多能源智能能源網供能系統介紹

張鐘平　倪泓

摘要：指出了多能源智能能源網供能系統是在現有能源供給系統以及利用可再生能源發電、互聯網信息以及先進儲能等技術的基礎上，以電能為主體形式，以智能電網為載體，并與智能氣網、智能熱網、電氣化交通網緊密耦合的具有互聯開放特性的能源共享網絡，介紹了能源網的智能運營和管理，探討了能源網的關鍵技術和技術特點，以期實現多種能源的可持續開發利用，并提高系統綜合利用效率。

關鍵詞：多能源；能源網；智能

中圖分類號：TK019 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）08-0123-02

1.引言

能源是人類賴以生存和發展的基礎，是國民經濟的命脈，如何在確保人類社會能源可持續供應的同時減少州能過程中的環境污染，是當今世界各國共同關注的熱點。通過電、氣、熱多種能源系統的一體化規劃設計和運行優化，構建由分布式終端綜合能源單元和與之相耦合的集中式能源供應網絡共同構成的區域綜合能源系統，成為適應人類社會能源領域變革，確保人類社會用能安全和長治久安的必由之路。

2.項目背景

隨著《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》、《關于建立可再生能源開發利用目標引導制度的指導意見》、電改9號文件及6個配套文件（《關于推進輸配電價改革的實施意見》、《關于推進電力市場建設的實施意見》、《關于電力交易機構組建和規范運行的實施意見》、《關于有序放開發用電計劃的實施意見》、《關于推進售電側改革的實施意見》、《關于加強和規范燃煤n備電廠監督管理的指導意見》）和光伏發電政策等一系列政策的出臺和落地，發展能源互聯網和區域綜合能源網供能系統是一個大趨勢。

3.構建思路

多能源智能能源網供能系統示范項目能源輸入端主要有光伏電站、風力發電系統、分布式能源、儲能系統等，具有多能源多種類輸人的特點。負荷側主要有電負荷、熱負荷和冷負荷，且一般負荷需求穩定（圖1）。可以考慮的節能方案主要有節能改造、冰蓄冷、冷熱電三聯供等。因此，建設區域多能源智能能源網供能系統是一項具有重大經濟效益和社會效益的示范工程。

區域多能源智能能源網供能系統是利用風、光、天然氣、地熱等可再生能源及其他清潔能源的分布式能源站。在現有能源供給系統以及利用可再生能源發電、互聯網信息以及先進儲能等技術的基礎上，以電能為主體形式，并與智能氣網、智能熱網具有互聯開放特性的能源共享網絡網絡設施，基于區域建設的風、光、天然氣、地熱等各類分布式能源多能互補，具備較高新能源接入比例，可通過能量存儲和優化配置實現本地能源生產與用能負荷基本平衡，可根據需要與公共電網靈活互動且相對獨立運行的智慧型能源綜合利用局域網。基于智能綜合能量管理系統，實現冷熱電負荷的動態平衡及與大電網的靈活互動；在用戶側應用能量管理系統，指導用戶避開用電高峰，優先使用本地可再生能源或大電網低谷電力，并鼓勵新能源接人本地區電力需求側管理平臺；具備足夠容量和反應速度的儲能系統，包括儲電、蓄熱（冷）等。

區域多能源智能能源網供能系統可以實現各個微能源網之間的能源互補和協調控制，降低發電成本達到優化社會效益的目的，是推進能源發展及經營管理方式變革的重要載體，是“互聯網+”在能源領域的創新性應用，對推進節能減排和實現能源可持續發展具有重要意義。

4.能源網智能運營和管理

多能源智能能源網供能系統管理平臺是一個具備完善安全策略且具有互聯開放特性的綜合信息處理平臺。在此平臺下，互聯信息網絡通過在電網、燃氣網、熱網、負荷網等能源系統范同內裝設海量信息采集和傳感設備，采集各種能源設備運行狀態及各能源系統的實時運轉狀況等海量信息，并通過云計算和大數據技術對海量信息進行分析處理，進而搭建能源交易平臺支持各項能源交易。

4.1智能管理

售能公司的主要業務包括系統運行、生產管理和交易等幾個部分，如圖2所示，以便于進行系統的運行管理和交易。售能公司、電網公司、用能對象的交易是通過終端設備和需求側響應功能來計量和產生，通過能量交易平臺完成的。系統運行業務直接關系到售能公司的安全生產，負責售能公司系統運行的監控、調度、故障處理以及操作票的生成等工作。生產管理業務包括生產計劃管理、資產管理、運行維護檢修等工作。系統運行業務、生產管理業務和交易業務之間進行相關數據的交換，包括實時共享電量數據、電網狀態數據、開關狀態數據、地理數據以及資產數據等等，以確保售能公司的安全生產以及生產管理部門的高效運行和正常交易。

4.2智能運維

智能運維的主要功能包括設備在線監視、設備運行管理、設備管理、統計分析、生產計劃、輔助決策、辦公管理、移動平臺應用等多項內容，圖3是生產管理平臺及其主要功能。

智能運維的主要功能都建立在生產管理平臺上。設備狀態監視包括：設備在線狀態、故障預警、設備運行趨勢分析、設備運行的區域監視。運行管理包括停電管理、工單管理、值班管理和設備的缺陷管理。設備管理包括設備狀態檢測、檢修維護記錄、臺帳管理、設備運行管理。生產計劃包括微電網年/月生產計劃、停電計劃、維護計劃。輔助決策包括設備的故障庫管理、應急預案管理、專家在線支持、系統運營效益分析。移動管理包括移動生產管理、移動監視管理、移動應急管理、移動分析應用等內容。

4.3生產管理平臺

生產管理平臺是基于云計算打造的面向未來能量管理需求的云端運維管理系統。云平臺包括資源池、云服務以及云管理幾個部分。資源池是對硬件資源、軟件資源、網絡資源以及數據資源的各類物理基礎設施的池化管理，以提高設備利用率與簡化管理為目標，以預集成、標準化的云部署單元為單位進行部署于管理。示例見圖4。

5.能源網關鍵技術

在需求側根據用戶對能源的不同需求和負荷分析，將能源供給端和終端能源用戶進行分析優化和改造，采用智能協調控制和管理技術，最終通過技術研究打造可靠性要求的綜合供能和智能管理系統。

5.1區域多能源智能能源網供能系統技術

系統采用分布式能源、光伏發電系統、儲能系統、風電發電系統等多能源方式，通過對多種不同能源的輸入進行集成、控制、檢測、和調節，結合智能管理和控制技術，實現非可再生能源和可再生能源一體的高效綜合能量供能系統技術。

5.2多能源協調控制和智能調度管理技術

多能源協調控制和智能調度管理系統是將智能電網、非可冉生能源、可再生能源、儲能系統、電負荷、熱負荷結合的一種重要方式，通過對不同能源供給側、轉換側、需求側的管理和控制，使系統運行達到最經濟、最合理和最安全可靠等目標（圖5）。

5.3智能配電網技術

未來智能電網的核心是智能配電網，而智能微網將是智能配電網的重要組成部分。虛擬電站（VPP）技術研究，是通過先進的信息通信技術和靈活的軟件調度系統，實現DG、ESS、PV、可控符合等DER的聚合和協調優化，以作為一個特殊的電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統，實現提高電能使用效率和減少用戶電力消耗。虛擬電站（Virtual Power Plant VPP）是通過先進的信息通信技術和靈活的軟件調度系統，實現DG、ESS、PV、可控負荷等DER的聚合和協調優化，作為一個特殊的電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統。對機端潮流、受端負荷以及儲能系統進行統一調度，最終降低發電損耗，降低電網峰值負荷，減少溫室氣體排放，優化資源利用，提高電能質量以及供電可靠性。虛擬電站可以實現個體負載將多余電量反哺電網的可能，是電力需求側管理的一個創新模式.可以在達到建設常規電廠和相應輸配電系統的同時，提高電能使用效率和減少用戶電力消耗。

5.4終端耗能分析和優化技術

通過用能情況統計和分析，建立不同氣候、不同習慣與方式、不同功能下用戶側的能耗水平數據，提出節能和用能管理優化方案，并采用節能技術（如冰蓄冷供能系統），在削峰填谷降低電費支出，提升系統需求側響應能力方面的技術和經濟收益。

6.技術特點

區域多能源智能能源網供能系統示范項日具有以下特點。

（1）化石能源和可再生能源的耦合技術。微能源網與火電的熱網的協同，對多種不同能源的輸入進行集成、控制、檢測和調節，再通過智能管理和控制技術，實現非可再生能源和可再生能源一體的高效綜合能量供能系統。

（2）負荷預測、分析和優化技術。針對園區負荷用量大、節能改造空間大，通過負荷智能預測技術建立區域內工業廠房、辦公樓、住宅等建筑能耗模型，根據同護結構和空調系統情況，通過動態模擬，智能預測區域全年逐時冷、熱、電等多種負荷，并根據實際負荷進行統計和分析，為整個區域供能系統的建設以及運行策略的制定提供有力的科學依據與理論參考。

（3）智能微能源網及能量管理技術。通過技術研究可以實現各個微能源網之間的能源互補和協調控制，降低發電成本達到優化社會效益的目的。在用戶側應用能量管理系統，指導用戶避開用電高峰，優先使用本地可再生能源或大電網低谷電力，并鼓勵可再生能源優先接入本地區電力需求側管理平臺，具備足夠容量和反應速度的儲能系統，包括儲電、蓄熱（冷）不同技術的研究，聯網型多能源互補能源網優先選擇在分布式可再生能源滲透率較高或具備多能互補條件下運行。

（4）推動不同能源網絡接口設施的標準化、模塊化建設，支持各種能源生產、消費設施的“即插即用”與“雙向傳輸”，大幅提升可再生能源、分布式能源及多元化負荷的接納能力。推動支撐電、冷、熱、氣等多種能源形態靈活轉化、高效存儲、智能協同的基礎設施建設。建設覆蓋電網、氣網、熱網等智能網絡的協同控制基礎設施。

（5）以智能微能源網為基礎，與熱力管網、天然氣管網、負荷網絡等多種類型網絡互聯互通，多種能源形態協同轉化、集中式與分布式能源協調運行的綜合能源網絡。

（6）能源市場交易體系研究。研究售能公司、綜合能源運營商和第三方增值服務供應商等新型市場主體。逐步建設以能量、輔助服務、新能源配額、虛擬能源貨幣等為目的的多元交易體系。研發支持多元交易主體、多元能源商品和復雜交易類型的售能平臺。

（7）建設柔性能源網絡，保證能源傳輸的靈活可控和安全穩定，建設接納高比例可再生能源、促進靈活互動用能行為和支持分布式能源交易的綜合能源微網。