程志芳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：能源，是人類賴以生存、社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展的源動(dòng)力。隨著化石能源的消耗殆盡，人類正面臨著能源轉(zhuǎn)型、提高能效和節(jié)能減排的歷史關(guān)鍵期。目前，以太陽能、風(fēng)能及核能為代表的新能源接入規(guī)模越來越多且負(fù)荷越來越大，這些不同地區(qū)不同類型不同時(shí)點(diǎn)接入的負(fù)荷給能源利用帶來了新的挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；電網(wǎng)系統(tǒng)；能效提升；智能化
0引言
針對撲面而來的復(fù)雜性需求，在“大云物移智”技術(shù)支撐下，能源管理將采用橫向多能互補(bǔ)、縱向源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)互聯(lián)互濟(jì)協(xié)同運(yùn)行的方式，達(dá)到綜合能效的提升目的：充分利用本地光伏、光熱等新能源可再生資源稟賦，充分考慮區(qū)域內(nèi)不同負(fù)荷類型差異性、互補(bǔ)性，通過終端冷、熱、電負(fù)荷需求和源側(cè)多能優(yōu)化匹配，統(tǒng)一規(guī)劃，減少初投資成本，在不同時(shí)間、空間尺度上實(shí)現(xiàn)能源的髙效、經(jīng)濟(jì)和清潔利用，減少運(yùn)行、維護(hù)成本，提高資產(chǎn)利用率，達(dá)到分布式清潔能源就地消納、能源梯次利用、供能可靠性提升和綜合能效提果，。終提升用戶體驗(yàn)效果。
1多能互補(bǔ)和供需互動(dòng)未來能源供給方式的重要特征
能源生產(chǎn)和供應(yīng)方式，將從集中式大規(guī)模生產(chǎn)為主的模式，逐步向能源集中式供應(yīng)與分布式能源就地利用相結(jié)合發(fā)展。間歇性可再生能源的持續(xù)規(guī)模化發(fā)展，將推動(dòng)傳統(tǒng)能源與之協(xié)調(diào)配合，不斷提高能源系統(tǒng)的靈活性和接納能力。由于電能的方便性，未來能源載體將以電能為主，一次能源轉(zhuǎn)換成電能的比例將逐步提高；傳統(tǒng)能源行業(yè)分割和壁壘將在市場需求、市場推進(jìn)和政府政策引導(dǎo)下逐漸消除，提供綜合能源服務(wù)企業(yè)將成為能源企業(yè)的重要發(fā)展趨勢。由此可以判斷，多能互補(bǔ)是未來能源供給方式的重要特征。
未來我國巨大的能源需求總量和增量，將推動(dòng)能源革命，創(chuàng)建適應(yīng)供給側(cè)承受能力和限制的新型消費(fèi)模式，充分發(fā)揮需求側(cè)在平衡供需、降低能源需求增速等方面的作用。隨著間歇性可再生能源的比重不斷提高，將給傳統(tǒng)的能源供需平衡模式帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫切要求需求側(cè)能夠適應(yīng)并響應(yīng)供給側(cè)的變化和限制。能源用戶日益多元化的服務(wù)需求也要求實(shí)現(xiàn)供給側(cè)和需求側(cè)的雙向互動(dòng)，鼓勵(lì)用戶主動(dòng)參與需求響應(yīng)，創(chuàng)新能源企業(yè)商業(yè)模式，有利于減少供給側(cè)不必要的投資，提高能源系統(tǒng)效率和供給。未來能源消費(fèi)中供需互動(dòng)將成為新型的典型模式。
基于上述判斷，政府推進(jìn)了不同的政策進(jìn)行引導(dǎo)。2016年，國家發(fā)展改革委、和工信部印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+ ”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》中提出，建設(shè)以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，與熱力管網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)和交通網(wǎng)絡(luò)等多種類型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，多種能源形態(tài)協(xié)同
轉(zhuǎn)化、集中式與分布式能源協(xié)調(diào)運(yùn)行的綜合能源網(wǎng)絡(luò)。同年，國家發(fā)展改革委、國家發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實(shí)施意見》中提出了兩種服務(wù)模式，一是面向終端用戶電、熱、冷及氣等多種用能需求，因地制宜、統(tǒng)籌開發(fā)、互補(bǔ)利用傳統(tǒng)能源和新能源，優(yōu)化布局建設(shè)一體化集成功能基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級(jí)利用；二是利用大型綜合能源基地風(fēng)能、太陽能、水能、煤炭和天然氣等資源組合優(yōu)勢，推進(jìn)風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行。
2物聯(lián)網(wǎng)是綜合能效提升的重要基礎(chǔ)
通過“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”的建設(shè)，結(jié)合綜合冷熱能源優(yōu)化供給、綜合能源優(yōu)化運(yùn)行和能效服務(wù)等方面構(gòu)成智慧能源體系，在此基礎(chǔ)上可建設(shè)成實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠及靈活多樣的智慧型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，這是整個(gè)能效提升的基礎(chǔ)。
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用先進(jìn)的信息通信技術(shù)，基于泛在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建物理層、感知層、傳輸層、平臺(tái)層和應(yīng)用層的泛在物聯(lián)網(wǎng)體系，實(shí)現(xiàn)智能化業(yè)務(wù)終端的統(tǒng)一接入和管控，整合和接入多種智能化控制子系統(tǒng)，對樓宇、工業(yè)園區(qū)等場景進(jìn)行信息化建模實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理，并
對接入的各類能源進(jìn)行協(xié)調(diào)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)綜合性的智能化管理、運(yùn)營和服務(wù)，達(dá)到業(yè)務(wù)縱向解耦、數(shù)據(jù)橫向聚合、開放數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用的目的。
組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過監(jiān)視、調(diào)控終端用能設(shè)備，涉及的相關(guān)設(shè)備很多，在應(yīng)用中常見以下幾類設(shè)備：
1)冷熱能源路由器。為用戶合理提供熱、冷能源，解決供能、用能能量匹配問題，保持能耗的動(dòng)態(tài)跟蹤，控制能量供需動(dòng)態(tài)平衡，著眼于源端、供能管網(wǎng)系統(tǒng)和用能系統(tǒng)的能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)視和與源端多類型供能自動(dòng)協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)多種模式、多種場景供能模式，達(dá)到冷熱能源的供消平衡和節(jié)約能源的目的。
2)電力能源路由器。電力能源路由器主要關(guān)注電力方面的供需平衡，具備感知電力信息融合態(tài)勢、平衡系統(tǒng)功率、控制電能品質(zhì)、利用需求側(cè)能源和交互控制多能源協(xié)同等高級(jí)功能；還具備分布式發(fā)電接入以及電能交換、電能質(zhì)量控制等高級(jí)功能，對電力能源的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。
3)能量控制器。它可以實(shí)現(xiàn)包括配變監(jiān)測、冷熱能量管理、電動(dòng)汽車有序充電和電能質(zhì)量綜合管理等多類型用能設(shè)備和用能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。
4) 就地協(xié)調(diào)控制器。通過用能系統(tǒng)就地化自動(dòng)控制單元，實(shí)現(xiàn)分布式冷熱電水等能源分層分級(jí)就地化控制功能。典型產(chǎn)品包括壓差和流量控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、智能配電終端、動(dòng)態(tài)流量控制閥和溫度壓力控制器等。
5)其他物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量、物聯(lián)網(wǎng)終端。包括電量傳感、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感、物理傳感、氣體傳感和用能行為監(jiān)測的大量其他物聯(lián)終端。它們通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過能源全景監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)能量數(shù)據(jù)采集、能源數(shù)據(jù)監(jiān)控、實(shí)時(shí)物理感應(yīng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及用能行為數(shù)據(jù)采集等功能。
3綜合能效控制策略
在能效管理中，僅有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也是不夠的，還需要智能化的控制策略，這些策略可考慮各控制單元不同特性，通過建立表征各種能源單元響應(yīng)特性與調(diào)節(jié)能力等的特性模型，形成多種能源的狀態(tài)空間控制模型。一般控制流程如下，首先是對各類設(shè)備信息進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，在能源系統(tǒng)內(nèi)按能源系統(tǒng)特性進(jìn)行建模，對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行研判。正常狀態(tài)下，可采用多源協(xié)調(diào)控制分解方法，包括不同時(shí)間尺度和不同運(yùn)行目標(biāo)下的策略生成，通過多能源狀態(tài)空間建模，為達(dá)到多源協(xié)調(diào)控制的目的，產(chǎn)生控制指令，對設(shè)備進(jìn)行控制，在發(fā)生特殊情況下，開啟應(yīng)急狀態(tài)的流程，利用應(yīng)急場景包括不間斷供能、自治控制和有序恢復(fù)供能的辨識(shí)和恢復(fù)技術(shù)，產(chǎn)生控制指令。
常見的控制策略如下：
3.1源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)一體化管控策略
構(gòu)建冷、熱、電和氣多能源互聯(lián)集成及互補(bǔ)融合的源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制體系，采用多能流調(diào)度控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對多元能源的一體化協(xié)調(diào)管控，保障多能互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行的性、可靠性以及性。
3.2需求側(cè)響應(yīng)策略
支持對負(fù)荷的精確控制，提高用戶參與需求響應(yīng)的靈活性。通過對需求側(cè)負(fù)荷進(jìn)行精細(xì)化建模，分析實(shí)施需求響應(yīng)后用戶用電行為的轉(zhuǎn)變，監(jiān)控需求響應(yīng)達(dá)到的效果，實(shí)現(xiàn)供給和需求側(cè)的互動(dòng)，達(dá)到保持供能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性的目的。
3.3分布式發(fā)電波動(dòng)快速平抑策略
提及分布式發(fā)電，由于風(fēng)光資源波動(dòng)性大，所以出力波動(dòng)會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。這時(shí)就需要功率型儲(chǔ)能快速調(diào)節(jié)，以便實(shí)時(shí)采集當(dāng)前出力信息、實(shí)時(shí)預(yù)測功率波動(dòng)趨勢，以及實(shí)時(shí)評估儲(chǔ)能充放電能力。要實(shí)現(xiàn)功率波動(dòng)平抑，就要實(shí)時(shí)制定平抑控制策略，快速下發(fā)控制策略，并實(shí)現(xiàn)超短期功率平抑。
3.4“光儲(chǔ)充” 一體化應(yīng)用策略
電動(dòng)汽車快速增長催生了快充站的建設(shè)步伐，但已有的配網(wǎng)線路、配變?nèi)萘繉?huì)限制其大量建設(shè)。這時(shí)可建設(shè)含光伏、儲(chǔ)能設(shè)備的一體化系統(tǒng)，在用電低谷時(shí)進(jìn)行電力存儲(chǔ)，用電高峰時(shí)儲(chǔ)能放電以彌補(bǔ)過高的電動(dòng)汽車充電要求。這樣通過儲(chǔ)能、分布式電源參與負(fù)荷的用電，應(yīng)實(shí)現(xiàn)柔性負(fù)荷的有序用電。
4綜合能源管控系統(tǒng)
對于多類型供能系統(tǒng)來說，要通過多種能源及各類設(shè)備的組合運(yùn)用，可以采用能源梯級(jí)利用方法，建設(shè)一套節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、且的能源供應(yīng)系統(tǒng)，有效的提高能源供應(yīng)的可靠性并降低用戶的能源費(fèi)用支出。為了達(dá)到控制用能系統(tǒng)，達(dá)到提升綜合能效的目的，在前述 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，應(yīng)用上述策略進(jìn)行管理，主要通過綜合能源管理系統(tǒng)實(shí)施。綜合能源系統(tǒng)分云、網(wǎng)、邊和端四個(gè)層面，具有負(fù)荷聚合、集群優(yōu)化、供需互動(dòng)和互聯(lián)互濟(jì)等功能，具有其他類型多平臺(tái)多業(yè)務(wù)接口。
綜合能源管控系統(tǒng)具有電能生產(chǎn)、電能消費(fèi)、電能存儲(chǔ)、供水、供氣、供熱、能效分析、能耗分析、同步環(huán)比分析、。值分析、定額分析、異常分析和分析等一系列功能，涵蓋了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)融合、移動(dòng)應(yīng)用、協(xié)調(diào)優(yōu)化控制以及信息等多種技術(shù)。主要分為以下四個(gè)方面的功能：
1) 綜合監(jiān)測。利用多異質(zhì)能源互補(bǔ)機(jī)理與源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多能流協(xié)同優(yōu)化調(diào)控、區(qū)域內(nèi)的能量平衡與優(yōu)化。綜合監(jiān)測采用橫縱雙向模式，橫向包括“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”，即能源站監(jiān)測、能源網(wǎng)監(jiān)測、能源消費(fèi)監(jiān)測和儲(chǔ)能設(shè)備監(jiān)測等，縱向如能源生產(chǎn)可逐步發(fā)展至能源系統(tǒng)監(jiān)測和能源設(shè)備監(jiān)測。
2) 優(yōu)化調(diào)度。在綜合監(jiān)測信息分析基礎(chǔ)上，在穩(wěn)定約束下，將調(diào)度策略精確分解至各控制單元，實(shí)現(xiàn)各能源協(xié)調(diào)控制，靈活實(shí)現(xiàn)不同用戶不同場景的綜合能源優(yōu)化調(diào)度。
3) 能效分析。利用海量數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)面向不同用戶的全景能源多重能效分析，具體有能耗計(jì)量、能耗分析、能耗查詢、能耗警報(bào)和高級(jí)能效分析等功能。
4) 智能運(yùn)維。利用采集信息，通過狀態(tài)估計(jì)和故障分析，對電能設(shè)備開展專業(yè)化智能運(yùn)維，基于以上信息還可以對用戶用能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全方面代維管理，具有資產(chǎn)臺(tái)賬、運(yùn)維信息、運(yùn)維分析和智能運(yùn)維等功能。
5安科瑞為2020泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供解決方案
安科瑞電氣深耕用戶側(cè)能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)到終端傳感器的生態(tài)體系，在“源(電源)-網(wǎng)(電網(wǎng))-荷(負(fù)荷)-儲(chǔ)(儲(chǔ)能)”各個(gè)環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入，已經(jīng)形成“云(云平臺(tái))-管(有線/無線物聯(lián))-邊(邊緣計(jì)算)-端(終端設(shè)備)”的生態(tài)系統(tǒng)，積極參與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，為建設(shè)“三型兩網(wǎng)”提供解決方案，使用戶在任何時(shí)間、地點(diǎn)、人、物之間實(shí)現(xiàn)信息連接和交互，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，從而為電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商、用戶服務(wù)。
5.1安科瑞產(chǎn)品在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用
近兩年來，安科瑞已經(jīng)陸續(xù)參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺(tái)、云南省網(wǎng)綜合能源服務(wù)平臺(tái)、上海嘉定區(qū)147所學(xué)校電力運(yùn)維平臺(tái)等相關(guān)平臺(tái)的建設(shè)，提供了包括云平臺(tái)、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)品，各類用戶端云平臺(tái)在全國各地運(yùn)行案例700多套，并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能，這些項(xiàng)目就是未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。
“能源互聯(lián)網(wǎng)的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業(yè)態(tài)。”盡管針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的方方面面。
6智慧樓宇和智慧園區(qū)的應(yīng)用
以智慧樓宇的綜合能源系統(tǒng)為例，針對傳統(tǒng)商業(yè)樓宇用能信息采集不全、能效不高和與電網(wǎng)缺乏協(xié)同互動(dòng)等問題，建設(shè)綜合能源系統(tǒng)，應(yīng)用邊緣計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)分析和空調(diào)群控等關(guān)鍵技術(shù)，通過用能控制系統(tǒng)、云邊能源路由器和輕量級(jí)能效采集終端等設(shè)備及系統(tǒng)平臺(tái)，推動(dòng)樓宇空調(diào)等主要能耗設(shè)備提升能效，并通過參與需求響應(yīng)、電力市場交易，降低企業(yè)用能成本和電網(wǎng)用電負(fù)荷。
以智慧園區(qū)為例，傳統(tǒng)園區(qū)存在能耗高、節(jié)能壓力大、用能信息不全、各能源子系統(tǒng)相互獨(dú)立及缺乏與電網(wǎng)互動(dòng)等問題，通過綜合能源管控系統(tǒng)建設(shè)可基于邊緣計(jì)算的能源控制器實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，降低用能成本，提高用能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)園區(qū)能源監(jiān)測、能效分析和能效診斷等功能，充分發(fā)揮能源供給的配置作用，實(shí)現(xiàn)了多種能源輸入(太陽能、天然氣和淺層地?zé)崮艿?、多種供能方式的輸出(冷、熱和電等)及多種能源轉(zhuǎn)換(光伏、燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)，儲(chǔ)能系統(tǒng)等)，由原來能源獨(dú)立使用轉(zhuǎn)變?yōu)榧嗄懿杉鬏敗⒋鎯?chǔ)分配和轉(zhuǎn)化的新型多能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，既可充分利用可再生能源，同時(shí)又保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量、運(yùn)行穩(wěn)
定性、供電可靠性以及區(qū)域冷熱的綜合供應(yīng)。
參考文獻(xiàn)
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