劉蕾:智慧能源體系建設(shè)和應(yīng)用

編者按：2019年6月5～6日，"未來能源大會(huì)（FEC2019）暨第十五屆中國能源戰(zhàn)略投資論壇"在北京中奧馬哥孛羅大酒店召開。本次未來能源大會(huì)匯集了國內(nèi)外、中科院、工程院院士專家，共同探討"傳統(tǒng)能源"向"未來能源"轉(zhuǎn)型融合的趨勢(shì)。會(huì)上，北京燃?xì)饽茉窗l(fā)展有限公司副總工程師 劉蕾 發(fā)表了題為《智慧能源體系建設(shè)和應(yīng)用》的主旨演講。

以下內(nèi)容為中國能源網(wǎng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)錄整理而成，未經(jīng)本人審核。

劉蕾：大家好，我們劉總正在發(fā)燒，喉嚨發(fā)不出聲音來，所以委托我對(duì)我們智慧能源體系進(jìn)行一下分享和匯報(bào)。

北燃所做的能源方面的跨界，我們有一個(gè)主題叫"多能協(xié)同、智能耦合"。就是燃?xì)饧瘓F(tuán)公司一直在探索天然氣的高效利用，推廣天然氣分布式能源將近有20多年了。2011年12月，成立了全資子公司，也就是北京燃?xì)饽茉窗l(fā)展有限公司，主要專注于能源，也就不只是天然氣了，我們所有的清潔能源都可以作為能源的發(fā)展方向，也就是咱們今天所說的宜氣則氣，宜電則電，宜煤則煤。

北京環(huán)球影城國際旅游度假區(qū)這些項(xiàng)目的過程中，對(duì)能源進(jìn)行了一個(gè)轉(zhuǎn)型，就是從天然氣分布式轉(zhuǎn)到了技術(shù)領(lǐng)先型的情潔能源供應(yīng)商。是提供從規(guī)劃設(shè)計(jì)、投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)一體化的這么一個(gè)商務(wù)模式，來實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源的統(tǒng)一調(diào)度和管理，保障區(qū)域內(nèi)低碳、高效、低成本、可持續(xù)的發(fā)展。

這是現(xiàn)在能源發(fā)展有限公司所拓展的項(xiàng)目，目前運(yùn)營(yíng)的有429個(gè)，在建的項(xiàng)目10個(gè)，運(yùn)營(yíng)中的也有10個(gè)。分幾大類，一個(gè)是區(qū)域項(xiàng)目，就是北京環(huán)球影城這些區(qū)域型的項(xiàng)目。第二類就是酒店類；第三類是樓宇，包括數(shù)據(jù)中心和工業(yè)項(xiàng)目。這里面提到一個(gè)是中石油創(chuàng)新基地，這是獲得了國家能源局所批復(fù)的首批天然氣，就是組建了這么一個(gè)光伏+分布式能源的一個(gè)綜合智能微電網(wǎng)的能源項(xiàng)目。

我們這里所提的智慧能源管理體系，主要從三個(gè)方面：

1、建設(shè)背景；

2、核心理念；

3、能源管理平臺(tái)。

先說建設(shè)背景，也就是我們所提到的多能協(xié)同、智慧耦合的綜合能源技術(shù)。這里所說的多能協(xié)同，為什么提出這個(gè)概念？這個(gè)實(shí)際上我們?cè)陂_發(fā)北京城市副中心的過程中，提到要最大化的利用可再生能源，要使區(qū)域內(nèi)的可再生能源利用率達(dá)到40%以上，40%這個(gè)數(shù)字是非常高的，相當(dāng)于在全世界來講，這個(gè)數(shù)字都是還沒有達(dá)到呢，我們?cè)趺刺岣哌@個(gè)可再生能源利用率呢？我們知道我們現(xiàn)在所用的可再生能源，包括風(fēng)能、光伏，它有不連續(xù)、不穩(wěn)定的特點(diǎn)，我們現(xiàn)在沒有說哪個(gè)項(xiàng)目敢于直接只用單獨(dú)的分布式能源，包括我們現(xiàn)在所說的淺層地?zé)崮?，?dāng)然我不是說淺層地?zé)崮懿缓?，咱們現(xiàn)在所有的淺層地?zé)岬哪茉吹浆F(xiàn)在為止也沒有敢直接只用淺層地?zé)幔获詈线@種鍋爐或者其他的常規(guī)的能源系統(tǒng)來給用戶供熱。

所以說我們?yōu)榱颂岣哌@個(gè)可再生能源利用率，最大化的利用可再生能源，我們提出了以可再生能源和分布式能源進(jìn)行一個(gè)耦合，也就是說常規(guī)的可再生能源如果和鍋爐，就是跟鍋爐耦合它這個(gè)天然氣的利用效率是不太高的，跟分布式能源相耦合，這里面也是有一些技術(shù)結(jié)合點(diǎn)的。我們知道相當(dāng)于地緣熱泵，它需要消耗非常多的電，而這個(gè)天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)能夠產(chǎn)生電，所以一個(gè)是需要，一個(gè)產(chǎn)生，所以這方面有一個(gè)耦合。

另一方面，因?yàn)槌Ｒ?guī)的天然氣分布式能源它的預(yù)熱利用，我們現(xiàn)在的處理手段可能是到120度左右，而跟地緣熱泵耦合之后，相當(dāng)于120度之后這樣地緣熱泵能夠更加穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

所以說我們所說的多能協(xié)同智能耦合它的第一個(gè)方面，就是能夠最大化的利用可再生能源，能夠提高能源供應(yīng)的充裕性和安全性。

只是在能源的供應(yīng)側(cè)，我們建了這么一個(gè)系統(tǒng)之后，在這個(gè)里面擁有多種能源系統(tǒng)，有天然氣分布式能源，有地緣熱泵，或者光伏，這幾種能源我們放在一起之后，我們實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，在不同的時(shí)刻都一塊運(yùn)行還是先開啟這個(gè)再開啟那個(gè)，就是在不同的時(shí)刻它應(yīng)該是有一個(gè)最佳的配比，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)這么一個(gè)配比？在我們現(xiàn)在的運(yùn)行人員，可能技術(shù)水平還沒有到達(dá)一定的高度之前，我們可能還需要構(gòu)建這么一個(gè)智慧化的能源運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)。所以說就引入到我們要建這么一個(gè)智慧化的運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同、智能耦合，給它提供這么一個(gè)技術(shù)手段。這是第二個(gè)方面。

其他的就比較少了，我們?cè)陂_發(fā)過程中，通過統(tǒng)一的規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，分布實(shí)施來進(jìn)一步的提高能源的安全性，還有經(jīng)濟(jì)性這些方面。

另一方面，我們還提到一個(gè)能效機(jī)房的概念，能效機(jī)房就是以最優(yōu)的技術(shù)路線，輔以恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)模式，通過精細(xì)化的運(yùn)營(yíng)管理來實(shí)現(xiàn)功能多目標(biāo)優(yōu)化管理，所謂最優(yōu)的技術(shù)路線就是剛才前面所提到的我們會(huì)結(jié)合符合裝機(jī)，系統(tǒng)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，設(shè)備選型和控制方案，這是提供一個(gè)最優(yōu)的技術(shù)路線。第二個(gè)輔助一個(gè)恰當(dāng)?shù)纳虡I(yè)模式可以搭配非常靈活的商務(wù)模式。

再一個(gè)，就是根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)方案，剛才的多元耦合系統(tǒng)來對(duì)這個(gè)控制策略進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)，來確定最佳的可以是多樣化的，這也是根據(jù)這個(gè)項(xiàng)目本身它的政治特征，或者說是我們用戶需要能源低成本的要求，我們會(huì)提供效益最大化，或者是用戶舒適型最大化，系統(tǒng)能效最大化。

通過整體能源機(jī)房的建設(shè)，預(yù)計(jì)可以提升系統(tǒng)效率10%以上，成本控制能降低15%以上，裝機(jī)容量能降低10%以上，用戶滿意度可以達(dá)到95%以上。

基于這么一個(gè)理念，我們提出能源管理云平臺(tái)的構(gòu)架是三個(gè)層次的平臺(tái)，這也是基于我們現(xiàn)在能源中心它目前的這種計(jì)量配置比較少，對(duì)整體能源管理比較偏弱的這種現(xiàn)狀，我們提出三個(gè)層次：

第一個(gè)層次，可能是大家都比較熟悉的，也就是常規(guī)的自控系統(tǒng)，我們實(shí)現(xiàn)里面多能系統(tǒng)。

在第二個(gè)層次能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域內(nèi)多種能源系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，然后配合我們?cè)谶@兒還提出一個(gè)對(duì)能源中心建立一個(gè)數(shù)字雙胞胎，也就是仿真系統(tǒng)，來優(yōu)化整體的控制策略方案。

最后這一層和二層的這些數(shù)據(jù)全部上升到第三個(gè)層次，來實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的分析，行業(yè)內(nèi)部以及行業(yè)內(nèi)部的信息共享和行業(yè)內(nèi)部的商務(wù)合作與能源交易。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)接智慧城市。

首先說第一個(gè)層次，就是對(duì)自控系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)梳理，對(duì)所有新建的能源中心會(huì)要求提出一個(gè)新的計(jì)量配置標(biāo)準(zhǔn)和自控的配置標(biāo)準(zhǔn)，來最終實(shí)現(xiàn)所有的三聯(lián)供系統(tǒng)、地緣熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和常規(guī)的鍋爐項(xiàng)目的就地控制和數(shù)據(jù)的獲取。這個(gè)已經(jīng)在我們副中心、環(huán)球影城這些項(xiàng)目上有所應(yīng)用。

第二個(gè)，對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的項(xiàng)目實(shí)施計(jì)量整體的排查和改造，在我們現(xiàn)在集團(tuán)的燃?xì)獯髽呛完兾鲗氹u，這個(gè)也是非常大的地緣熱泵的項(xiàng)目，對(duì)這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了一個(gè)自控改造，來實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的完善化。

到第二個(gè)層次就是智慧能源管控平臺(tái)，它這個(gè)主要有三塊核心的內(nèi)容，符合預(yù)測(cè)，也是結(jié)合現(xiàn)在這種大數(shù)據(jù)的手段；能源站本身專業(yè)性的角度，通過我們對(duì)用戶側(cè)的溫度、濕度進(jìn)行計(jì)量來綜合目前信息化大數(shù)據(jù)的方法和專業(yè)的手段，來提出這么一個(gè)符合預(yù)測(cè)。在這個(gè)仿真模擬上，來進(jìn)行比較，確定哪個(gè)策略最好，然后再運(yùn)用到我們的二層平臺(tái)中心進(jìn)行一個(gè)比較，最終得到一個(gè)比較好的智能調(diào)度。 

基于大數(shù)據(jù)和機(jī)理模型的原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工礦的仿真模擬提供最佳的策略，第三個(gè)是基于碳排放量最低，或者運(yùn)行綜合費(fèi)用最少等這些優(yōu)化原則來實(shí)現(xiàn) 多種能源的實(shí)施調(diào)度。

兩個(gè)結(jié)合起來，制定出比較好的運(yùn)行策略，然后進(jìn)入我們的仿真系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，拿出對(duì)比結(jié)果，到平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)施應(yīng)用，最后轉(zhuǎn)化成希望具體的運(yùn)行策略，在項(xiàng)目上進(jìn)行應(yīng)用。

這個(gè)是我們能效機(jī)房PDCA的管控體系的實(shí)現(xiàn)，就是從規(guī)劃設(shè)計(jì)開始，然后到施工調(diào)試，再到運(yùn)維調(diào)度，最后提出一些比較好的改進(jìn)建議，比如說是不是可以降低10%左右，再反饋到設(shè)計(jì)，來進(jìn)行能效機(jī)房的提升。

因?yàn)槲覀兡苄е行谋容^多，所以建立了一個(gè)統(tǒng)一的指標(biāo)體系，就是從經(jīng)濟(jì)到能效的一個(gè)指標(biāo)體系，在后續(xù)還會(huì)有展開的介紹。

然后說到第三個(gè)層次，也就是這個(gè)企業(yè)級(jí)的能源管理運(yùn)行中心，這個(gè)方面主要是基于這個(gè)大數(shù)據(jù)的技術(shù)對(duì)多個(gè)能源站，它的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)一的匯總，具體的功能包含了這四個(gè)模塊，下面我就分開進(jìn)行一個(gè)闡述。

首先是能源管理，能源管理這個(gè)方面，我們首先是從項(xiàng)目上，把這個(gè)大數(shù)據(jù)收集上來，然后接下來就根據(jù)這個(gè)大數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)項(xiàng)目的能效進(jìn)行一個(gè)分析，再接下來就是根據(jù)這個(gè)能效和大數(shù)據(jù)，以及能源的價(jià)格然后得到每個(gè)項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)的情況，最終從能效方面、經(jīng)濟(jì)方面來實(shí)現(xiàn)一個(gè)行業(yè)的整體對(duì)標(biāo)。

從能源大數(shù)據(jù)上來講，我們收集的就是能源需求與消耗的這些數(shù)據(jù)，從而得到這個(gè)項(xiàng)目各個(gè)不同的業(yè)態(tài)，它的負(fù)荷和能效水平可以降低裝機(jī)大概20%。從這個(gè)上面就可以節(jié)省投資大概15%。

能效KPI這個(gè)方面，是收集不同項(xiàng)目，比如都是電制冷它分布在不同的項(xiàng)目上面，可能采用的是不同品牌的電制冷機(jī)，我們通過這些數(shù)據(jù)，然后再結(jié)合這個(gè)電熱冷機(jī)本身的造價(jià)和它運(yùn)行維護(hù)的管理，從而可以得到我們不同品牌的設(shè)備，它用哪種會(huì)比較好？

再一個(gè)方面，通過能效的整體分析，然后我們可以判別出來不同的能源系統(tǒng)，在同一個(gè)站里面不同的能效系統(tǒng)它的能效水平分別是什么樣子的，從而提升整個(gè)能源中心的綜合能源利用率。

經(jīng)營(yíng)方面，大家都比較容易理解，我通過成本和利潤(rùn)的分析，來實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)持續(xù)的增長(zhǎng)，最終這個(gè)行業(yè)對(duì)標(biāo)就是我通過能效和整體的成本和利潤(rùn)進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)一的對(duì)比，知道我們這個(gè)能源站在整個(gè)行業(yè)中的水平，找到差距，從而提升我們自己，也提升咱們整個(gè)行業(yè)的能效管理水平。

我們第三層平臺(tái)，第二個(gè)方面就是項(xiàng)目管理，這部分項(xiàng)目管理，可能和大多數(shù)目前在座的能源管理云平臺(tái)比較相像，比如說華興安泰本身也已經(jīng)做了這么一個(gè)平臺(tái)，包括我們參觀過很多公司所做的平臺(tái)，基本上都有這些情況，我就不統(tǒng)一說了?；旧习巳值臓顟B(tài)監(jiān)視，安全的管理，客戶關(guān)系的管理和設(shè)備的管理，我們?cè)谶@兒有一點(diǎn)點(diǎn)不同就是在班組管理方面，因?yàn)槲覀円彩菍?shí)行幾班幾運(yùn)轉(zhuǎn)，所以會(huì)對(duì)不同的班組進(jìn)行不同的管理。我們通過班組的管理主要目的就是記錄每個(gè)班組在實(shí)際的運(yùn)行中他的節(jié)能行為，從而能夠促進(jìn)這個(gè)班組實(shí)現(xiàn)行為節(jié)能，在整個(gè)公司也進(jìn)行一個(gè)考核。

我們建設(shè)這個(gè)能源管理云平臺(tái)，有兩個(gè)比較亮的亮點(diǎn)：

1、能源魔方，是指我們所有的能源中心它都有不同的屬性，包括它的建筑年代，它的業(yè)態(tài)，它的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，或者是它的能效指標(biāo)，它有不同的維度，我們通過這么一個(gè)能源魔方在平臺(tái)上的應(yīng)用，從而讓它作為一個(gè)不同的維度，對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和對(duì)比，從而能夠得到更加可靠的這么一個(gè)對(duì)比的數(shù)據(jù)。

2、數(shù)據(jù)庫指標(biāo)體系，這個(gè)指標(biāo)體系也是從上到下，分了大概四層，第一層次經(jīng)濟(jì)和節(jié)能環(huán)保類的，這個(gè)就是圍繞著我們能源項(xiàng)目建設(shè)的目標(biāo)提出來的；再往下是能源類的指標(biāo)；接著是能效指標(biāo)；最終反饋到就是我們電壓、電流，還有溫度、壓力質(zhì)量類的指標(biāo)，整體建設(shè)的指標(biāo)系五大類22項(xiàng)158個(gè)。

下面說一下我們所做的智慧能源管理體系在北京城市副中心中的應(yīng)用，北京城市副中心，這個(gè)是我們目前在建設(shè)的6號(hào)站，它是要堅(jiān)持世界眼光、國際標(biāo)準(zhǔn)、中國特色、高點(diǎn)定位，建設(shè)一流的新能源示范中心。

北京城市副中心它最核心的其實(shí)就是地緣熱泵、蓄能，這個(gè)地方大概是占裝機(jī)比例60%以上，最終實(shí)現(xiàn)的效果就是清潔能源比例達(dá)到100%，可再生能源比例超過40%。

這是我們?cè)诟敝行乃罱ǖ倪@么一個(gè)平臺(tái)，就是智慧管理平臺(tái)的一個(gè)效果圖。我們將來會(huì)在副中心的6號(hào)站，它的智慧掌上中心進(jìn)行統(tǒng)一的智慧能源管理平臺(tái)的展示。

我們這個(gè)副中心在這個(gè)方面所作的能效機(jī)房的應(yīng)用，也是從項(xiàng)目開始，規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，提出一個(gè)目標(biāo)的指標(biāo)體系和設(shè)計(jì)體系。通過BIM的設(shè)計(jì)來減少管道的交叉和碰撞，然后來實(shí)現(xiàn)施工。

這一塊我們將25種運(yùn)行模式輸入到我們仿真系統(tǒng)，進(jìn)行整體的規(guī)劃和管理。

我們是采用一個(gè)大倍率彎管和順?biāo)畯濐^優(yōu)化，然后保證了這個(gè)項(xiàng)目本身的這些檢修空間。

這是我們當(dāng)時(shí)在設(shè)計(jì)階段所制定的北京城市副中心的運(yùn)行策略，就是分別按照冬季和夏季進(jìn)行一些分類，或者是地緣熱泵+電制冷，以及三聯(lián)供它具體的運(yùn)行時(shí)間。在冬季也是同樣類似的情況，通過這樣的運(yùn)行策略，核心也是保證可再生能源利用率，在這個(gè)基礎(chǔ)上是盡量降低運(yùn)行成本。

我們現(xiàn)在所做的第一層次的自控系統(tǒng)，包含三聯(lián)供、地緣熱泵、蓄能、電制冷以及補(bǔ)水方面的自控系統(tǒng)。

上升到第二層次，就是把前面不同設(shè)備的控制策略，然后根據(jù)不同時(shí)段能源的價(jià)格，來制定出比較好的運(yùn)行策略，剛才提到25種控制策略，輸入到我們雙胞胎的數(shù)字系統(tǒng)里面，進(jìn)行一個(gè)整體的控制策略的計(jì)算，然后得到最佳的運(yùn)行策略，再反饋到一層系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)實(shí)施。

目前北京城市副中心建設(shè)之后，我們預(yù)計(jì)清潔能源利用率可以達(dá)到100%，地緣熱泵含蓄能裝機(jī)比例80%，然后整個(gè)系統(tǒng)所有效率大于3，節(jié)能率超過35%，整個(gè)系統(tǒng)的二氧化碳減排率能夠達(dá)到41%。

我的分享完畢，謝謝大家！