如何把握從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇

楊方　白翠粉

從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)

我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出，是信息通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)理念與傳統(tǒng)能源電力深度融合的集中體現(xiàn)。

我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)具有五個(gè)特點(diǎn)：1）電網(wǎng)骨干網(wǎng)架廣泛互聯(lián)，可以通過電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模清潔能源的大范圍優(yōu)化配置；2）促進(jìn)信息與能源深度融合，通過提高能源系統(tǒng)的可觀性和可控性，實(shí)現(xiàn)荷-網(wǎng)-源的深度互動(dòng)；3）推動(dòng)多種能源互補(bǔ)協(xié)調(diào)，可以因地制宜的通過與燃?xì)狻崃Α④嚶?lián)網(wǎng)、制冷、儲(chǔ)能等系統(tǒng)的互補(bǔ)協(xié)調(diào)，提升可再生能源的利用比例，并提高能源使用效率；4）具有互聯(lián)網(wǎng)理念融合下的商業(yè)模式創(chuàng)新機(jī)制，能夠在能源系統(tǒng)本體之上形成連接消費(fèi)者、生產(chǎn)者、制造商、運(yùn)維商等各方；5）具有能源商品價(jià)值的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，通過能源互聯(lián)、信息互聯(lián)以及市場(chǎng)交易機(jī)制的整體協(xié)同，滿足用戶對(duì)多種用能和產(chǎn)銷者一體化服務(wù)的需求。

能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的范疇總體一致，但與智能電網(wǎng)強(qiáng)調(diào)發(fā)-輸-變-配-用電以及調(diào)度、通信等電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的智能化、信息化與互動(dòng)化相比，能源互聯(lián)網(wǎng)更加突出了用戶需求、交易業(yè)態(tài)、多能互補(bǔ)三大“亮點(diǎn)”。可以說，抓住這三個(gè)亮點(diǎn)，也就抓住了從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇的“牛鼻子”。

能源互聯(lián)網(wǎng)下的典型業(yè)態(tài)新模式

1、以虛擬電廠為代表的交易新模式

隨著分布式可再生能源、電動(dòng)汽車的蓬勃發(fā)展，越來越多的用戶具有“產(chǎn)消者“一體化的身份，既是電能的生產(chǎn)者也是電能的消費(fèi)者。此類用戶需求的大量出現(xiàn)，也催生出了新的業(yè)務(wù)模式。例如，虛擬電廠就是一類典型的技術(shù)與商業(yè)模式相結(jié)合的新業(yè)態(tài)，德國(guó)分布式可再生能源的快速發(fā)展很大程度上得益于這類新模式的推廣應(yīng)用。虛擬電廠（Virtual Power Plant； VPP）是一種聚合協(xié)調(diào)分布式能源參與電力市場(chǎng)交易的增值服務(wù)模式，通常由商業(yè)型虛擬電廠（Commercial VPP； CVPP）和技術(shù)型虛擬電廠（Technical VPP； TVPP）組成。

從運(yùn)行機(jī)制和功能看，CVPP是從商業(yè)收益角度考慮的虛擬電廠 ，是分布式電源（Distributed Energy Resource； DER）投資組合的一種靈活表述。其基本功能是基于用戶需求、負(fù)荷預(yù)測(cè)和發(fā)電潛力預(yù)測(cè)，制定最優(yōu)發(fā)電計(jì)劃，并參與市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)。而TVPP則是從系統(tǒng)管理角度考慮的虛擬電廠，考慮DER聚合對(duì)本地網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)影響，并代表投資組合的成本和運(yùn)行特性。TVPP整合CVPP提供數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)信息（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、限制條件等），計(jì)算本地系統(tǒng)中每個(gè)DER可作出的貢獻(xiàn)，形成TVPP成本和運(yùn)行特性。TVPP的成本及運(yùn)行特性同傳統(tǒng)發(fā)電廠一起由TSO進(jìn)行評(píng)估，一旦得到技術(shù)確認(rèn)，技術(shù)型虛擬電廠將控制DER執(zhí)行發(fā)電計(jì)劃。

從可提供的業(yè)務(wù)服務(wù)來看，首先，在發(fā)電側(cè)，虛擬電廠通過制定發(fā)電計(jì)劃，以節(jié)約發(fā)電成本，減少電能浪費(fèi)，幫助新能源發(fā)電參與上網(wǎng)競(jìng)價(jià)，促進(jìn)發(fā)電的管理更加科學(xué)、有序。其次，在交易側(cè)，虛擬電廠通過智能融合實(shí)時(shí)市場(chǎng)數(shù)據(jù)信息，優(yōu)化能源投資組合方式，對(duì)即將進(jìn)行的交易數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，最終使電力交易側(cè)合理有序地運(yùn)行。第三，在售電側(cè)，通過先進(jìn)的量測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)反饋用戶側(cè)的電能需求信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶側(cè)用電特性的分析，并進(jìn)行負(fù)荷分類，作為發(fā)電計(jì)劃制定依據(jù)。第四、在用電側(cè)，虛擬電廠可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶用電狀況，對(duì)于擁有新能源發(fā)電的用戶，智能調(diào)整和優(yōu)化用戶的用電方式，提供用電賬單核對(duì)功能。第五、在電網(wǎng)側(cè)，虛擬電廠可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，管理負(fù)荷信息，使得電網(wǎng)得以持續(xù)高效穩(wěn)定地運(yùn)行，并在電網(wǎng)故障時(shí)，進(jìn)行分析判斷，最大限度地降低損失。

從實(shí)際應(yīng)用成效看，由德國(guó)西門子公司和RWE發(fā)電公司于 2008年聯(lián)合發(fā)起專業(yè)虛擬發(fā)電廠（ProVPP） 項(xiàng)目在德國(guó)Niederense試點(diǎn)地區(qū)已正式進(jìn)入運(yùn)行。在ProVPP項(xiàng)目中，通過將新能源發(fā)電與電力大用戶（例如： 煉鋁廠、大型鋼廠等高耗能企業(yè)）進(jìn)行聯(lián)合，利用能量調(diào)度系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，使得電力供應(yīng)趨于一體化、結(jié)構(gòu)化。

分布式發(fā)電管理系統(tǒng)（DEMS）是該項(xiàng)目的核心，也是該項(xiàng)目的智能管理和控制中心，不但可以顯示發(fā)電系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，還可以生成預(yù)測(cè)和報(bào)價(jià)信息，以及按系統(tǒng)制定好的發(fā)電計(jì)劃控制電能的生產(chǎn)。與此同時(shí)，該系統(tǒng)集成了 TVPP與CVPP的功能，一方面為業(yè)主提供整個(gè)電廠系統(tǒng)內(nèi)各機(jī)組的實(shí)時(shí)負(fù)荷狀況和發(fā)電量等狀態(tài)參數(shù)，另一方面，自動(dòng)將發(fā)電廠的運(yùn)行狀態(tài)信息與市場(chǎng)預(yù)測(cè)信息相比較，生成預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)信息。最終，在電力貿(mào)易商給出報(bào)價(jià)之前，發(fā)電經(jīng)理批準(zhǔn)分布式發(fā)電管理系統(tǒng)所給出的價(jià)格后，由其給每座虛擬電廠分配運(yùn)行計(jì)劃，從而準(zhǔn)確設(shè)定了各發(fā)電廠在規(guī)定時(shí)間必須生產(chǎn)的電量。

2、以能源站為代表的多能互補(bǔ)新模式

針對(duì)用戶終端的冷、熱、電、氣等多元化能源需求，越來越多的基于區(qū)域供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的綜合能源供應(yīng)商涌現(xiàn)出來。通過構(gòu)建區(qū)域級(jí)的能源站將各個(gè)類型和等級(jí)的能源系統(tǒng)有機(jī)連接，集中分配冷、熱源和電能到各類負(fù)荷終端，不僅具有顯著的環(huán)保價(jià)值，還可以通過獲取通過集中空調(diào)制冷、熱水的生產(chǎn)和銷售所帶來的規(guī)模效益。

從系統(tǒng)組成看，能源站通常采用集中供冷、供熱、供電系統(tǒng)，一般可再生能源系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)是能源生產(chǎn)的主體供應(yīng)方，同時(shí)輔以燃?xì)廨啓C(jī)、冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)以及蓄能裝置等設(shè)備配合，共同構(gòu)成一個(gè)典型的能源站，通常能源站規(guī)模較小，與大電網(wǎng)相連，少數(shù)也可獨(dú)立運(yùn)行。

在運(yùn)行方面，能源站屬于靠近用戶端的多能源梯級(jí)利用綜合設(shè)施。以小規(guī)模、小容量、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立輸出冷、熱、電、氣等能源。各供能設(shè)備既相互獨(dú)立又融合貫通，具備一定的獨(dú)立供能能力。通過能源站的形式，可以根據(jù)用戶的不同類型用能需求靈活調(diào)節(jié)不同種類能源的輸出比例，也可發(fā)揮各能源間的互補(bǔ)聯(lián)動(dòng)特性，獲得消峰填谷、出力互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。此外，若其中某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，可以及時(shí)調(diào)配能源站內(nèi)的其他設(shè)備進(jìn)行備用，以保證能源站整體系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

在運(yùn)營(yíng)模式上，可以根據(jù)用戶的類型和用能特性差異化設(shè)計(jì)商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式。對(duì)于用戶數(shù)量多、用能規(guī)模小的分散化用戶，可以采取常規(guī)零售或包年套餐等模式，成為售電企業(yè)的新的盈利領(lǐng)域；對(duì)于單一大型用戶，可以提供整體解決方案，并利用合同能源管理等模式。

從實(shí)際應(yīng)用成效看，天津市已開始試點(diǎn)推廣部分綜合能源站。比較典型的模式是以土壤源熱泵+冷水機(jī)組+煙氣型溴冷機(jī)組構(gòu)成區(qū)域內(nèi)供熱供冷系統(tǒng)，為一組建筑群提供冷、熱、電綜合能源服務(wù)。電制冷機(jī)組主要在夏季白天工作時(shí)間段開啟，直接向用戶側(cè)提供冷水。熱泵機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)冬季制熱、夏季制冷，運(yùn)行工況又分為直供工況和蓄能工況。直供工況一般在白天，土壤源熱泵機(jī)組向用戶側(cè)直接提供空調(diào)冷水和熱水；土壤源熱泵機(jī)組與能源站設(shè)置的蓄能水罐構(gòu)成土壤源熱泵復(fù)合水蓄能系統(tǒng)。土壤源熱泵夜間開啟，向蓄能罐提供冷水和熱水進(jìn)行蓄能。白天蓄能罐經(jīng)由蓄能板換向用戶提供空調(diào)冷水和熱水。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了制冷、制熱用電的移峰填谷以及熱泵機(jī)組的間歇運(yùn)行。煙氣余熱型溴冷機(jī)組與能源站內(nèi)配置的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組相聯(lián)接，構(gòu)成三聯(lián)供系統(tǒng)。

發(fā)展機(jī)遇與建議

我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展剛剛起步，未來三年將是試點(diǎn)示范的重要階段。建議能源企業(yè)從三個(gè)方面把握機(jī)遇、力爭(zhēng)主動(dòng)。

一是積極通過產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等方式建立健全標(biāo)準(zhǔn)體系。目前，我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展主要集中在用戶側(cè)，特別是在試點(diǎn)階段，重點(diǎn)是探索區(qū)域級(jí)的方案和模式。確保多利益主體參與、多重設(shè)備互聯(lián)、多類能源互補(bǔ)運(yùn)行的前提就是建立規(guī)范、互操作的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。由于配用電側(cè)的發(fā)展一直是我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)備設(shè)施水平參差不齊，許多標(biāo)準(zhǔn)不通用不兼容。因此，積極推動(dòng)形成政府主導(dǎo)、各方參與、合作共贏的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，建立健全標(biāo)準(zhǔn)體系，將為市場(chǎng)化、規(guī)模化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有利于占據(jù)發(fā)展主動(dòng)。

二是積極推動(dòng)大云物移等信息技術(shù)在能源領(lǐng)域的深度應(yīng)用。我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力就在于信息革命在能源領(lǐng)域的價(jià)值釋放，運(yùn)用比特管理瓦特，實(shí)現(xiàn)比特與瓦特的深度融合是大勢(shì)所趨。加快在信息物理融合、電力大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)、用戶行為分析、分布式能量管理、能源區(qū)塊鏈等技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，率先將技術(shù)轉(zhuǎn)化為商業(yè)化應(yīng)用模式將成為把握市場(chǎng)先機(jī)的關(guān)鍵。

三是積極推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景設(shè)計(jì)和應(yīng)用。能源互聯(lián)網(wǎng)究竟能發(fā)展到什么程度關(guān)鍵要看是否可以在實(shí)踐中真正滿足用戶需求、創(chuàng)造新價(jià)值增長(zhǎng)點(diǎn)。這就需要建立以用戶需求為導(dǎo)向的價(jià)值流理念，對(duì)與用戶生產(chǎn)生活息息相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行場(chǎng)景化的設(shè)計(jì)和實(shí)施。區(qū)域能源站、車聯(lián)網(wǎng)、能源管理云平臺(tái)、智能園區(qū)、智能家居、城市能源互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等領(lǐng)域都是能源互聯(lián)網(wǎng)可以大顯身手、百家爭(zhēng)鳴的舞臺(tái)。

（作者簡(jiǎn)介：楊方，國(guó)網(wǎng)能源研究院高級(jí)工程師；白翠粉，國(guó)網(wǎng)能源研究院工程師）