火电

产业园区多能互补集成优化和区域智慧能源系统建设

2020-11-20 16:48:17 北极星电力网

我们在做综合能源的过程中,可以看到冷、热、电每个可能专业都很深,每一个设备供应商都是有很多年积累的,我们来对他进行集成、进行综合能源服务的时候一定会涉及到他的运营安全和生态质量的问题,未来如何保障安全的责任,出了事情之后谁来担责,不仅仅是成本和效益的问题,也是一个安全的问题,这个也是对我们的持续能力带来很大的影响。

——中国科学院广州能源研究所研究员汪鹏

11月20日,北京市昌平区科学技术委员会、华北电力大学技术转移转化中心、中关村华电能源电力产业联盟、中国电力云平台等单位举办“2020年中国园区智慧能源高峰论坛”,与大家共同探讨园区智慧能源的市场开发、技术创新和商业模式等,北极星电力网全程直播。

直播专题:2020年中国园区智慧能源高峰论坛

中国科学院广州能源研究所研究员汪鹏分享题为《产业园区多能互补集成优化和区域智慧能源系统建设》方面的内容。

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以下为发言实录:

很荣幸有这样的机会跟大家交流一下我们做的项目,特别感谢华北电力大学技术转移中心的邀请。我们所一般是作为一个地方政府的智库,同时我们所也一直专注于新能源和可再生能源领域的研究。刚才主持人介绍一堆很复杂的东西、很学术的东西,其实我们所最开始做地热为主,然后也有生物质能,还有太阳能、光伏,其实我们所是1978年建所的,以分布式可再生能源为主,其实今天的主题跟我们特别契合,因为我们一直做分散式的依赖资源禀赋的能源转换装置和能源转换技术,比如以前大家都推广的农村能源、沼气能源,当时我们所在全国做了很多这样的项目,后来还有像地热的,丰顺的地热发电是我们所做的,还有光热的发电,以及一些储能馆、,所以今天我们介绍的这个项目也是一个小集成的项目。最开始我们所在太阳能开发方面也做了很多的工作,包括光热的、光伏的还有很多产品,一旦技术成熟以后我们所就转换另外新的方向去做研究,我们园区通过多能互补、集成优化构建智慧能源系统,通过构建智慧能源系统解决一些问题。

我主要介绍三部分:

第一,园区智慧能源系统的需求和问题。

第二,园区智慧能源系统的技术和机制。

第三,园区智慧能源系统的业务和模式。

我们智慧能源系统在大的能源系统当中也能成为独立的一个力量,前段时间国家能源局其实也发了文,未来能源的系统是一个集中式跟分布式相结合的系统。刚才很多专家讲了,未来随着信息化、数字化的发展,我们分布式系统慢慢可能会成为一个主导的力量,看起来大家这样的趋势不敢说,但是从光伏、储能、风电这么多年发展历程来看,分布式能源慢慢在发挥越来越大的作用,很多专家都在说,以前我们的能源都是从远方来,未来从这么多年光伏的技术进步来看,未来有可能多少能源从身边来,我们自己本身这个系统就是一个自组织的系统、一个自发电的系统、自我驱动的系统,只有这个小系统成长起来了我们的大系统才能更加节能,我们对环境的依赖也越小,说的理论一点,我们要避免商增,我们尽量要做商减的过程,只有我们小系统做的更精细,我们对环境影响就越小,对人类的可持续发展就能更加长久下去。

因为我们所在广州,首先跟大家介绍一下,现在广东热门的就是双轮驱动,一个是粤港澳大湾区的驱动,一个是深圳作为社会主义先行示范区的驱动。粤港澳大湾区也是作为国家大的战略,同时参与未来对标国际三大湾区重要的载体,因此在大湾区的规划当中也提出了很多的要求,比如对标三大湾区,旧金山湾区、纽约湾区、东京湾区,成为世界级的城市群,而且参与全球竞争的重要载体、“一带一路”建设的重要支撑等等很多内容。但是可以看到,在能源结构以及强度方面,跟发达国家还是有一定的差距,但也体现出来我们的提升空间还是很大的,尤其是在能源的结构、总量以及减碳和环境治理方面还存在着很多的约束,而且最主要的就是我们大湾区其实气候变化也是形势很严峻的,因为在广东那片地区,各种自然灾害也是频发的,所以对我们能源系统也提出了很多的挑战,尤其是习总书记也提出来2030年碳达峰、2060年碳中和这样的目标,更是对我们能源系统提出了更高的要求。同时大湾区要打造成清洁低碳、安全高效的能源体系,刚才南方电网专家也讲了,我们在网络方面的一些部署以及一些试点。从综合能源服务业务来看,国家其实从2016年一直就推动《“互联网+智慧能源”指导意见》,今年提出来大力的发展战略性新兴产业政策,里面重点提出来要开展综合能源服务,而且能源局也有这样的部署。广东来看,最近发的这个文,推进新型基础设施三年行动方案,提出到2020年珠三角要建成5G的城市群,深圳提出来要全面部署5G,这个文就可以看出来,有这样的基础设施之后未来的场景怎么去挖掘,怎么这样的基础设施上构建更多的智能化的系统,也是给我们提供了很多的空间。

现在售电侧的改革,放开两头、稳住中心,我们售电公司广州也开始了对于用户的服务,包括热点冷水器,很多捆绑式销售,电的代理,具体化的业务开放工作,还有“打赢蓝天保卫战”对很多污染物的控制,也衍生出来了对废水、对垃圾、对固废的需求,尤其前段时间出的《固废法》,大家需要去了解这个,出现了这样的新需求,对我们综合能源服务是很好的利好消息。但是我们也可以看到,这么多年发展的过程当中,在产业园区的确是快速的发展过程当中,我们多是为了保障用电的安全,或者供热的安全、甚至用水的安全,我们很多基础设施是存在着这样的重建设轻管理、重供给轻需求这样的问题,在一些园区主要体现在这些方面,建了很多大的机组,但是本地的太阳能资源、风能资源、可再生能源资源还没有利用起来,可能分散,用起来运营成本比较高、管理起来比较难,需要把它集成起来。

另外能源的定价机制、热的定价机制,上午专家也在讲,水有水的定价机制,热、电、冷、水、气它的定价机制,包括基础设施的建设、运维、维护都是不透明的,很多信息化水平不高,所以在综合能源未来的运维或者服务当中会存在着交叉或者是怎么来定价的问题。另外很多供冷、供水、供热服务都是垂直一体化服务的,在园区层面决策水平是很低的,比如未来要新建一个变电站,或者现在很多开发区,马上新项一个项目要建变电站需要层层审批,就存在一种怎么从过去纵向的垂直管理到现在横向的协同管理政府管制或者基础设施管制的政策改革,也是我们通过示范项目想逐步推动的过程。

另外,园区管委会对能源管理的手段还是比较粗放的,同时对成本的控制,对园区源、网、荷、储优化的调度,对网络的管理,强是缺少一些手段的。在未来5G信息化过程当中给我们提供了很多需求。最主要的现在对污染物的管控是特别严的,对PM2.5、对VOC,可能很多做企业的都知道,为了“打赢蓝天保卫战”,PM2.5超标了、VOC超标了,导致一些企业临时停产,经常会出现这样的问题,就需要我们有一些比较精准的信息化的手段去对它进行监测、对它进行管理提前预测预警,如果有一些部需要开的机器可以错峰的进行生产,因此这些都是我们存在的问题,也是我们未来的市场需求。

今天主要跟大家汇报我们在华南中药园在中山一个比较美丽的地方,16000亩,同时这个园区有多种需求,冷热电以及能源消费总量也不大,3千吨标煤,也是一个正在开发的园区,但是规划成一个循环经济的示范园区,同时也是中国最大的中医要得主题园,因此就有这样一个特色,因为医药这个行业本身附加值是比较高的但是它的市场是随着市场需求波动的,因此它的用电和用热的需求都不是连续的,根据订单来,所以我们可以看到它的热负荷,有的时候最大是30吨,最小的时候平均可能10吨,最小的时候有的时候是1吨,对我们供能方带来了很大的调节压力。

另外,生产中药的时候会有一些废弃法,在《固废法》没有出来之前,这些的固废是可以随时填埋的,现在要求越来越高,要求对它一定要进行无害化、减量化,甚至如果资源化的处理更好了,我们还有一些资源来做这些项目。

同时也是有供热管道的,我们可能有一些供热管网,尤其不连续供热的时候管损是特别大的,如果距离长、时间长一点就变成水了,以前能耗特别高,经营了很多年之后成本几乎到破产的地步,所以我们也是跟管委会以及跟中能公司一个运营商来协商共同来策划做这样的数字化、信息化,通过管理手段来降低成本,提高园区的管理效率。

具体科技项目的目标跟很多专家提的都一样,首先要有耳鼻眼,把信息转移过来,另外供能成本很高,尽量用当地便宜的能源来供能,所以涉及到多能互补的系统,另外他的环保,以前在PM2.5和臭氧这类指标不高的情况,包括二氧化硫,水平不高的时候是没有问题的,但是现在二氧化硫刚刚有专家说30、50的情况下,生物质锅炉,很多在东莞,东莞的专家应该了解,东莞的生物质锅炉都拆掉了,中山的生物质锅炉生该之后可以保留着,但是也存在一些物质超标的问题,要不断的整改。

基于这样的问题我们要构建一个智慧能源的系统,我们这里边也开发了这样的能源和碳排放管理系统,首期进测了7家企业,因为这个园区有10多家中药企业,以及30多家在科技园里边主要是用电用冷的企业,这些中药的企业是冷热电都需要的,同时我们也针对园区的一些充电桩做了监测,另外,园区有很多闲置的屋顶安装了光伏。

同时我们在安装光伏的过程中也发现我们用电峰谷差还是比较大的,所以也配套了一个锂离子电池储能,基于目前的成本考虑构建了一个光伏和储能相连接的系统,因为这毕竟是一个测试系统,还比较小,我们主要想通过数据收集来验证这个系统的效率以及成本。

园区有很多固废、生物质药渣,如果直接扔到锅炉里边会产生很大的烟,而且因为药渣的含水率很高,有的是60%—80%的含水率,会带来很大的污染,同时也是不经济的。因此,我们所也基于在以前做沼气、做很多气化装置的过程当中研发出来这样的装置,通过生物质气化装置来将药渣进行气化,来产生生物燃气,通到锅炉里面进行供热。这个过程当中也是尝试了几个装置,也是20多年的研发,在药渣方面同时不仅仅是气化装置,大家可以看到左下这个(PPT)一定要有这样的轰炸装置,通过对固废的粉碎,粉碎之后进到烘干桶,进到这样的气化炉,为什么有经济性呢?一方面可以产生出生物质天然气,生物质气体一方面通过锅炉里面,另一方面这个气体再通到烘干桶里面,把药渣进行烘干,将它烘干到40%以下含水率的时候再进到生物质启化炉里面,通过这样的利用来实现固废变成资源化的利用。它的尾气顺着原来生物质锅炉里边再进行脱硝、粉尘这样的处理。同时配合这样的系统优化过程开发了多能互补的系统以及方针和优化的软件。

特别要提一下,在做综合能源过程当中,需要很多的团队来进行配合,最主要的,一定要把管委会拉到组织框架当中来,尽量通过管委会来协调企业以及技术方、供能方多方之间的协调和配合,同时像我们的技术团队、生物质团队以及我们的规划团队共同的来参与这样的项目,需要不断的对技术监控以及运行过程来进行平台的对接和多方需求的匹配。每一个团队负责各自的技术以及整体的需求和落地过程当中技术的实现。

接下来向大家介绍一下我们阶段性的一些成果从硬件到软件,从设备层到应用层,一直到优化层,形成了这样几个方面的成果。简单跟大家汇报一下,我们通过这样的监测系统可以为园区管委会实时的了解用电和用热的需求情况,了解到企业当中有一些生产情况,尽量的在峰谷电的时候安排生产。通过热需求分析也可以看到,这是电的情况和用热的情况,用热波动还是很大的,有峰谷差,这是某一个月的情况,而且最高的时候和最低之间有比较大的差距,这样就为供热带来很大的不稳定性。

第二个,中药渣利用的关键技术。通过对药渣含水率降低,降低它的含水率,更好的实现废弃物资源的能源化利用。

第三个,仿真系统。通过智慧的仿真系统的模拟,设置不同的情境,我们安装了储蓄罐之后,有时候夜晚时候是一吨的蒸汽,安装了储气罐之后效果是怎么样的,安装了光伏发电以及储电池之后验证效果怎么样,最终替换到用生物质的药渣气化与热电联产耦合之后是什么样的情况,。通过不同的场景可以看到我们整个系统的综合效率是在不断提高的。

上午有一个专家讲,我们系统的综合能源效率是33%,这是一个大概述,但是我们可以看到,通过不断的优化可以更多的来实现59%,具体的大家关心的话我们可以详细探讨,对供能的成本也是实现逐步的下降,最优化的情景可以减少外购电的成本,可以节省外购的生物质颗粒,节约一次能源的成本。

在园区的可再生能源利用方面也是逐步提高,也就是说我们在做这个过程当中其实也会发现,为什么说可以带来衍生的业务需求,因为很多药企是外企,他在药品供应链方面是需要贴碳标签的,尤其是出口的药品,很多品牌药会让它做供应链的碳核查,而且很多还会要求他一定要购买绿电,因此这些也是推动园区不断的要装更多的光伏,采用更多的充电桩、绿色能源的需求,而且对它的环保现在又不断的提高一些指标,不仅仅是正确对它要求,很多是来自他的客户,如果没有达到指标对他的损失就会影响他的订单,这些都是未来智慧能源系统能解决的一些问题。

我们通过这样的智慧能源还可以进行需求侧的管理。需求侧的管理是大家都一致在提的,但是也是比较难做到的,就是因为我们佛山和江苏的某个地方是全国需求侧管理示范的城市,在我们园区,我们通过跟几个大企业友好的协商,以及政府还有供能企业,通过建立协商机制,用热的时间进行调整,来更好的进行错峰生产。很多时候错峰调整是没有人买单的,我们通过这样的需求侧的管理和需求侧的热调度,来实现更节约的收益,能够分享到用户手里边,这是探索一种可持续的运营机制。可以看到,我们有峰谷的偏差,把热的风可以降下来,这部分耗能的收益转移给用户,来实现整体的能效提升和运营费用的降低,其实需求侧这部分优化对整个园区的降费这个效果还是挺明显的。

综合能源服务平台我们未来通过综合能源系统可以挖掘出什么样的业务、以及还有什么样的模式,能让智慧能源系统实现可复制、可推广,尽量能形成标准化的产品。

基于这样我们就在原来系统基础上构建了,因为这个项目也是持续的获得支持,所以很多还是很感兴趣的,当然也是来自科研的支持,也希望我们行业的投资商能够参与进来。我们这个系统平台基于这样的架构构建了四大功能,可以连接我们的能源供应方、能源存储方、能源使用方,以及为政府的能源监管提供一些数据的支持,也与外部的投资方来实现连接,有一些需求可以引导外部的投资商给它提供一个接口,同时在园区蓝用能记录与管理方面业提供一些支撑。结合园区整个售电,园区是高新企业,可以实现整体的售电,也为包括现在的电力现货市场参与电力交易中心提供接口,这是我们外围的支持。

在园区的整体平台方面,我们也分步的进行了四大功能的设计。第一部分,基于现在大家都在做的能源基础的服务,包括检测、运维、托管,现在很多售电公司、很多能效公司都可以提供这样的服务。在这个服务挖掘的基础上,进一步的通过我们的算法来实现智慧售能,更多基于用户的数据和供应商的数据、供电企业的数据来实现营销策略,更多的进行捆绑销售以及制造更多的套餐设计。这个基础上进一步开发,来进行园区的供应侧和需求侧的链接,来实现热网管理、多能互补以及源网荷储优化第三层次的服务。在实现上面三个的基础上进一步来开展能源生态圈以及户际交易,最后一步更多的依赖我们的电力体制改革和更多的商业模式的创新。我们要通过这样的业务来带动我们大数据平台的应用,同时让这个数据平台能够不断的迭代、能够不断的创造更多的效益。

到未来能够可持续的模式有这样几点体会:

第一,我们这样的平台不是为了建平台而建平台,一定要通过这样小的业务来带动数据的平台功能的迭代,我们的功能不是一下构建出来的,一定是跟着业务打造出来的、打磨出来的。

第二,我们在做综合能源的过程中,可以看到冷、热、电每个可能专业都很深,每一个设备供应商都是有很多年积累的,我们来对他进行集成、进行综合能源服务的时候一定会涉及到他的运营安全和生态质量的问题,未来如何保障安全的责任,出了事情之后谁来担责,不仅仅是成本和效益的问题,也是一个安全的问题,这个也是对我们的持续能力带来很大的影响。

第三,我们在这个过程当中怎么来实现共赢的问题,也就是如何与政府和与现有的存量主体进行合作,如何来做更好的增量,这个过程当中有一些利益的分配,未来的协调,冷、热、水、电、气,他的基础设施,包括未来的增量,这种蛋糕谁来切,如何来公平分配,这都是一些需要在园区层面、甚至省级层面或者国家层面来做一些制度的安排,当然偶然现在一直在提依法治国,法治的这些层面如何能更好的做出我们有中国特色的有效率的制度安排。

最后,大家怎么来各自承担各自的角色,来打造一个互利共盈、要素创新、多方供应的生态圈。

我们项目正在不断的研究和探索当中,希望各个同行能够加入进来,大家共同来打造这样智慧能源的平台。谢谢大家!

(根据现场速记整理,未经嘉宾审核)

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