区域综合能源利用及智慧运营管理关键技术分析研究

区域综合能源利用及智慧运营管理关键技术分析研究

杨涛

水发兴业能源（珠海）有限公司  广东珠海  519085

摘要：随着我国经济的快速发展，能源需求也逐渐提高。传统的能源供应系统单独规划、单独设计和独立运行的用能方式由于能耗高、能效低，无法满足“碳达峰、碳中和”的要求。且随着未来节能减排压力增加，多能互补及能源综合利用在园区用户端会成为主流的技术路线。

关键字：综合能源、零碳、协同

前言

随着全球化石能源的日益匮乏和环境的日益恶化，国家主席习近平同志在巴黎气候变化大会上提出“中国将于2030 年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现”，意味着我国节能减排工作迈入总量控制阶段。建筑与工业、交通并列为能源消耗的三大部门，是温室气体排放的重要来源。我国目前拥有规模庞大的工业级及商务园区，研究零碳园区的技术路径与技术集成示范将会为我国达成碳排放目标有重大贡献，促使节能减排进入工业园区。通过发展综合能源系统可统筹兼顾碳排放与可持续发展，在一定尺度的区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统。

研究技术的现状与趋势

综合能源服务是一种新型的、为满足终端客户多元化能源生产与消费的能源服务方式，涵盖能源规划设计、工程投资建设、多能源运营服务及投融资服务等方面。总体上来说未来我国的能源利用会从单一能源体系过渡到多种复合能源系统，从单一建筑能源利用过渡到区域级的能源利用。

目前国内已经批复或建成了一批具有示范意义的综合能源示范项目，但是在建设及运营过程中也凸显了一些问题出来，比如综合能源利用项目的实际使用率不高、用户普遍反馈能源销售价格过高的问题，针对存在的问题需要在进一步的研究中考虑符合避免这些问题。

主要研究内容

利用多种可再生或新能源系统在时空上的耦合机制，提出多能协同的综合能源系统协调调度策略，实现多能协同优化和互补，实现能源梯级利用，以提高可再生能源的综合利用率；分析区域能耗及各种可再生能源的生产过程及特征曲线，综合考虑平滑可再生能源功率输出，优化利用多类型储能设备；综合考虑投资、系统运营成本，以运行成本最低为目标建立优化算法，给出相应的优化运行策略，保障经济运行。

（1）多种能源系统在时间维度的耦合机制研究

光伏、风能、储能以及用能负荷在时间维度上互相叠加，传统各自为政的思路很难做到能源的最大化的利用，研究探索多种能源系统耦合的情况下在时间维度上的冷、热、电供应系统与负荷的相互匹配的机制。分析在典型气象条件下的可再生能源系统出力，建立能耗分析模型模拟在不同尺度规模、不同用能负荷类型的能源需求。

研究特定负荷条件下的能源系统容量配比，通过冷、热、电负荷数据研究多种能源系统互相耦合的容量搭配，建立容量配比计算模型。

（2）多能协同的综合能源系统协调调度策略研究

综合能源集成了供电、供热、供冷等系统,通过多能协调调度,充分发掘系统节能潜力,是当今能源系统发展的主要方向。针对多能互补综合能源系统的优化调度问题,建立了针对综合能源系统的能量管理空间模型,基于模型建立对应的控制策略库,运用多种智能算法求解最优调度策略。通过具体算例验证了该模型和算法,得到综合能源系统实时优化调度方案。

基于模拟计算的冷、热、电负荷及可再生能源出力情况，分析在不同工况下的协调调度方法。研究如何实现以可再生能源优先、最低碳排放、最佳经济性、最小电网依赖四种工作模式下的调度策略，通过建立仿真系统，模拟四种调度模式的实际运行效果。

（3）开发区域综合能源智慧管理软件平台

研发基于 5G 物联网、云计算、群体智能算法等技术的园区智慧管理平台，实现从零碳园区人行为到末端设备、终端数据采集器，再到云端服务器，最后到客户端的一体化运维管理系统，工业园区智慧管理平台由园区门户智控管理功能板块、能源管理云中心系统功能板块、清洁能源电站监控系统主要功能板块、生产管理系统主要功能板块、移动应用板块四大板块构成；集成了园区运行信息监控功能、运维管理功能，各子清洁能源区运行数据、各单体建筑数据的采集、传输、存储功能。平台部署于园区总部云服务器内，数据通过远程传输方式传回云服务上，数据计算、存储在服务器上完成，通过物联网、云计算、大数据等新技术，进行数据深度挖掘和分析，实时展示各系统运行状态，为工业园区监控运维管理提供强有力的支撑，最终可实现工业园区零碳排放。

拟解决的技术难点和创新点

（1）预测基于数据驱动的区域内建筑能耗短期与超短期负荷

负荷预测是解决区域用能负荷预测的可靠手段，将群体智能算法与能源生产与负荷预测相结合，通过分区预测实现大区域内用能符合的精细化预测。当前的预测大多依赖于比较单一的模型，而一个模型无法应对各种情况，也会使得运维故障预测的准确率较低。因此，本项目提出基于群体智能算法来组合预测模型，利用各模型与进化算法的结合，进行多系统同时预测，保证预测的准确度与模型自适应。

    （2）区域级零碳园区的技术路径研究

对于不同气候区、不同的使用用途均存在不同能耗特征，以及每个项目存在不同的自然资源禀赋，如何在各种不同的条件下探索出具体可实施的区域级零碳园区实施路径，研究在各种不同的条件下的能源系统配置，自然资源禀赋的评估方法。

（3）多能协同的综合能源系统协调策略分析

基于冷、热、电负荷及可再生能源出力情况，提出多能协同的综合能源系统协调调度策略，实现多能协同优化和互补，实现能源梯级利用，以提高可再生能源的综合利用率；利用多类型储能设备的数学模型，综合考虑平滑可再生能源功率输出，优化利用多类型储能设备；综合考虑投资、系统运营成本，以运行成本最低为目标建立优化模型，给出相应的优化运行策略，保障经济运行。

结论

传统单体建筑、单项技术的应用瓶颈较为明显，随着节能减排压力增加，未来多能互补及能源综合利用在用户端会成为主流的技术路线。本文以园区能源管理为例，结合园区内的冷、热、电、气等不同能源形式，充分利用现代分布式供能和可控负载的柔性特征，融入传统的 IT+自动化+节能环保技术，能够增加清洁能源发电的消纳能力，达到源网荷综合优化，从而更好地实现环保、经济、能效等综合效益，为互联网+智慧能源这种新的业态提供全面解决方案。另通过平台项目的建设，提高园区能源信息监测和管理水平，实现园区节能减排指标与低碳循环示范园区的建设目标。

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