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                        深度|能源互聯網是推動能源系統變革的智慧綜合能源系統

                        發布時間:2018-09-28  瀏覽次數:4859次  來源:《中國電力》雜志  字體【 】  【關閉】

                        引言:

                               能源互聯網是解決當前能源系統問題、推動能源系統變革的智慧綜合能源系統,對提高可再生能源比重、促進化石能源清潔高效利用、提升能源綜合效率具有重要意義[1-2]。城市是能源變革的主戰場,匯聚了全球50%人口的城市地區創造了80%的全球GDP、消費了75%的全球自然資源和80%的能源供應,產生了約75%的全球碳排放。

                             

                               從世界范圍內來看,智慧城市發展存在多方面的探索,但就能源角度來看,基本都停留在智慧能源城市即“新能源”城市的認識層面,更深入的城市智慧能源系統研究與設計基本處于空白。從國內來看,中國智慧城市建設偏重城市的信息化升級,而忽略了作為城市發展核心基礎的能源子系統的規劃建設,同時也缺少從城市整體角度去綜合考慮城市能源系統的發展視角。從城市智慧能源系統建設推進細節來看,整體架構、信息化平臺、新業態新模式等關鍵要素及各要素間關系尚不明確,一定程度上阻礙了能源互聯網和城市智慧能源系統的建設推進。本文嘗試對能源變革下城市智慧能源系統的整體概貌和關鍵要素進行分析展望,以期對未來城市智慧能源系統建設、升級、改造提供參考。

                              

                               1 城市能源變革國際經驗與啟示

                               從世界范圍內來看,歐美等發達經濟體在城市能源變革方面進行了初步探索,重點解決城市能源系統自身發展,能源系統與生態環境之間、能源系統與城市升級之間協調發展存在的系列問題(見表1)。

                               結合國際經驗和中國發展實際,推進城市能源變革應當從八方面著手。一是加強能源、生態環境與城市協同發展。將能源規劃、生態環境規劃充分納入城市發展規劃當中,以統一發展視角確立城市發展的目標、模式、路徑等。二是重視能源系統頂層規劃與設計,實現有序發展。通過專業資源評估、規劃等形成科學發展基礎,引導可再生能源資源有序開發,推進源-網-荷-儲協調發展。三是加快能源體制改革,促進互補增效。通過推行PPP、混合所有制等方式,打破能源系統條塊分割局面,以多能互補促進綜合能效提升。四是積極發揮市場的高效配置作用,降低需求波動并提升靈活性資源利用水平。建立多層次能源市場,通過靈活的價格實現需求側高效管理、有效引導靈活性資源參與系統調節;建立污染權/碳交易市場,實現生態環境約束下的經濟高效發展。五是以電為核心、電網為平臺,促進可再生能源開發利用和經濟高質量發展。通過科技、管理、業態等創新,提升電網對可再生能源廣泛、高效配置能力;以電氣化增強終端能源的能量密度和穩定性,支撐經濟持續增長。六是重視信息基礎設施建設,將綜合能源服務平臺作為城市能源系統的重要建設內容。通過加強能源數據的采集、分析和共享,打通各方參與通道,共同提升能源服務水平。七是推行多樣化管理模式,破除發展慣性。以政策法律為保障,形成合理發展預期;以財稅、價格等經濟激勵手段打破發展慣性,加速能源轉型;建立和實行強制性/自愿性能效標準,挖掘各方優化潛力。八是創新合作模式,建立能源產業大生態。以政府或龍頭企業為核心,依托“雙創”戰略,推進政產學研金深度合作,促進技術、業態等創新。

                              

                               2 城市智慧能源系統頂層設計

                               2.1 總體圖景描述

                             (1)以“兩個替代”實現城市能源綠色化和高效化發展。源端清潔替代,以城市分布式可再生能源就地開發及遠距離大規??稍偕茉摧斎霝橹?,以天然氣、地熱、生物質等其他能源形式開發為輔,清潔能源逐步替代其他能源形式;用端電能替代,以電代油、以電代煤,電能逐步替代其他能源形式。

                             (2)能源系統各類元素深度融合互動,以微網形式實現能源按需轉換和多能協調互補。結合區域能源資源及能源需求情況,將分布式可再生能源發電/制熱、小型冷熱電三聯供、小型地熱、燃料電池、P2G、儲熱/儲冷/儲氣/儲電、智能家居、智能建筑、充電樁等各要素有機結合,形成微網并統一控制,實現網內電、氣、熱、冷等多種能源形式間的按需轉換和協調互濟。

                             (3)跨領域技術深度集成融合。在多能協同領域,重點開展能源路由器、虛擬發電廠、基于新理論和新材料的儲能及可再生能源發電技術、多能流能量管理、柔性直流、交直流混聯等技術研究;在物理信息融合領域,重點開展NB-IoT、LoRa等低功耗低成本物聯網技術、SDN網絡、確定性網絡等網絡安全技術、智能傳感等技術研究;在系統運營領域,重點開展人工智能、機器人、大云物移、多能交易、區塊鏈等技術研究。

                             (4)依托已有電網設施,建立與城市其他子系統間的緊密聯系,實現能源調度、數據共享、能源交易、應用接口、集中展示等功能。升級電網已有設施,實現數據采集源網荷儲全覆蓋和安全可靠傳輸,基于海量數據資源池實現數據共享、集中展示功能,通過人工智能和大數據分析,實現能源優化調度。

                             (5)以用戶為中心,激發新業態、新模式、新應用,形成城市能源商業生態系統。以市場為導向、客戶為中心,廣聚參與主體,開展商業模式創新,形成涵蓋能源生產、輸送、交易、利用全鏈條,包含系統優化與運維、綜合解決方案提供、數據管理、應用開發、金融服務等關鍵業態的城市能源商業生態系統。

                              2.2 關鍵要素頂層設計

                              2.2.1 從支撐城市治理角度選取能源系統關鍵要素

                              城市智慧能源系統的一個重要功能是有效支撐城市治理,推動城市健康快速發展。因此,城市智慧能源系統的關鍵要素選取要以解決當前及未來城市存在的一系列問題為根本出發點。例如城市的發展面臨能源短缺、環境污染、交通擁堵、應急遲緩等一系列問題,城市智慧能源系統就應強化分布式清潔能源開發利用、能量分布式存儲、智能交通、聯防監控等功能。城市能源系統關鍵要素選取如圖1所示。

                        圖 1 城市能源系統關鍵要素選取示意

                        Fig. 1 Schematic diagram of key elements ion of urban energy system



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