區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)及特點(diǎn)介紹

周宇昊 ，張鐘平 ，俞燕萍

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310000；2.浙江省蓄能與建筑節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310000；3.綠城物業(yè)服務(wù)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000）

區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)及特點(diǎn)介紹

周宇昊1，2，張鐘平1，2，俞燕萍3

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310000；2.浙江省蓄能與建筑節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310000；3.綠城物業(yè)服務(wù)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000）

區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)理念向能源系統(tǒng)滲透或?qū)δ茉聪到y(tǒng)再造的產(chǎn)物，它強(qiáng)調(diào)能源與其他系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，最終可以實(shí)現(xiàn)對(duì)等開放、高效用能、即插即用、廣泛分布、雙向傳輸、高度智能和實(shí)時(shí)響應(yīng)等目標(biāo)。

區(qū)域能源；互聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)技術(shù)；運(yùn)營模式

隨著《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》等相關(guān)政策的頒布，進(jìn)一步推動(dòng)了能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源革命，為能源的健康增長和可持續(xù)發(fā)展提供了有效的支撐。區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)是向能源系統(tǒng)滲透，追求能源供需的開放對(duì)等、即插即用、高效用能、信息對(duì)稱、雙向傳輸、實(shí)時(shí)響應(yīng)、智能調(diào)控等。區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通和信息資源共享，在能源互聯(lián)網(wǎng)中配置各種能源設(shè)備和負(fù)荷設(shè)備，具有多種能源、多種類型的互聯(lián)耦合，單體控制與集群控制，智能交互和能量流動(dòng)。

1 區(qū)域能源系統(tǒng)架構(gòu)

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的特點(diǎn)是高效、節(jié)能、智慧、信息互通、智能結(jié)算和交易。可再生能源包含風(fēng)電、分布式光伏、生物質(zhì)能、水源地源熱泵、污水源熱泵等，清潔能源有燃?xì)夥植际侥茉础⑸镔|(zhì)能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)等，同時(shí)配置微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)、充電樁和終端用能負(fù)荷等。區(qū)域能源網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，熱能是終端用戶的重要部分，電網(wǎng)、熱網(wǎng)的物理特性互補(bǔ)使得熱-電聯(lián)合系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和靈活性增強(qiáng)[1]，熱能在存儲(chǔ)和利用上具有明顯優(yōu)勢(shì)。大容量儲(chǔ)電系統(tǒng)的接入滿足能源供用靈活轉(zhuǎn)換要求，實(shí)現(xiàn)能源供需靈活、快速結(jié)算、利用高效、調(diào)度智能和管理等目標(biāo)。因此，智能能源網(wǎng)解決多能源接入、傳輸、控制和交易等方面的困難，實(shí)現(xiàn)多種能源和終端負(fù)荷的靈活供需。

2 區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)

區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)具有多能互補(bǔ)和信息互動(dòng)的特點(diǎn)。能源信息網(wǎng)包括熱網(wǎng)、電網(wǎng)和信息網(wǎng)。熱源為燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t、地源熱泵、太陽能集熱系統(tǒng)，冷源為三聯(lián)供系統(tǒng)、地源熱泵和蓄冷系統(tǒng)，遠(yuǎn)期可考慮接入冷水機(jī)組等設(shè)施。熱用戶為工業(yè)園、商務(wù)寫字樓和居民社區(qū)等。熱網(wǎng)可供工業(yè)熱負(fù)荷、生活熱負(fù)荷、采暖熱負(fù)荷和空調(diào)熱負(fù)荷，具體負(fù)荷需求如表1所示。

圖1 區(qū)域能源網(wǎng)架構(gòu)

表1 負(fù)荷需求

在能源互聯(lián)網(wǎng)中配置各種能源設(shè)備和負(fù)荷設(shè)備，具有多種能源、多種類型的互聯(lián)耦合，單體控制與集群控制，智能交互和能量流動(dòng)，通過網(wǎng)-源-荷的信息互動(dòng)和交互，實(shí)現(xiàn)多種能源形式的優(yōu)化高效梯級(jí)利用[2]。用戶可以實(shí)現(xiàn)即插即用、能源信息的雙向互動(dòng)、系統(tǒng)自由配置，在多種能源的相互滲透下形成全新的能源系統(tǒng)，同時(shí)，它具有智能交易和結(jié)算模式，正準(zhǔn)備發(fā)展為新的商業(yè)模式。區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)是通過多種通信方式和靈活的運(yùn)行模式，多種能源與信息通信技術(shù)的深度融合，實(shí)現(xiàn)能源開放互動(dòng)和共享互聯(lián)，以提升整個(gè)能源系統(tǒng)的智能化技術(shù)。能源互聯(lián)網(wǎng)為能源的售能管理、能源互通和梯級(jí)利用提供了通道，大幅度提高了能源的綜合利用率[5]。

3 關(guān)鍵技術(shù)及模式

3.1 智能化能源網(wǎng)管理技術(shù)

區(qū)域能源智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，在光伏發(fā)電、燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)、冷熱負(fù)荷網(wǎng)、用電網(wǎng)絡(luò)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、供電網(wǎng)、冰蓄冷供能系統(tǒng)、分布式電源系統(tǒng)、充電樁系統(tǒng)等能源系統(tǒng)范圍內(nèi)，運(yùn)用RS485和WIFI、IEC61850、以太網(wǎng)TCP/IP等通信技術(shù)，通過采集運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)和信息，完成能源管理與結(jié)算。同時(shí)，與大容量儲(chǔ)能系統(tǒng)、清潔能源和可再生能源發(fā)電靈活接入，最終實(shí)現(xiàn)能源供需和交互的靈活性。

區(qū)域能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。區(qū)域能源智能管理系統(tǒng)通過不同發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)荷的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算，實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)電、用電、購電等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源效率、區(qū)域電能質(zhì)量、實(shí)時(shí)收入、累計(jì)負(fù)荷特性、節(jié)能效益的分析和統(tǒng)計(jì)，并提供節(jié)能和優(yōu)化運(yùn)行策略。

圖2 區(qū)域能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總覽

3.2 區(qū)域能源市場(chǎng)交易體系技術(shù)

能源公司的主要業(yè)務(wù)包括系統(tǒng)運(yùn)行、生產(chǎn)管理和交易、能源管理等。能源公司與電網(wǎng)公司的交易是通過智能表計(jì)終端設(shè)備和需求側(cè)響應(yīng)功能來計(jì)量和產(chǎn)生，通過能量交易平臺(tái)完成，并且可以根據(jù)外部條件調(diào)整交易平臺(tái)結(jié)算系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行業(yè)務(wù)直接關(guān)系著能源公司的安全生產(chǎn)，負(fù)責(zé)能源公司系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控、調(diào)度、故障處理和操作票的生成等工作。系統(tǒng)運(yùn)行業(yè)務(wù)、生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)與交易業(yè)務(wù)之間進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的交換，以確保能源公司的安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)管理部門的高效運(yùn)行和正常交易。建設(shè)多種能量、能源貨幣、能源套餐、能源服務(wù)、新能源配額等多元交易計(jì)算體系，對(duì)園區(qū)現(xiàn)有的外部條件（電價(jià)和氣價(jià)）進(jìn)行綜合評(píng)估和分析，研發(fā)不同邊界條件、不同運(yùn)行方式、需求側(cè)響應(yīng)的電價(jià)，開發(fā)可變電價(jià)和交易模式下不同模式的售能平臺(tái)。能源交易系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 能源交易系統(tǒng)

3.3 能源系統(tǒng)＋的運(yùn)營創(chuàng)新模式

能源系統(tǒng)＋的運(yùn)營創(chuàng)新模式是指多能互補(bǔ)＋純電動(dòng)車模式，即充分利用車棚光伏等可再生能源資源，提供電動(dòng)汽車交易計(jì)算、充放電、日常維護(hù)等業(yè)務(wù)，并通過汽車連接電網(wǎng)的V2G技術(shù)，將電動(dòng)汽車與分布式能源靈活連接，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與新能源的協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行。通過即插即用、智能調(diào)控、用戶自定和智能管理，使充電汽車成為能源互聯(lián)網(wǎng)中的重要組成部分。能源微網(wǎng)運(yùn)營模式如圖4所示。

圖4 能源微網(wǎng)運(yùn)營模式

3.4 數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用技術(shù)

基于區(qū)域能源網(wǎng)和多能互補(bǔ)能源大數(shù)據(jù)技術(shù)，發(fā)揮能源大數(shù)據(jù)技術(shù)在能源監(jiān)管中的推動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的能源監(jiān)管和運(yùn)營模式的創(chuàng)新。典型能源數(shù)據(jù)獲取和處理方式如圖5所示。

區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)包含能源輸出、能源傳輸、消費(fèi)結(jié)算和調(diào)控一體化服務(wù)，鼓勵(lì)能源綜合供應(yīng)商、服務(wù)企業(yè)、能源投資方建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)運(yùn)營平臺(tái)，為能源的供需提供信息共享、系統(tǒng)評(píng)估、便捷結(jié)算和智能分析等專業(yè)化技術(shù)服務(wù)。基于能源大數(shù)據(jù)控制技術(shù)、預(yù)測(cè)技術(shù)和管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源設(shè)備靈活調(diào)節(jié)、故障分析、智能結(jié)算和狀態(tài)檢修等。

圖5 典型能源數(shù)據(jù)獲取和處理方式

3.5 能源商業(yè)模式

3.5.1 商業(yè)模式之促進(jìn)用戶節(jié)能增效

能效管理平臺(tái)可以采用基于合同能源管理，設(shè)計(jì)個(gè)性化的節(jié)能解決方案，對(duì)不同用能形態(tài)的用戶用能狀態(tài)進(jìn)行全系統(tǒng)評(píng)估，使能源系統(tǒng)對(duì)用戶用能行為更加友好，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷終端的管理節(jié)能與技術(shù)節(jié)能，降低終端用能成本。

3.5.2 商業(yè)模式之提高資產(chǎn)使用效率

要想提高資產(chǎn)的使用效率，可積極向周邊商業(yè)及其他用戶推廣，以提高能源站冷熱電負(fù)荷率，增加能源站收益。在開展實(shí)際工作時(shí)，能源網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)設(shè)備與管網(wǎng)資源，供給側(cè)與需求側(cè)的無縫連接，構(gòu)建相互耦合、相互協(xié)調(diào)、智能互動(dòng)的綜合能源供應(yīng)平臺(tái)，面向用戶提供可量化、可調(diào)節(jié)、可管理的能源服務(wù)，可以在一定程度上提高終端能源系統(tǒng)的綜合效率。而其所采取的商業(yè)模式是指，向用戶提供多種能源互補(bǔ)搭配，個(gè)性化定制“能源套餐”。

在能源交易平臺(tái)上，未來各類用戶可根據(jù)需求提前“定制”冷熱電需求，并可直接通過交易平臺(tái)或微信、支付寶等第三方支付軟件支付。

3.5.3 商業(yè)模式之提高系統(tǒng)運(yùn)行效率

分析用戶的消費(fèi)和用能習(xí)慣，不斷利用用戶的需求響應(yīng)等各種資源，并利用先進(jìn)的信息通信技術(shù)和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)電系統(tǒng)、燃?xì)夥植际诫娫础⒖稍偕茉础⒔K端負(fù)荷和電動(dòng)汽車等資源的互補(bǔ)和協(xié)調(diào)控制，從而打造能量市場(chǎng)、負(fù)荷市場(chǎng)和第三方輔助市場(chǎng)，最終實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代“零邊際，零距離”的發(fā)展理念。

4 結(jié)束語

區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)是能源革命和時(shí)代發(fā)展的新產(chǎn)物，其目的是提升能源系統(tǒng)的終端能效和智能化水平，滿足不同時(shí)代的人對(duì)于能源的不同需求和追求，實(shí)現(xiàn)社會(huì)能源的智能化供需，最終達(dá)到能源系統(tǒng)智能供需、智慧用能、高效利用、信息互聯(lián)和靈活交易等目的。

［1］嚴(yán)太山，程浩忠，曾平良，等.能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（1）：103-113.

［2］楊方，白翠粉，張義斌.能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值與實(shí)現(xiàn)架構(gòu)研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（14）：3495-3502.

［3］孫秋野，滕菲，張化光，等.能源互聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制體系構(gòu)建［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（14）：3667-3677.

［4］楊健，任洪波，班銀銀，等.分布式能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)描述及集成建模研究［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2015（9）：43-44.

［5］孫宏斌，郭慶來，潘昭光.能源互聯(lián)網(wǎng)：理念、架構(gòu)與前沿展望［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（19）：1-5.

F426；TK01

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.054

2095－6835（2018）01－0054－03

周宇昊（1983—），男，浙江義烏人，研究生，高級(jí)工程師，主要從事分布式能源研究。

〔編輯：白潔〕