多能源智能能源网供能系统介绍

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摘要：指出了多能源智能能源网供能系统是在现有能源供给系统以及利用可再生能源发电、互联网信息以及先进储能等技术的基础上，以电能为主体形式，以智能电网为载体，并与智能气网、智能热网、电气化交通网紧密耦合的具有互联开放特性的能源共享网络，介绍了能源网的智能运营和管理，探讨了能源网的关键技术和技术特点，以期实现多种能源的可持续开发利用，并提高系统综合利用效率。

关键词：多能源；能源网；智能
中图分类号：TK019
文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）08012302
1 引言
能源是人类赖以生存和发展的基础，是国民经济的命脉，如何在确保人类社会能源可持续供应的同时减少用能过程中的环境污染，是当今世界各国共同关注的热点。通过电、气、热多种能源系统的一体化规划设计和运行优化，构建由分布式终端综合能源单元和与之相耦合的集中式能源供应网络共同构成的区域综合能源系统，成为适应人类社会能源领域变革，确保人类社会用能安全和长治久安的必由之路。
2 项目背景
随着《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》、《关于建立可再生能源开发利用目标引导制度的指导意见》、电改9号文件及6个配套文件（《关于推进输配电价改革的实施意见》、《关于推进电力市场建设的实施意见》、《关于电力交易机构组建和规范运行的实施意见》、《关于有序放开发用电计划的实施意见》、《关于推进售电侧改革的实施意见》、《关于加强和规范燃煤自备电厂监督管理的指导意见》）和光伏发电政策等一系列政策的出台和落地，发展能源互联网和区域综合能源网供能系统是一个大趋势。
3 构建思路
多能源智能能源网供能系统示范项目能源输入端主要有光伏电站、风力发电系统、分布式能源、储能系统等，具有多能源多种类输入的特点。负荷侧主要有电负荷、热负荷和冷负荷，且一般负荷需求稳定（图1）。可以考虑的节能方案主要有节能改造、冰蓄冷、冷热电三联供等。因此，建设区域多能源智能能源网供能系统是一项具有重大经济效益和社会效益的示范工程。
区域多能源智能能源网供能系统是利用风、光、天然气、地热等可再生能源及其他清洁能源的分布式能源站。在现有能源供给系统以及利用可再生能源发电、互联网信息以及先进储能等技术的基础上，以电能为主体形式，并与智能气网、智能热网具有互联开放特性的能源共享网络网络设施，基于区域建设的风、光、天然气、地热等各类分布式能源多能互补，具备较高新能源接入比例，可通过能量存储和优化配置实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，可根据需要与公共电网灵活互动且相对独立运行的智慧型能源综合利用局域网。基于智能综合能量管理系统，实现冷热电负荷的动态平衡及与大电网的灵活互动；在用户侧应用能量管理系统，指导用户避开用电高峰，优先使用本地可再生能源或大电网低谷电力，并鼓励新能源接入本地区电力需求侧管理平台；具备足够容量和反应速度的储能系统，包括储电、蓄热（冷）等。
区域多能源智能能源网供能系统可以实现各个微能源网之间的能源互补和协调控制，降低发电成本达到优化社会效益的目的，是推进能源发展及经营管理方式变革的重要载体，是“互联网+”在能源领域的创新性应用，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。
4 能源网智能运营和管理
多能源智能能源网供能系统管理平台是一个具备完善安全策略且具有互联开放特性的综合信息处理平台。在此平台下，互联信息网络通过在电网、燃气网、热网、负荷网等能源系统范围内装设海量信息采集和传感设备，采集各种能源设备运行状态及各能源系统的实时运转状况等海量信息，并通过云计算和大数据技术对海量信息进行分析处理，进而搭建能源交易平台支持各项能源交易。
4.1 智能管理
售能公司的主要业务包括系统运行、生产管理和交易等几个部分，如图2所示，以便于进行系统的运行管理和交易。售能公司、电网公司、用能对象的交易是通过终端设备和需求侧响应功能来计量和产生，通过能量交易平台完成的。系统运行业务直接关系到售能公司的安全生产，负责售能公司系统运行的监控、调度、故障处理以及操作票的生成等工作。生产管理业务包括生产计划管理、资产管理、运行维护检修等工作。系统运行业务、生产管理业务和交易业务之间进行相关数据的交换，包括实时共享电量数据、电网状态数据、开关状态数据、地理数据以及资产数据等等，以确保售能公司的安全生产以及生产管理部门的高效运行和正常交易。
4.2 智能运维
智能运维的主要功能包括设备在线监视、设备运行管理、设备管理、统计分析、生产计划、辅助决策、办公管理、移动平台应用等多项内容，图3是生产管理平台及其主要功能。
智能运维的主要功能都建立在生产管理平台上。设备状态监视包括：设备在线状态、故障预警、设备运行趋势分析、设备运行的区域监视。运行管理包括停电管理、工单管理、值班管理和设备的缺陷管理。设备管理包括设备状态检测、检修维护记录、台帐管理、设备运行管理。生产计划包括微电网年/月生产计划、停电计划、维护计划。辅助决策包括设备的故障库管理、应急预案管理、专家在线支持、系统运营效益分析。移动管理包括移动生产管理、移动监视管理、移动应急管理、移动分析应用等内容。
4.3 生产管理平台
生产管理平台是基于云计算打造的面向未来能量管理需求的云端运维管理系统。云平台包括资源池、云服务以及云管理几个部分。资源池是对硬件资源、软件资源、网络资源以及数据资源的各类物理基础设施的池化管理，以提高设备利用率与简化管理为目标，以预集成、标准化的云部署单元为单位进行部署于管理。示例见图4。
5 能源网关键技术
在需求侧根据用户对能源的不同需求和负荷分析，将能源供给端和终端能源用户进行分析优化和改造，采用智能协调控制和管理技术，最终通过技术研究打造可靠性要求的综合供能和智能管理系统。 5.1 区域多能源智能能源网供能系统技术
系统采用分布式能源、光伏发电系统、储能系统、风电发电系统等多能源方式，通过对多种不同能源的输入进行集成、控制、检测、和调节，结合智能管理和控制技术，实现非可再生能源和可再生能源一体的高效综合能量供能系统技术。
5.2 多能源协调控制和智能调度管理技术
多能源协调控制和智能调度管理系统是将智能电网、非可再生能源、可再生能源、储能系统、电负荷、热负荷结合的一种重要方式，通过对不同能源供给侧、转换侧、需求侧的管理和控制，使系统运行达到最经济、最合理和最安全可靠等目标（图5）。
5.3 智能配电网技术
未来智能电网的核心是智能配电网，而智能微网将是智能配电网的重要组成部分。虚拟电站（VPP）技术研究，是通过先进的信息通信技术和灵活的软件调度系统，实现DG、ESS、PV、可控符合等DER的聚合和协调优化，以作为一个特殊的电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统，实现提高电能使用效率和减少用户电力消耗。虚拟电站（Virtual Power Plant VPP）是通过先进的信息通信技术和灵活的软件调度系统，实现DG、ESS、PV、可控负荷等DER的聚合和协调优化，作为一个特殊的电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。对机端潮流、受端负荷以及储能系统进行统一调度，最终降低发电损耗，降低电网峰值负荷，减少温室气体排放，优化资源利用，提高电能质量以及供电可靠性。虚拟电站可以实现个体负载将多余电量反哺电网的可能，是电力需求侧管理的一个创新模式，可以在达到建设常规电厂和相应输配电系统的同时，提高电能使用效率和减少用户电力消耗。
5.4 终端耗能分析和优化技术
通过用能情况统计和分析，建立不同气候、不同习惯与方式、不同功能下用户侧的能耗水平数据，提出节能和用能管理优化方案，并采用节能技术（如冰蓄冷供能系统），在削峰填谷降低电费支出，提升系统需求侧响应能力方面的技术和经济收益。
6 技术特点
区域多能源智能能源网供能系统示范项目具有以下特点。
（1）化石能源和可再生能源的耦合技术。微能源网与火电的热网的协同，对多种不同能源的输入进行集成、控制、检测和调节，再通过智能管理和控制技术，实现非可再生能源和可再生能源一体的高效综合能量供能系统。
（2）负荷预测、分析和优化技术。针对园区负荷用量大、节能改造空间大，通过负荷智能预测技术建立区域内工业厂房、办公楼、住宅等建筑能耗模型，根据围护结构和空调系统情况，通过动态模拟，智能预测区域全年逐时冷、热、电等多种负荷，并根据实际负荷进行统计和分析，为整个区域供能系统的建设以及运行策略的制定提供有力的科学依据与理论参考。
（3）智能微能源网及能量管理技术。通过技术研究可以实现各个微能源网之间的能源互补和协调控制，降低发电成本达到优化社会效益的目的。在用户侧应用能量管理系统，指导用户避开用电高峰，优先使用本地可再生能源或大电网低谷电力，并鼓励可再生能源优先接入本地区电力需求侧管理平台，具备足够容量和反应速度的储能系统，包括储电、蓄热（冷）不同技术的研究，联网型多能源互补能源网优先选择在分布式可再生能源渗透率较高或具备多能互补条件下运行。
（4）推动不同能源网络接口设施的标准化、模块化建设，支持各种能源生产、消费设施的“即插即用”与“双向传输”，大幅提升可再生能源、分布式能源及多元化负荷的接纳能力。推动支撑电、冷、热、气等多种能源形态灵活转化、高效存储、智能协同的基础设施建设。建设覆盖电网、气网、热网等智能网络的协同控制基础设施。
（5）以智能微能源网为基础，与热力管网、天然气管网、负荷网络等多种类型网络互联互通，多种能源形态协同转化、集中式与分布式能源协调运行的综合能源网络。
（6）能源市场交易体系研究。研究售能公司、综合能源运营商和第三方增值服务供应商等新型市场主体。逐步建设以能量、辅助服务、新能源配额、虚拟能源货币等为目的的多元交易体系。研发支持多元交易主体、多元能源商品和复杂交易类型的售能平台。
（7）建设柔性能源网络，保证能源传输的灵活可控和安全稳定，建设接纳高比例可再生能源、促进灵活互动用能行为和支持分布式能源交易的综合能源微网。
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