滕小果："多能協(xié)同，智能耦合"--打造綠色能源解決方案

編者按：2021年12月7-8日，以“雙碳目標(biāo)下的智慧方案與行業(yè)機(jī)遇”為主題的第十七屆中國分布式能源國際論壇于西安召開。本次會(huì)議由中國能源研究會(huì)分布式能源專業(yè)委員會(huì)、中國能源網(wǎng)主辦，陜西分布式能源股份有限公司聯(lián)合主辦。會(huì)上，北燃能源技術(shù)研發(fā)部經(jīng)理助理、高級(jí)工程師滕小果發(fā)表了“‘多能協(xié)同，智能耦合’--打造綠色能源解決方案”的主旨演講。

以下內(nèi)容根據(jù)大會(huì)演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

滕小果：各位領(lǐng)導(dǎo)，各位同仁，我叫滕小果，來自北京燃?xì)饽茉窗l(fā)展有限公司，今天和大家分享的題目是，多能協(xié)同，智能耦合--打造綠色能源解決方案。

我的分享包括三個(gè)部分，首先簡單介紹一下我們企業(yè)。我們是北京燃?xì)饧瘓F(tuán)的全資子公司，北京燃?xì)饧瘓F(tuán)成立于1958年，到現(xiàn)在已經(jīng)有60多年的歷史，主要負(fù)責(zé)的是北京市天然氣投資、建設(shè)和運(yùn)維，2020年天然氣的銷售量169億立方米，營收428億元，利潤總額40億元，資產(chǎn)規(guī)模825億元。北京市是國內(nèi)最大的耗資源城市，僅次于莫斯科，位居世界第二。2017年集團(tuán)董事長李愛蘭女士當(dāng)選國際燃?xì)饴?lián)盟2022-2025年任期主席。

北京燃?xì)饽茉窗l(fā)展有限公司是燃?xì)饧瘓F(tuán)的全資子公司，成立于2011年12月，主要定位是區(qū)域清潔能源服務(wù)商，可以提供從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投資、建設(shè)、運(yùn)維一體化商務(wù)模式。為用戶提供供熱、供冷、供電服務(wù)，公司打造的是以燃?xì)饩C合利用為核心，多能源耦合的綜合能源系統(tǒng)，同時(shí)才有智慧能源管理，實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源的統(tǒng)一調(diào)動(dòng)和管理。我們公司現(xiàn)在堅(jiān)持的是深耕北京，布局全國發(fā)展戰(zhàn)略，從右下角的圖上可以看到，橙色的部分是現(xiàn)在有項(xiàng)目的城市和省份。"十四五"期間我們計(jì)劃投資100億元，主要拓展燃?xì)怦詈?、光伏、熱泵、分布式可再生能源等等業(yè)務(wù)類型。

經(jīng)過十年的發(fā)展，公司已經(jīng)簽約面積3800萬平米，總投資32億，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了燃?xì)夤?、燃?xì)馊?lián)供、熱泵、續(xù)能、光伏、分布式和燃?xì)怦詈系鹊惹鍧嵞茉醇夹g(shù)落地。下面簡單介紹六個(gè)典型項(xiàng)目。

第一，雄安新區(qū)容東片區(qū)綜合能源項(xiàng)目，我們采用的是燃?xì)馊?lián)供、地?zé)岷凸夥?，以及?chǔ)能相耦合的能源形式，可再生能源利用率可以達(dá)到39%。

第二，今年剛開源的環(huán)球影城項(xiàng)目，采取的三聯(lián)供、冰蓄冷和自然冷卻耦合的能源形式，這個(gè)項(xiàng)目主要特征是保證了四度的穩(wěn)定低溫供冷，保障大負(fù)荷的快速響應(yīng)，滿足用戶定制化的需求。

第三，南京信息工程大學(xué)冷熱項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目主要是開創(chuàng)了南方集中供暖先例，采用的是余熱利用。

第四，中石油創(chuàng)新基地?cái)?shù)據(jù)中心項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目是采用三聯(lián)供耦合自然冷卻能源形式，24小時(shí)不間斷的為數(shù)據(jù)中心攻關(guān)電和供冷。

第五，陜西寶雞冷熱項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目主要采用的是地源熱泵結(jié)合輔助熱源能源形式，目前是全球第二大單體地源熱泵項(xiàng)目，目前項(xiàng)目住地是綠色三星建筑。

第六，北京雁棲湖能源中心項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目采用的是燃?xì)馊?lián)供與分布式光伏耦合能源供應(yīng)形式。

接下來介紹技術(shù)發(fā)展路徑和落地措施。為了響應(yīng)碳中和目標(biāo)，我們提出了以系統(tǒng)節(jié)能為基礎(chǔ)，以超低碳耦合系統(tǒng)為過度，以零碳能源應(yīng)用為目標(biāo)的碳中和路徑。首先按照高碳、低碳、超低碳順序，實(shí)現(xiàn)清潔能源替代，同時(shí)我們要對(duì)建筑本身做好綠色建筑節(jié)能改造，供能系統(tǒng)要做好提質(zhì)增效。更為重要的是要大力發(fā)展可再生能源耦合天然氣儲(chǔ)能等超低碳能源系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能減排，最終實(shí)現(xiàn)零碳能源替代，實(shí)現(xiàn)碳中和。

我們發(fā)展路徑和落地措施可以概括為技術(shù)理念、技術(shù)核心和技術(shù)體系三個(gè)部分。首先介紹技術(shù)理念，也就是多能協(xié)同、智能耦合，這是利用綜合能源技術(shù)，依托互聯(lián)網(wǎng)+信息化手段，以燃?xì)庾鳛榛A(chǔ)能源保障，優(yōu)先利用可再生能源，并與各種新能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)低碳化、人性化、共享化區(qū)域能源供應(yīng)，這種技術(shù)理念可以帶來五個(gè)方面的優(yōu)勢。

第一是能夠提高能源供應(yīng)的安全性和可靠性，為可再生能源利用率提升提供基礎(chǔ)保障，這是因?yàn)槲覀兪且蕴烊粴庾鳛榛A(chǔ)保障能源，可以彌補(bǔ)可再生能源不連續(xù)、不穩(wěn)定的這些問題，提高整個(gè)能源系統(tǒng)的安全和可靠性。第二針對(duì)大型區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、分布實(shí)施，進(jìn)行分布式、組團(tuán)式能源開發(fā)和供應(yīng)。第三耦合源網(wǎng)荷儲(chǔ)，可以提高系統(tǒng)能效，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益等多重效益。第四配置了智能化能源管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測和智慧運(yùn)行，同時(shí)在"3060"的大背景下，碳交易平臺(tái)也是未來的重要發(fā)展方向。第五我們可以提供整體式規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投資、開發(fā)、建設(shè)、運(yùn)營以及維護(hù)一體化商業(yè)模式，提供交鑰匙工程，即將全方位的整合。技術(shù)形式可以有煤改清潔能源，提升系統(tǒng)能效，能源積極利用，太陽能、光伏、地源熱泵、多能源耦合技術(shù)等等。

接下來是兩大基礎(chǔ)核心能力，也就是規(guī)劃整合能力和智慧運(yùn)營能力。所謂規(guī)劃整合能力，也就是從商務(wù)模式上進(jìn)行整合，就可以提供規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投資、開發(fā)、建設(shè)、運(yùn)營，以及從這幾種里面挑幾種所進(jìn)行的商務(wù)模式靈活創(chuàng)新和改造。第二種整合是基礎(chǔ)措施整合，也就是通過整合能源公司三級(jí)三冊(cè)一體系的基礎(chǔ)措施，可以整體提高系統(tǒng)能效。再一個(gè)是行業(yè)資源整合。

第二個(gè)重要的核心能力是智慧運(yùn)營能力，它主要包括智慧調(diào)度、智慧管理和能源交易，我們還提出了一套技術(shù)體系作為支撐，也就是三級(jí)三冊(cè)一體系，三級(jí)也就是北燃能源資助研發(fā)的智慧能源管控體系及我們搭建了三級(jí)能源管理平臺(tái)，通過它可以靈活的切換綜合能源系統(tǒng)的多種模式，提升綜合能效，也可以從技術(shù)上保證能源站能夠減人值守，甚至是無人值守，降低人工成本。

另外通過平臺(tái)的支撐，可以合理地確定運(yùn)行指標(biāo)，不斷地優(yōu)化投資方案。三冊(cè)也就是我們所做的業(yè)務(wù)開發(fā)手冊(cè)、工程管理手冊(cè)、運(yùn)營安全手冊(cè)，可以針對(duì)項(xiàng)目全周期開發(fā)、建設(shè)、運(yùn)營三個(gè)專業(yè)領(lǐng)域全方位的指導(dǎo)。

一體系是指項(xiàng)目全生命期的指標(biāo)體系，它是貫穿項(xiàng)目全周期的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，在項(xiàng)目開發(fā)階段，我們要鎖定項(xiàng)目的定位和商務(wù)模式，制定經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、科學(xué)、高標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系。在實(shí)施階段是以既定的指標(biāo)體系為目標(biāo)，嚴(yán)格設(shè)計(jì)選型、采購和驗(yàn)收。在運(yùn)營階段，我們?cè)俜纸庵笜?biāo)，指導(dǎo)生產(chǎn)和運(yùn)行。最后對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋的階段，就依托于智慧能源管理平臺(tái)，可以監(jiān)督每個(gè)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

最后，我給大家重點(diǎn)介紹低碳綜合能源系統(tǒng)的案例，也就是北京城市副中心六號(hào)站的情況。北京城市副中心六號(hào)站，我們所采用的健康目標(biāo)跟前面的技術(shù)理念是相互呼應(yīng)的。

一是采用多能協(xié)同，智能耦合的綜合能源技術(shù)，使清潔能源利用率達(dá)到100%，可再生能源利用率超過40%。

二是實(shí)現(xiàn)分布式組團(tuán)式的能源開發(fā)和供應(yīng)，組建區(qū)域內(nèi)冷、熱、電一體化的微能網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能源的雙向互動(dòng)。
三是建設(shè)能效機(jī)房。

四是打造智慧化的能源運(yùn)營管理交易平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)的自動(dòng)控制和信息化調(diào)節(jié)，及時(shí)告警、提醒等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人值守乃至少人值守的能源中心。

五是構(gòu)建一體化的商務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目整體的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投資、開發(fā)、建設(shè)、運(yùn)營，全方位的整合，優(yōu)化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，提升整體的能效。

項(xiàng)目的技術(shù)方案是以燃?xì)馊?lián)供為基礎(chǔ)能源保障，有限利用地?zé)?，也就是地源熱泵和?chǔ)能系統(tǒng)，并且有鍋爐和電制冷進(jìn)行調(diào)峰。功能面積是56.56萬平米，冷負(fù)荷37.46兆瓦，熱負(fù)荷18.34兆瓦。

接下來我們以冬季供暖為例介紹一下這個(gè)項(xiàng)目的供應(yīng)系統(tǒng)。冬季的供熱主要分為四個(gè)系統(tǒng)：地源熱泵系統(tǒng)、燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)、儲(chǔ)能水池蓄能系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t調(diào)峰系統(tǒng)。四個(gè)系統(tǒng)通過混合之后，向各個(gè)地塊供應(yīng)低溫的熱水。這樣供應(yīng)流程充分展現(xiàn)了能源的梯隊(duì)利用，對(duì)于一千二百度的高溫優(yōu)先用來發(fā)電，發(fā)電之后的高溫?zé)煔獯蟾庞兴陌傥迨?，我們是通過余熱機(jī)降低到一百二十度來供暖和供冷。

一百二十度的煙氣經(jīng)過冷凝之后，于地源熱泵低溫側(cè)的熱水進(jìn)行換熱，一方面可以把煙氣降低到三十度，實(shí)現(xiàn)消白和深度余熱回收；另一方面可以有效地避免地源熱泵保護(hù)的問題，提升地源熱泵的效能，大概能提升3%-5%。

接下來從數(shù)據(jù)上來看能效提升的效果，我們將耦合能源系統(tǒng)和單純使用地源熱泵系統(tǒng)供熱相比。對(duì)于同樣100份的燃料，耦合系統(tǒng)可以產(chǎn)生202份的熱，而單純使用地源熱泵僅能夠提供138份的熱，從這個(gè)方面來看，能效提升了46%。

由于整個(gè)綜合能源系統(tǒng)由地源熱泵、燃?xì)馊?lián)供、儲(chǔ)能和調(diào)峰系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，所以我們需要匹配智能化的手段來實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同，智能耦合。針對(duì)于北京城市副中心六號(hào)站的項(xiàng)目，我們對(duì)夏季和冬季提供了25種運(yùn)行模式，這25種運(yùn)行模式在不同時(shí)段，不同負(fù)荷條件下，它的綜合能效和單位的供能成本都是不一樣的。我們可以根據(jù)實(shí)際的需求來進(jìn)行靈活的選擇，選擇可以基于自由化的算法，基本的流程是提前一天或者提前幾個(gè)小時(shí)，由平臺(tái)軟件進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。

根據(jù)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)模式或者是最優(yōu)可再生能源利用率來制定運(yùn)行策略，下發(fā)表單給自控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)進(jìn)入到表單之后，就把它分解成溫度調(diào)節(jié)這些控制變量進(jìn)行執(zhí)行，執(zhí)行之后再將能耗和成本信息反饋給平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度。最終平臺(tái)軟件根據(jù)反饋結(jié)果，持續(xù)優(yōu)化最優(yōu)化的數(shù)據(jù)模型，使理論結(jié)果和實(shí)際趨于一致。

在這里說一下我們實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度和負(fù)荷預(yù)測是基于仿真系統(tǒng)和智慧能源管理平臺(tái)，這兩者是一起聯(lián)合打造了數(shù)字雙胞胎系統(tǒng)。利用這種數(shù)字雙胞胎系統(tǒng)可以在線模擬不同情況下，能源站的運(yùn)行策略，輔助二級(jí)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)策略庫數(shù)據(jù)相互交互、共享，兩者相互驗(yàn)證，相輔相成。

仿真系統(tǒng)還具備教練培訓(xùn)功能，項(xiàng)目人員通過該項(xiàng)功能可以快速地認(rèn)識(shí)能源站的系統(tǒng)設(shè)備，了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，熟練各種工況。這是我們構(gòu)建的整體指標(biāo)體系，有四級(jí)。如今在六號(hào)站上實(shí)現(xiàn)了一次綜合能效是2.36，清潔能源利用率是100%，可再生能源利用率是41%，系統(tǒng)節(jié)能率達(dá)到了29%。

最后，我們用五個(gè)關(guān)鍵詞來總結(jié)打造的超低碳綜合能源系統(tǒng)，也就是節(jié)能、低碳、經(jīng)濟(jì)、安全、智慧。節(jié)能是節(jié)能率達(dá)到29%，低碳是可再生能源利用率達(dá)到41%，減排率達(dá)到26%，經(jīng)濟(jì)方面可以為用戶提供優(yōu)惠的能源價(jià)格，安全方面是具備多重的能源保障。