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          基于“互聯網+能源供給”的綜合能源系統最優調度思考

          發布時間:2019-04-23點擊次數:

          李克強總理在2015年政府工作報告中提出“互聯網+”行動計劃,打開了能源互聯網發展的全新窗口。能源互聯網的內涵是;借助于互聯網,對電力系統、天然氣系統、交通系統等能源系統進行互聯耦合,通過轉換和存儲技術,消納具有間歇性和隨機性特點的大規模可再生能源,並利用互聯網和智能終端技術,實現能源在全網絡內的動態分配、轉換和共享,提高資源的利用率,實現節能減排。

          一、綜合能源系統的概念

          綜合能源系統能源互聯網實現的一種形態,是多能互濟、能源梯級利用等理念實現應用的關鍵,其中以電力系統、天然氣系統、熱力系統爲典型代表,包含與能源生産、變換、輸送、存儲以及消費相關的各個環節。其中,能量的交換是指將某種形式的能源借助相關物理設備變換成其他形式的能源,通過能量之間的變換,建立能源子系統之間的耦合關系,典型的物理設備包括:燃氣輪機、蒸汽輪機、燃氣鍋爐、熱電聯産機組等。

          綜合能源系統將電網、天然氣系統及熱力系統等進行綜合考慮,分析三種能源系統運行時相互間的作用及影響,突破電力系統、天然氣系統、熱力系統在內的多種能源系統內部單獨規劃、獨立運營的既成模式,在各系統規劃、優化運行、調度過程中,對不同系統涉及的分配、儲存、轉化、使用等環節進行統一優化,通過電—氣—熱等多種能源間的互補作用,實現能源協同調度、多能源系統聯合規劃,提高可再生能源利用率和多系統安全管理。電網依靠燃氣機組實現天然氣系統的能量注入,但天然氣系統卻無法消納電力系統富余的可再生能源。爲提高電力系統消納能力,近年來出現了新型大規模儲能技術——電轉氣技術。利用電轉氣技術可以將電力系統棄風、棄光轉化爲氫氣和人造甲烷,並依靠大容量的天然氣管網進行儲存,隨著電轉氣技術和天然氣發電的日趨成熟,電轉氣廠站與燃氣機組的聯合運行將能實現能量在電網和天然氣系統中雙向交互,電力系統與天然氣系統的耦合程度正逐步加深。

          其中,電力的能源品位較高,具有清潔、高效、易傳輸等特點以下主要從電力系統的角度,探討電力系統與天然氣系統和熱力系統的耦合。

          二、電力–天然氣–熱力系統的耦合

          (一)電熱耦合

          热电联产等技术促进了電力系统与热力系统之间耦合,其耦合性体现在产热是众多发电过程中的重要环节,对热能的有效利用可以提高能源使用效率,热能是终端用户负荷重要组成部分。

          熱電聯産符合目前能源、經濟、環境協調發展的整體趨 勢,作爲能源利用技術的主要發展方向之一,受到國內外的 廣泛關注。它是一種建立在能量梯級利用的基礎上的綜合供、 能源使用系統,分散在用戶負荷側,首先利用一次能源驅動燃氣輪機、內燃機等動力設備供電,再運用余熱利用技術、 對余熱進行回收利用,實現系統對用戶的電、熱兩種形式的 能量供應。熱電聯産可以實現降低系統的能源成本、提高系 統的能源利用率、降低汙染排放等多功能目標。

          受制于熱力系統供需特點和傳輸特性,熱能在生産、傳輸過程中損失的能量極大,因此熱電聯産覆蓋面積受限。

          (二)電—氣耦合

          1.電轉氣

          电转气技术是指利用电能将水和二氧化碳转化为氢气或甲烷的过程。电转气过程一般通过两步实现;第一步为采用电解水产生氢气和氧气;第二步为氢气甲烷化。可再生能源发电具有发电间歇性和可控性差的特征,对其大量并网运行带来了很大挑战。电转气技术利用氢气将传统電力系统和天然气系统之间隔阂打破,让電力系统和天然气系统间的能量双向流动成为可能,促进了气—電網絡的深度融合,也爲解決風力發電和光伏發電等可再生能源發電的波動性問題提供了新途徑。

           以德國能源發展爲例,德國是以化石能源爲主的國家,自然資源不豐富,油、氣基本依賴進口。爲了提高能源自給率,解決能源安全問題,上世紀80年代提出了“能源转型”的概念。随着全球对温室气体导致气候变暖问题认识的深化,德国明确了化石能源向非化石能源转型的方向,并提出了清晰的可再生能源发展目标,计划2050年将可再生能源比例提高至80%。但在转型过程中,随着“弃核”、“退煤”战略的实施,可再生能源比例不断增长,德国也面临了一系列的问题,如可再生能源消纳困难。德国2018年可再生能源发电在总发电量的占比总超过了40%,而煤炭发电占比仅约38%。大量风电、光伏发电的接入带来了電力系统需要在随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间实现能量供需平衡,为了减少“弃风弃电”的现象,德国大力推广电转气技术,目前已投入大规模的商用。

          2.天然氣發電

          目前天然氣發電技術已經非常成熟,天然氣聯合循環發電集天然氣潔淨與聯合循環高效于一身,具有熱效率高、投資省、建設周期短、占地面積小、運行可靠等諸多優點。

          與來賓大工業區域電網類似的興義地方電網剛剛建成黔西南州乃至全貴州省第一座天然氣分布式能源站—清水河天然氣分布式能源站,以滿足興義市清水河園區熱負荷的需求,以及黔西南州工業園區電網的調峰需求。同時提高了能源綜合利用熱效率,降低區域電網火電機組的旋轉備用容量,,提高能源利用率,減少大氣汙染物排放,改善興義市區域環境。最後作爲清水河熱電聯産車間的啓動備用電源,提高興義地方電網的安全、環保、穩定及經濟運行水平。

          三、未來應用前景

          電力、供热、供气尽管具有耦合的联系,即可以通过建立方程的方式进行定量分析,但是目前国内由于能源体制及電力体制的原因,能源是国家最为重要的基础设施,事关国家安全和社会发展,因此相关领域的改革是一个循序渐进的过程,目前国内未产生适合综合能源系统最优调度的孵化条件。但是随着国家電力体制改革等相关体制改革的逐步推进,未来国家相关部门将扎实推进改革进程,逐步实现能源改革基本内容,推动能源领域供给侧结构性改革取得突破性进展,提高创新水平,形成多层次、高质量的能源供给体系,实现能源与经济环境的协调发展。

          廣投能源公司在來賓市境內集供電、供熱、供氣服務于一體,致力于在廣西將原有傳統能源通過轉型打造升級最終形成“兩網聯動、清潔能源”的現代能源體系。

          目前來賓的售電側改革在落地實施的過程中遇到了極大的阻力,主要是相關企業認爲來賓售電側改革會造成電網的重複投資以及國有資産的浪費。爲此,可以將此次來賓售電側改革與桂中“百億元能源基地”相結合,結合來賓市“一網兩管”産業優勢,創造性的在來賓推動綜合能源供給的革命,未來擇機提出綜合能源利用試點項目,將來賓打造成爲全國的綜合能源利用試點基地,以完備的能源供應鏈和能源供給價格“窪地”進行招商。

          未来当三种能源的用户数量达到一定规模,能源供应的优质经济将取代安全稳定供应成为新的主要矛盾。这时候可以借鉴目前在電力系统日负荷曲线的预测中广泛使用的多重相关算法、时间序列法和谐波分解法等方法对用户的日供热量和供气量进行预测,大胆打破電力、供热、供气分开调度的惯性思维,创新性将電力、供热、供气三种供能调度进行统一调度,三种供能运行方式统筹安排。同时结合集团在云服务大数据布局,对能源使用量的进行实时分析预测,从而计算出電力、供热、供气潮流的最优经济方式,合理安排日运行方式,使发电供热煤耗、线损、热损达到最低,综合能源的使用效率达到最高,深入开展“互聯網+能源供給”的産業協同,實現綜合能源的最優調度。最終實現總書記就推動能源生産和消費革命提出的五點要求“第一,推動能源消費革命,抑制不合理能源消費,有效落實節能優先方針,把節能貫穿于經濟社會發展全過程和各領域,堅定調整産業結構,樹立勤儉節約的消費觀,加快形成能源節約型社會;第二,推動能源供給革命,建立多元供應體系;第三,推動能源技術革命,帶動産業升級;第四,推動能源體制革命,打通能源發展快車道;第五,全方位加強國際合作,實現開放條件下能源安全。”





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