智慧能源多能互补综合能源管理系统研究

智慧能源多能互补综合能源管理系统研究
蔡世超
【摘要】根据我国城市紧凑型集约型发展的特点以及目前我国电力系统的现状,建设多能互补集成优化分布式能源系统,能够有效推动能源清洁生产和就近消纳,提高整个区域能源系统的能源利用率、经济性与稳定性,从而达到节能环保的目的.文中基于高邮市城南经济新区惠民型多能互补综合示范工程,提出区域多能互补分布式能源系统构架,基于所提出的区域多能互补分布式能源循环经济体系的构想,分析讨论能源综合管控中心的综合能源管理调配策略与运行模式,提出综合能源管理系统平台建设方案,对各类区域内各分布式能源系统进行多能互补、优化调度.
【期刊名称】《应用能源技术》
【年(卷),期】2017(000)010
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】多能互补;分布式能源;综合能源管理系统;“互联网+”智慧能源
【作者】蔡世超
【作者单位】东北电力设计院有限公司智能化分公司,长春130021
【正文语种】中文
【中图分类】TK019
根据我国城市紧凑型集约型发展的特点以及目前我国电力系统的现状，建设多能互补集成优化分布式能源系统，能够有效推动能源清洁生产和就近消纳，提高整个区域能源系统的能源利用率、经济性与稳定性，从而达到节能环保的目的。

文中基于
高邮市城南经济新区惠民型多能互补综合示范工程，提出区域多能互补分布式能源系统构架，基于所提出的区域多能互补分布式能源循环经济体系的构想，分析讨论能源综合管控中心的综合能源管理调配策略与运行模式，提出综合能源管理系统平台建设方案，对各类区域内各分布式能源系统进行多能互补、优化调度。

多能互补分布式能源系统能将多种具有互补性的分布式能源集中于同一网络中，能够充分利用风能、太阳能、天然气等清洁能源，从而提高整个区域能源系统的能源利用率、经济性与稳定性。

文中根据推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见和关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见，基于高邮市城南经济新区惠民型多能互补综合示范工程的实际工程案列，建立了一种多能互补分布式能源系统的区域能源系统构架，提出多能互补优化集成方案，从而通过统筹考虑常规能源与可再生能源，兼顾区域集中能源技术和分散能源技术．使多种能源多种技术在社区层面优化组合，优势互补。

相对于传统集中式供电方式而言，分布式能源系统将发电系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立将一次能源同时转换成电力、热水、蒸汽、冷水等[1-2]。

应根据所在区域内能源资源以及区域内的水、电、热、冷，
天然气、蒸汽等各类能源需求，综合考虑多种能源稳定供给、能源综合利用效率、投资运行的经济性以及绿色环保的要求，合理配置各类电源和供能装置，优化组合。

在所要建设多能互补分布式能源系统的区域内，一般电网构架已经初步形成，电力负荷和电源点相互交错，往往通过不同电压等级各自独立接入到主电网之中，因此区域内的能源系统不能再以单独的微网系统并入区域主电网，而是把各分布式能源、各能源负荷以及区域内的能源服务作为整体考虑，按照独特的运行模式进行一体化能量管理调控。

因此，建议在区域内建立能源综合管控中心，在保证区域内电力系统稳定、安全、可靠的前提下，对各类分布式能源系统进行多能互补、优化调度，以便实现整个系统能源利用效率的最大化以及经济效益的最大化。

可将分布式能源
系统作为区域能源中心，实施冷、热、电三联供，生物质、生活垃圾以及再生水利用的大型循环经济体系，达到多能互补协同发展,智慧管控的目的。

多能互补分布式能源的多样化、供电能力的不同以及负荷结构的多样化导致其内部各层次元素的不同和层次间联结关系的差异。

区域多能互分布式能源站中从一次能源的输入到能量终端用户主要有电能流、热能流以及天然气流等能量流。

区域内一次能源输入主要是天然气燃料、生活垃圾、生物质和外部电网的电能供应。

燃气轮机除了生产高品质电能外，还可以通过热能蒸汽来满足新区内的热负荷需求和工业蒸汽的需求，并且可以提供一部分热能蒸汽给蒸汽式可吸收制冷机以及气体吸收制冷机制冷用，以便用来满足一部分的冷能需求，另一部分冷能需求则由电能转换来满足。

多余的电能或机械能还可以向储能装置充电。

以高邮市城南经济新区惠民型多能互补综合示范工程为例，截止至2015年末，高邮市城南经济新区最大负荷达到26 MW，预计高邮市城区用电负荷在未来一段时间仍将高速发展，预计负荷增长率可达10.38%，而城南经济新区作为高邮市的重点发展区域，负荷增速将进一步提高。

随着区内企业的发展，热(冷)负荷将不断增加，预计2020年工业企业最大工业用汽量将达到50 T/h，制冷负荷将达到35 MW。

目前高邮市新区没有电源接入，所需电力全部来源于上级电网。

为了在满足区域冷热需求的同时，尽可能使得新区的能源配置达到多能互补的目的，减少与电网的电力电量的交换，计划建设规模为38 MW联合循环机组的分布式能源站，通过2回110 kV线路接入高邮220 kV勤王变110 kV母线。

在这一装机容量下，分布式能源站的最大工业蒸汽供给量不仅可以满足远期的企业生产用汽需求，而且还可以提供额外的热蒸汽，并可通过吸收式制冷的方式，为经济新区提供充足的空调冷水。

高邮市太阳能资源丰富、稳定，光伏电站的建设可为当地提供稳定、清洁的电力，且高邮市地面可利用面积大，工业园区厂房屋顶建设分布式光伏条件好。

因此新增60 MW光伏发电机组，其中50 MW以农业光伏大棚形式集中建设，升
压站通过1回110 kV线路接入分布式能源站110 kV母线。

另外10 MW规划利用工厂厂房或居民建筑楼顶分布式建设，就近接入当地配电网，所发电力就地并网消纳。

高邮市城南经济新区惠民型多能互补综合示范工程接入系统如图1所示。

高邮项目中新建38 MW燃机电站和50 MWp光伏发电，优化了电源结构。

发电量为3亿kW·h，其中78.9%由天然气燃机供给、另21.1%由光伏发电供给;天然
气燃机实现了能源梯级利用，预计通过多能互补光伏发电电量达到100%消纳。

工程按供电煤耗低于310 g/kW·h、污染物排放按燃气轮机组排放限值进行估算，工程发电量为3亿kW·h，折算节约标煤为9.59万t。

按燃气轮机组排放限值估算，可少排放二氧化硫约40.1 t/年，氮氧化物约57.2 t/年，二氧化碳约24.9万吨/年。

2.1 综合能源管理体系构架
基于区域多能互补分布式能源循环经济体系的构想，可进一步搭建区域多能互补综合能源管理系统，系统由两部分构成：能量管理中心系统和各分布式能源自身的监控系统以及负荷监测系统(包括：楼宇能源综合管控系统、充电站监控系统，用户
用能监测系统)。

电力系统调度中心与区域内分布式能源系统的信息交换由能量管
理中心系统负责管理。

2.2 综合能源管理调配策略与运行模式
在保证区域内各能源系统的安全、经济、稳定运行前提下，一体化综合能源管理技术根据能源负荷需求、各分布式能源发电情况、天气情况、电价和气价等信息，以分布式能源系统最小的运行成本、排放成本、网损成本以及停电成本为目标，为分布式能源、储能以及负荷等提供合理的参考运行点，统一协调各分布式能源和负荷等设备，进一步调控区域内分布式能源系统与大电网的能量交换，以便达到经济运行，节能减排的目的。

多能互补能量管理技术、经济及环境因素之间的关系如图2所示[3-4]。

根据负荷预测、分布式能源发电预测、电价及气价等信息，来实现对电力系统电能
交换、可控分布式能源的调度、负荷侧需求响应的控制管理，最终实现整个新区的能量优化调度。

区域多能互补分布式能源系统的运行模式可由政府、供电公司和投资方以PPP模
式在区域内组织建立区域能源公司进行售能业务，一方面可通过新区内自主的能量管理为新区内能源负荷提供多种能源支撑，另一方面在电力盈余时可向电网售电。

在保证项目收益的同时，最大推行清洁可再生能源的利用率。

除此之外，能源公司也可通过能源管理合同的模式，将区域内的节能运维项目进行统一管理运行。

2.3 区域综合能源管理系统建设方案
区域综合能源管理系统平台应结合工程实际的实际需求，采用一体化调控体系，建设区域综合能源管理平台，提高电网调控能力和大范围优化配置资源能力。

区域综合能源管理系统应用系统分别部署在安全区Ⅰ(实时区)、安全区Ⅱ(非实时区)、安全区Ⅲ(管理信息大区)，并按中华人民共和国国家发展和改革委员会令第
14号《电力监控系统安全防护规定》要求设置安全防护设备。

安全区Ⅰ系统主要由采集通信服务器、SCADA服务器、数据库服务器、能源管理服务器、MMI子系统以及系统网络组成。

安全区ⅠI系统主要由采集通信服务器、数据库服务器、功率预测服务器、能效管理服务器、能源交易服务器、MMI子系
统以及系统网络组成。

主要功能包括实时监控与分析类应用、调度计划、能源调度管理、能源交易和能效监测等。

主要实现对电源、储能站的调度和升压站的集中监控，实施集中统一操作、维护、检修管理，达到减员增效降低电网运行成本、提高经济效益的目标。

各厂站计算机监控系统通过电力专网将信息送至能源运行监测交易中心，实现能源运行监测交易中心的远程监控。

视频信息通过数据通信网送至能源运行监测交易中心，便于运行人员远程监控各站点。

用户侧数据可通过公网或专线方式将信息送至能源运行监测交易中心。

同时，区域综合能源管理系统具备与当地电网调度端通信接口。

多能互补分布式能源系统能将多种具有互补性的分布式能源集中于同一网络中，从而提高整个区域能源系统的能源利用率、经济性与稳定性。

文中基于实际工程情况，提出把各分布式能源、各能源负荷以及区域内的能源服务作为整体考虑，按照独特的运行模式进行一体化能量管理调控。

基于所提出的区域多能互补分布式能源循环经济体系的构想，建立能源综合管控中心，搭建综合能源管理系统平台，在保证区域内电力系统稳定、安全、可靠的前提下，对各类分布式能源系统进行多能互补、优化调度，以便实现整个系统能源利用效率的最大化以及经济效益的最大化。

【相关文献】
[1] 高严面向世纪电力科学技术讲座[M].北京：中国电力出版社，2001：33-69.
[2] 梁浩，张峰，龙惟定．基于多能互补的区域能源系统优化模型[J]．暖通空调HV&AC，2012，42(7)：67-71．
[3] 高翔．微网系统多能互补协调控制研究[D]．华南理工大学，2012，12．
[4] 徐虹．多能互补微网能量管理策略研究[D]．华北电力大学，2013，3．。