程曉絢：能源?智啟未來——綜合能源智慧服務(wù)系統(tǒng)的實踐

編者按：2021年12月7-8日，以“雙碳目標下的智慧方案與行業(yè)機遇”為主題的第十七屆中國分布式能源國際論壇于西安召開。本次會議由中國能源研究會分布式能源專業(yè)委員會、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。會上，西安西電電力系統(tǒng)有限公司資深技術(shù)專家、綜合能源事業(yè)部經(jīng)理程曉絢發(fā)表了“能源•智啟未來——綜合能源智慧服務(wù)系統(tǒng)的實踐”的主旨演講。

以下內(nèi)容根據(jù)大會演講實錄進行整理。

主持人 周濤：下面有請西安西電電力系統(tǒng)有限公司資深技術(shù)專家、綜合能源事業(yè)部經(jīng)理程曉絢進行發(fā)言，題目是《能源•智啟未來——綜合能源智慧服務(wù)系統(tǒng)的實踐》，有請程總。

程曉絢：各位專家、各位來賓大家下午好!下面由我代表西安西電電力系統(tǒng)公司做大會的匯報，我匯報的題目是《能源•智啟未來——綜合能源智慧服務(wù)系統(tǒng)的實踐》。

我的匯報分為四部分：

第一，綜合能源服務(wù)的機遇和挑戰(zhàn)。

我們常說機遇和挑戰(zhàn)是并存的，從2014年習(xí)總書記提出“四個革命、一個合作”，到2020年的“雙碳”目標，這樣一個發(fā)展歷程，為新能源和綜合能源賦予了低碳化、電氣化、智能化、市場化、一體化、國際化的特征。我們要實現(xiàn)“雙碳”目標，必然要經(jīng)過兩個必不可少的手段，一個是減少碳排放，一個是增加碳吸收，我們通過降低能耗，提高能源使用效率，增加綠電的應(yīng)用來減少碳排放，通過這些技術(shù)手段以及植樹造林，增加碳吸收，在這個環(huán)節(jié)中綜合能源服務(wù)起到了至關(guān)重要的作用。

我們都知道，綜合能源的本質(zhì)就是對各種能源的產(chǎn)生、傳輸與分配、轉(zhuǎn)換、存儲、消費、交易等環(huán)節(jié)進行有機的協(xié)調(diào)和優(yōu)化，通過云、源、網(wǎng)、荷、儲的協(xié)同，實現(xiàn)多能互補和能源綜合梯級利用，達到經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的統(tǒng)一，這就是綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的內(nèi)涵。

接下來簡單介紹一下我們公司以及我們開展相關(guān)業(yè)務(wù)的一些情況。首先，西安西電電力系統(tǒng)有限公司是中國西電集團的核心子企業(yè)之一，也是今年備受關(guān)注的一件事情，就是中國西電集團與國家電網(wǎng)公司下屬的許繼、平高、山東電工電氣、南瑞恒馳、泰事達以及重慶博瑞重整組合成了中國電氣裝備集團，并于今年9月份在上海召開了成立大會。

集團重組后，中國電氣裝備集團的業(yè)務(wù)涵蓋了發(fā)、輸、變、配、用電等電力領(lǐng)域，同時也包括了綜合能源服務(wù)、儲能、工業(yè)自動化、能源互聯(lián)網(wǎng)等等這些業(yè)務(wù)領(lǐng)域的范圍的業(yè)務(wù)。

西安西電電力系統(tǒng)有限公司是我國主要的高壓直流輸電、柔性直流輸電工程的系統(tǒng)研究、工程成套及換流閥、動態(tài)無功補償裝置等電力電子設(shè)備研發(fā)、制造和試驗檢測基地。左邊這些圖片是我們一些核心的產(chǎn)品，有常規(guī)的直流輸電晶閘管換流閥、柔直換流閥，以及靜止無功補償發(fā)生器等。我們公司也掛牌了國家能源電力電子技術(shù)裝置研發(fā)中心以及陜西省和西安市的分布式微電網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心，同時公司也具備電力工程施工總承包資質(zhì)和設(shè)計資質(zhì)。

我們公司從傳統(tǒng)的高壓直流輸電、海上風(fēng)電柔直以及直流配網(wǎng)、電能質(zhì)量治理這些傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)向綜合能源系統(tǒng)解決方案，以及開發(fā)一些綜合能源核心產(chǎn)品的這種研發(fā)，向這樣的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，經(jīng)歷了由超高壓的設(shè)備向中低壓設(shè)備延伸，由交直流電力系統(tǒng)仿真研究拓展到微電網(wǎng)、能源網(wǎng)的仿真研究，由特高壓工程拓展到綜合能源工程這樣的歷程。

其中，我們圍繞園區(qū)的規(guī)劃需求、分布式能源應(yīng)用、儲能等方面進行了核心技術(shù)的開發(fā)，包括冷熱電氣多能源綜合利用技術(shù)、可再生能源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)、儲能技術(shù)、直流配電技術(shù)、光儲充一體化運用技術(shù)、多微網(wǎng)協(xié)調(diào)運用技術(shù)、智慧能源互聯(lián)網(wǎng)綜合管控技術(shù)等等。

圍繞重點的目標客戶，我們形成了圍繞包括園區(qū)綜合能源服務(wù)系統(tǒng)、微電網(wǎng)、儲能、中低壓直流配網(wǎng)、停車場綜合能源站五大整體解決方案。

首先是面向園區(qū)的綜合能源服務(wù)解決方案，我們構(gòu)建區(qū)域綜合能源站、分布式能源系統(tǒng)，通過信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上傳到由園區(qū)的公共管理平臺進行統(tǒng)一的能量管控，形成能源的生產(chǎn)、傳輸、消納全過程的互補互濟。

第二是分布式微電網(wǎng)一體化解決方案，這里面包括了多種技術(shù)的應(yīng)用，包括分布式能源接入與管理、儲能管理、就地保護與監(jiān)控、智能調(diào)度、并離網(wǎng)無縫切換等等。中間這張圖是我們公司做的微電網(wǎng)的整個拓撲圖，右邊是我們自主研發(fā)的微電網(wǎng)的控制保護裝置和微電網(wǎng)的控制保護系統(tǒng)。

第三是儲能的集成解決方案，圍繞發(fā)、輸、配、用，包括新能源的領(lǐng)域，形成不同的儲能解決方案，底下這四張圖片是我們核心的產(chǎn)品，有儲能一體機，包括儲能的能量管理系統(tǒng)EMS，中間是我們參加內(nèi)蒙古金山儲能項目的現(xiàn)場圖片。

第四是中低壓直流配網(wǎng)系統(tǒng)解決方案。中低壓直流配網(wǎng)對新能源的接入非常友好，具有功率的雙向可控、快速響應(yīng)、線路成本低、傳輸損耗小等特點。我們西電研發(fā)了4端口3兆瓦的能量路由器，能夠?qū)崿F(xiàn)多種電壓等級和交直流電源間的自由變換，已經(jīng)用在江蘇的項目上，包括我們?yōu)榻K吳江提供了兩臺1兆瓦和2兆瓦的電力電子變壓器也已經(jīng)工程應(yīng)用。

第五是停車場綜合能源站，這里就實現(xiàn)了光儲充一體化技術(shù)的應(yīng)用，右邊是我們做的幾個停車場的一些示范項目，這個智能充電云平臺是我們自主研發(fā)的，對我們的充電站進行統(tǒng)一的運維管理。

第三部分，介紹一下綜合能源智慧服務(wù)系統(tǒng)實踐，西電綜合能源智慧服務(wù)系統(tǒng)示范項目，也是我們大會安排明天請各位專家代表到我們公司進行參觀和交流指導(dǎo)工作的一個項目，我在這里做一個簡單的介紹。

2014年，我們開始開展風(fēng)電、光伏、儲能在內(nèi)的微電網(wǎng)一期項目的設(shè)計與建設(shè)。2017年，自主開發(fā)了微電網(wǎng)中央控制器，建立了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)信息化與智能管控。2019年7月，開展綜合能源服務(wù)系統(tǒng)核心的技術(shù)研究及示范項目建設(shè)，以我們企業(yè)的園區(qū)為載體，設(shè)計了冷、熱、電、氣多能源綜合利用，集合了交/直流微電網(wǎng)、儲能、充電站等多項技術(shù)，構(gòu)建了源、網(wǎng)、荷、儲綜合能源系統(tǒng)，打造園區(qū)級綜合能源示范基地。

這是我們整個的拓撲結(jié)構(gòu)，中間是核心的綜合能源站，這里實現(xiàn)了冷、熱、電、氣多能流的交互利用，包括三聯(lián)供機組、空氣源熱泵、儲熱、儲冷、電鍋爐這些產(chǎn)熱、換熱的設(shè)備，右邊是交流微電網(wǎng)，這里面我們廠區(qū)的光伏有1兆瓦的屋頂光伏，我們?nèi)×似渲?00千瓦接入微電網(wǎng)，包括旋轉(zhuǎn)跟蹤式光伏、風(fēng)電、儲能、充電站、路燈，形成了交流微電網(wǎng)。

左下角是光儲充一體化的車棚，這是直流接入的直流微電網(wǎng)，車棚100千瓦，儲能200千瓦時，直流充電樁是120千瓦接入直流的直流充電樁，形成這樣一個微電網(wǎng)和能源的體系，這兩個微網(wǎng)之間可以做一些能源電能的交互和協(xié)同。

這塊是我們整個在園區(qū)里面設(shè)計的整體布置，明天下午歡迎大家到我們公司去實地參觀和指導(dǎo)工作。

這塊是我們整個能流圖，從左到右是源網(wǎng)荷儲整個能量的布置，在源網(wǎng)到網(wǎng)的時候我們有一個冷、熱、電、氣多能量的交互。這塊是我們現(xiàn)場的圖片，我們能源站的圖片，光儲充一體化車棚的圖片，包括能源站里面設(shè)備的現(xiàn)場圖片。

下面介紹一下我們整個方案設(shè)計體系，綜合能源整體設(shè)計還是比較復(fù)雜的過程，首先是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究，我們要對很多能源的資源進行研究，比如說我們現(xiàn)在園區(qū)里的天然氣、電，有哪些資源可以利用，用能的成本是多少，我們對相關(guān)政策也要做一些了解，有沒有政策相關(guān)的補貼，或者是其他的一些支持，對成本有比較大影響的政策。

做了這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究之后，其中還有一個關(guān)鍵的是做復(fù)合計算，復(fù)合計算我們在做園區(qū)的時候，往往不是針對一個建筑物做，我們建筑物做設(shè)計的時候有一些復(fù)合最基本的數(shù)據(jù)，但是如果在園區(qū)里面僅僅把不同建筑物之間的用能進行簡單的累加，那樣對經(jīng)濟性沒有深入的經(jīng)濟性的測算，所以對于復(fù)合計算，在不同的時間，因為每個復(fù)合都有不同時性，整個復(fù)合測算是我們在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究的時候一個非常重要的產(chǎn)出。

第二個，總體方案規(guī)劃的設(shè)計，我們對于所有用能設(shè)備，你這個用戶場景里面所能考慮到的所有產(chǎn)能的設(shè)備，比如我們現(xiàn)在空氣源熱泵、燃氣三聯(lián)供、地?zé)徇@些用能的成本以及它的性能要有一個深入的研究，然后我們再去做整個方案的規(guī)劃。

右下方這三張圖是我們根據(jù)西安市的天然氣在元旦前和元旦后都會有不同的氣價，在不同氣價的情況下每個設(shè)備用能的成本是不一樣的，在什么時候考慮用什么樣的設(shè)備，才能達到經(jīng)濟利益的最大化，在晚上補電的時候哪一個設(shè)備的用能是最經(jīng)濟的，這是我們在總體方案規(guī)劃設(shè)計的時候需要考慮的。

第三個是優(yōu)化設(shè)計。這里面包括我們對不同優(yōu)化目標，多目標優(yōu)化，我們對于你是站在用戶側(cè)的角度上去考慮經(jīng)濟效益，還有運營效益，還是說年化成本最低，要有一個綜合的評估。然后我們再通過能量控制策略的調(diào)整形成總體最優(yōu)的運行方式，反復(fù)去迭代，去優(yōu)化，形成最終的控制策略和最終采用什么樣的設(shè)備，這個設(shè)備的容量多大，才能達到經(jīng)濟效益最大化的一個優(yōu)化的計算。

第四，在我們做完整體的架構(gòu)、參數(shù)的確定后，我們還要做系統(tǒng)調(diào)度的運行仿真，這一塊我們要建立各種系統(tǒng)里面核心的一些設(shè)備，比如說換能設(shè)備、儲能設(shè)備、產(chǎn)能設(shè)備，包括我們的閥、泵，這些數(shù)學(xué)模型，形成系統(tǒng)調(diào)度的運行仿真，對它的控制策略、控制的參數(shù)進行整體的確定。

這是我們技術(shù)人員自己開發(fā)的一個西電綜合能源的規(guī)劃設(shè)計軟件，我剛才介紹的一套規(guī)劃設(shè)計的過程，都在這個軟件里面有所體現(xiàn)。非常遺憾，這個視頻播放不了，我們整個設(shè)計的過程都在軟件里面可以直接形成軟件體系。

第二部分，我們結(jié)合這樣的項目，自主開發(fā)了西電綜合能源管控及服務(wù)平臺，不僅僅是我們公司的項目，也是做了一個平臺化的產(chǎn)品。這里面包括五個模塊：能源監(jiān)控、能源管理、能源運維、能源交易、能源服務(wù)。因為時間有限，我就不一一介紹了，我們一般做整個綜合能源的管控必須具備的基本功能，包括我們針對實際的工程，也可以進行定制化的開發(fā)，這是能源運維的模塊。

能源管理、能源服務(wù)、能源交易，這個不能播放。如果大家明天下午有時間可以到我們公司實際去看，我們會有一個專門的介紹，介紹我們綜合能源管控平臺整體的設(shè)計和運行的情況。對于這個項目的綜合效益，我們有一個總體的分析，從用戶側(cè)、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，從用戶側(cè)來說，對于園區(qū)的綜合能源肯定增加了用能的穩(wěn)定性和可靠性，因為多種能源供應(yīng)必然會比單一能源更加可靠。經(jīng)濟效益經(jīng)過一個測試，我們整個運營成本比之前運營成本大概減少約50%，廠區(qū)內(nèi)的可再生能源使用率達到44%，當然我們減碳的這些也是整個項目對環(huán)保的貢獻。

這個項目的特點也做了總結(jié)，首先是多能互補綜合利用，之前各個能源是沒有相互交互，都是“各自為戰(zhàn)”，現(xiàn)在把冷、熱、電、氣多種能源供應(yīng)鏈、整個供應(yīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為“萬物皆能”模式，實現(xiàn)多種能源的互補協(xié)同供應(yīng)。第二個是預(yù)制艙技術(shù)，儲熱、儲冷，包括三連供機組都是以預(yù)制艙的這種形式來進行，我們在建設(shè)時是采用的這種方案，有效地縮短了整個施工工期，以及降低了現(xiàn)場的調(diào)試難度。

第三是多設(shè)備的能量路由，我們現(xiàn)在系統(tǒng)里面還是比較復(fù)雜的系統(tǒng)，在一二次管網(wǎng)上接入不同的設(shè)備，既有產(chǎn)能的又有儲能的，既有常壓的又有帶壓的。一二次管網(wǎng)設(shè)備上的融合，也是從物理層面上實現(xiàn)了能量路由。同時我們現(xiàn)在整個系統(tǒng)保護是三重控制保護，有就地控制柜，從就地控制柜到分布式控制系統(tǒng)及云平臺能量管理系統(tǒng)，形成了三重控制保護，控制的顆粒度由粗到細，保護的可靠性也是大為增強了。智能化運維也是我們在系統(tǒng)設(shè)計時就已經(jīng)進行過仿真，在實際工程執(zhí)行時，我們也進行了整個一鍵啟停和自動投切的設(shè)計，整個系統(tǒng)功率是自動調(diào)度的，以每個時刻功能的費用最低為原則，也是為了獲得最優(yōu)的經(jīng)濟效益。

這塊其實是我想給大家展示一下整個一鍵啟停的過程，但是好像這個視頻有些問題。對于未來的展望，這個也是我在前兩天看到新聞里，工信部發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》的通知，鼓勵工廠、園區(qū)開展工業(yè)綠色低碳微電網(wǎng)建設(shè)，發(fā)展屋頂光伏、分散式風(fēng)電、多元儲能、高效熱泵等，推進多能高效互利互用的這樣一個指導(dǎo)文件，也是一個新的指導(dǎo)文件。我一直認為綜合能源事實上現(xiàn)在真的是機遇與挑戰(zhàn)并存，市場很大，挑戰(zhàn)也很艱苦，任重而道遠，我們系統(tǒng)公司也是面對未來，以“推動綠色高效的電能變換、傳輸和應(yīng)用”為使命，結(jié)合能源特有稟賦，探索技術(shù)、管理和商業(yè)模式創(chuàng)新，提供服務(wù)多方用戶的一體化綜合能源服務(wù)。

感謝大家，歡迎大家明天下午去我們公司現(xiàn)場交流，指導(dǎo)工作，謝謝!

主持人 周濤：感謝程總。雖然在播放中留下一些遺憾，期待更精彩的內(nèi)容在明天下午的考察中，因為明天無論是A線路還是B線路，西電都是我們必到的一站，我們期待在現(xiàn)場看到更精彩的內(nèi)容和技術(shù)。