚拟电厂是对上级市场的商业模式,整个园区或城市都可以变成一个大的虚拟电厂,尽管不是物理电厂,但是有很多储能和冷热电三联供等分布式电源,联合起来就可以变成一个大的可调节的市场主体。因为分布式资源容量小、数量多,市场难以单独管理,通过虚拟电厂的集合,可以通过软件架构实现多个分布式资源协同优化运行,为外部市场提供调峰、调频、调压等服务,有利于总体资源的优化配置和利用。这样的商业模式能够带来很高的经济收益,这在美国已经成为现实。

虚拟电厂在优化调度的基础上,可以将园区内的分布式电源、可控负荷和储能装置聚合成一个虚拟的可控集合整体,从而园区可以作为一个整体参与上级电网的运行和调度。虚拟电厂协调上级电网与分布式资源间的矛盾,充分挖掘分布式资源为电网和用户所带来的价值和效益,实现与电网的友好互动。

如下图所示是多能流虚拟电厂的内部组成架构。

横向来看依次是源网荷储。源侧包括常规的供电设备、CHP机组、燃气锅炉等设备,以及外部电网供电、可再生能源接入;网架分为冷热电等传输系统;荷侧为园区内部的电、热、冷负荷;在储能方面,不同能源子系统均有各自的储能设备。纵向来看依次是电、气、热、冷多能互补运行。不同的能源子系统分别用不同的颜色表示,多种能源转化设备(热泵、CHP、燃气锅炉、溴化锂机组)将不同的能源子系统相耦合。园区内部多种能源形式以虚拟电厂的形式组合在一起综合运行,在保证电、热、冷负荷可靠供应的前提下,实现了能源的梯级利用,提高能效,降低用能成本。并且对于波动性很强的可再生能源而言,综合能源系统具有更多的灵活性,促进了可再生能源的接纳,进一步提高系统经济性。

5、IEMS的应用案例

(1)成都高新西区的“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目。成都高新西区是约40平方公里的工业园区,IEMS系统对这里进行综合能源的供应与需求分析,实现多能协同优化。以电、气、冷、热等对能源的需求为主,开展基于清洁能源中枢(天然气冷热电三联供、光伏、风电等)的能源互联网示范园区建设,实现对高新西区内天然气、地热能、风光能、蒸汽、冷水、热水、电等能源实施管理。

(2)广州从化工业园区的综合能量管理系统研发和示范项目。这个园区的核心部分大概12平方公里,也是典型的工业园区。工业园的能源格局呈现大容量、多能流、高渗透等特点,具有开展多能协同、多能优化调度等的良好基础条件,是开展“互联网+”智慧能源综合能源服务业态模式示范较为适宜的区域。在园区内建设IEMS系统,提出虚拟电厂和用户需求侧响应模式,实现灵活性资源集群同步化控制技术,最终系统实现部署应用。

(3)广东东莞立沙岛的智慧能源能量运行控制系统研发项目。东莞立沙岛也是约12平方公里的工业园区,立沙岛智慧能源系统分为以下四个层次:第一,热电耦合下的园区能量调控;第二,政策没有放开的情况下,存在约束条件的园区能量管理;第三,政策完全放开的情况下的区域能量管理;第四,未来和大系统之间的交互(交易),打造综合能源供应商。其中能量管理系统的研发分为四个阶段:第一,整体可观,部分可控;第二,整体可控,部分优化;第三,整体优化,部分交互;第四,整体交互,联合优化。

(4)吉林省多能流综合能量管理与优化控制研究项目。吉林省火电机组占比多,没有抽蓄、燃气等灵活调节电源,并且吉林处于高寒地区,冬季供热期长达半年,90%以上火电机组为供热机组,供热期间,火电最小出力超过本省最小负荷,风电消纳压力大弃风问题非常严重,主要原因是供热机组的热-电制约关系和“以热定电”模式显著降低了其调峰能力,挤占了风电空间。怎么用市场的手段来激发多能流的管控和交易,是最具挑战的问题,为此部署了IEMS系统,来研究多能流综合系统的市场交易机制,研究多元市场主体的成本效益,研究并设计示范区域内的用能替代响应,并提出多能流综合能量管理优化控制技术,在解决大规模风电消纳问题的同时实现清洁供暖。

本文根据清华大学能源互联网创新研究院能量管理与调控研究中心主任孙宏斌教授在国家能源互联网产业及技术创新联盟全体成员大会暨2017国家能源互联网大会上的报告内容整理。相关链接:分论坛1:能源互联网落地实践与示范项目研讨、分论坛2:弃风弃水弃光的破解之道、分论坛3:能源互联网金融与商业模式探讨。

孙宏斌,清华大学电机工程与应用电子技术系教授,博士生导师,教育部长江学者;清华大学能源互联网创新研究院能量管理与调控中心主任、清华大学教务处副处长,清华大学创新创业教育协调委员会召集人;中国高校创新创业教育联盟秘书长、中国高校创新创业教育研究中心常务副主任。

原标题:面向区域能源互联网的多能互补综合能量管理IEMS

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