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能源互聯網推動能源轉型 能源互聯網建設的理念與實踐

目前,我國能源發展進入新的階段,可再生能源的規模化開發利用將促進能源結構轉型,能源供需格局將得以調整,為此國家相繼頒布了一系列能源發展戰略及相關法規政策,提升清潔可再生能源占比,落實節能減排政策。

 充分利用可再生能源,是實現能源可持續發展的普遍共識。我國風光資源豐富,可再生能源發展迅速,但由于風電和光伏出力的波動性和隨機性,風電/光伏大規模并網消納對電力系統靈活性和調節能力提出了新的要求,目前電力系統靈活性不足,是導致大量棄風棄光的重要原因。

 由于電力系統和熱力系統物理特性天然具有互補性,電能易傳輸,具有實現大范圍能源資源調配的平臺優勢,但存儲困難,而熱能則正好相反,難傳輸、易存儲。熱力系統管網中的熱水、建筑物本體和空間都具備天然儲熱特性;熱力系統相對于電力系統是一個慣性很大的系統,時間常數可達數十分鐘,對于電能輸入的波動和短時間歇具有平抑和耐受功能;加入適當儲能(熱)環節,時間常數可達到1224h,可滿足電力系統日調節的需求。與傳統電力系統相變,電熱聯合系統中控制手段更多,調整空間更大,為電力系統提供了更大的可控性。

因此,構建基于冷、熱、電、氣多能互補的能源物理系統,融入智能電網、智慧交通、智慧建筑等智慧產業和多類型信息通信網絡,實現能源信息深度融合的能源互聯網,成為解決諸多能源問題的重要途徑。

能源互聯網理念

能源互聯網是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態,具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等主要特征。建設能源互聯網將成為推動我國能源革命的重要戰略支撐,對提高可再生能源比重,促進化石能源清潔高效利用,提升能源綜合效率,推動能源市場開放和產業升級,形成新的經濟增長點,提升能源國際合作水平具有重要意義。

      為了響應“互聯網+”智慧能源的發展戰略,清華大學于2015年初成立了能源互聯網創新研究院,從政策戰略研究、創新解決方案、關鍵技術標準、科技成果轉化、產業服務孵化等幾個方面開展能源互聯網的研究和實踐。

 為了響應“互聯網+”智慧能源的發展戰略,清華大學于2015年初成立了能源互聯網創新研究院,從政策戰略研究、創新解決方案、關鍵技術標準、科技成果轉化、產業服務孵化等幾個方面開展能源互聯網的研究和實踐。

 能源互聯網的核心理念總結如下:

1)通過多能源跨界互聯,促進新能源消納,創造新價值是建設能源互聯網的基礎。目前我國電力網、熱力網、燃氣網彼此分開獨立運行,導致資源配置的冗余或能源尖峰需求供應壓力過大的現象。在能源互聯網的體系架構中,通過多種能源間的特性互補,結合能源轉換的手段,提高能源系統靈活性和調節能力,提升新能源消納能力,減少資源配置冗余,從而創造新的價值。

      
2)高度融合的信息物理系統是能源互聯網的重要載體。在能源互聯網體系中,存在轉換關系的多種能源之間關系復雜,對應供應網絡彼此耦合,負荷種類多樣,特性差異較大。在結構復雜、形式多樣的能源互聯網中,高度融合的能源網絡和信息網絡必然作為系統的重要載體,為能量流和信息流的交互提供支撐。

3)多方利益均衡、綜合效益最大化的商業模式是能源互聯網成功的關鍵。能源互聯網對于推動我國能源革命,實現產業升級至關重要。能源互聯網涉及到冷熱電發配售多個環節,推進“政府搭臺、多方參與、合作共贏”的商業模式是保證項目的切實落地關鍵。通過成立能源發配售一體化運營的能源供應商,對能源互聯網設備終端和網絡進行綜合管控和優化運行,滿足用戶冷、熱、電需求,確保整個系統運行綜合效益最大化,制定靈活交易和結算機制,實現多方互動參與和利益均衡。

能源互聯網實踐

針對北京新航城開展了能源互聯網建設示范工作研究。在用地特性分析及冷熱電負荷曲線預測的基礎上,針對差異化的能源需求,實現能源資源稟賦和能源利用技術相結合,提出了新航城能源互聯網建設的整體解決方案。通過多種途徑實現分布式光伏就地消納;通過冷、熱、電負荷的協同供應,提高能源利用效率、提高清潔能源利用比例,縮小峰谷差、降低規劃容量、提高設備利用率;通過相變儲能等儲冷、儲熱技術與多種能源協調互動,進一步提高能源利用效率。

1)分布式光伏大規模就地消納。光伏發電與電力負荷曲線正相關,具有天然的削峰效果,是理想的電源形式,但由于光伏的波動性和間歇性,大量光伏接入后對電網及用戶產生較大影響。采用“高頻波動-電池平抑,中頻波動-熱泵平抑”的方式抑制光伏出力的波動性;通過分析負荷、天氣與光伏出力相關性應對光伏間歇性;通過增加自發自用比例提升分布式光伏發電效益。

2)建設冷熱電一體的綜合能源站。綜合能源站的主要作用是將示范區的供電、供熱及分布式儲能設備統一規劃、協調運行。將園區的110kV變電站和集中供熱\冷站統一布置,根據冷熱電負荷需求劃分能源供應范圍,優化CCHP、補燃鍋爐、深井地源熱泵和儲能設備容量。通過綜合能源站的協同調控,實現供能的效益最大化。

3)實時數據采集和通信網絡。實時數據監測和通信是保障能源互聯網系統優化調控的重要基礎。基于同步信息量測的智能終端IDU具有高刷新率、同步采樣、實時數據壓縮等測量特征,并且良好兼容已有的SCADA/EMS設備,為能源互聯網中海量測量數據提供了采集方式。區域4G專網服務則為能源互聯網實現了全局互聯、信息共享功能。

4)成立發配電一體化能源供應商。構建基于物聯網、互聯網、大數據、移動服務的公共服務平臺,提供面向電網、企業、社區、家庭、政府等不同的群體的公共服務。

能源互聯網的發展將帶動資源配置和消費模式的改變,進而推動能源轉型和能源革命。能源互聯網的建設不僅需要理論的支持,更需要切實落地的行動,對能源互聯網的核心理念進行解讀,應用相關關鍵技術予以實踐,是建設能源互聯網的必經之路。

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