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基于“互联网+能源供给”的综合能源系统最优调度思考

发布时间:2019-04-23点击次数:

李克强总理在2015年政府工作报告中提出“互联网+”行动计划,打开了能源互联网发展的全新窗口。能源互联网的内涵是;借助于互联网,对电力系统、天然气系统、交通系统等能源系统进行互联耦合,通过转换和存储技术,消纳具有间歇性和随机性特点的大规??稍偕茉?,并利用互联网和智能终端技术,实现能源在全网络内的动态分配、转换和共享,提高资源的利用率,实现节能减排。

一、综合能源系统的概念

综合能源系统能源互联网实现的一种形态,是多能互济、能源梯级利用等理念实现应用的关键,其中以电力系统、天然气系统、热力系统为典型代表,包含与能源生产、变换、输送、存储以及消费相关的各个环节。其中,能量的交换是指将某种形式的能源借助相关物理设备变换成其他形式的能源,通过能量之间的变换,建立能源子系统之间的耦合关系,典型的物理设备包括:燃气轮机、蒸汽轮机、燃气锅炉、热电联产机组等。

综合能源系统将电网、天然气系统及热力系统等进行综合考虑,分析三种能源系统运行时相互间的作用及影响,突破电力系统、天然气系统、热力系统在内的多种能源系统内部单独规划、独立运营的既成模式,在各系统规划、优化运行、调度过程中,对不同系统涉及的分配、储存、转化、使用等环节进行统一优化,通过电—气—热等多种能源间的互补作用,实现能源协同调度、多能源系统联合规划,提高可再生能源利用率和多系统安全管理。电网依靠燃气机组实现天然气系统的能量注入,但天然气系统却无法消纳电力系统富余的可再生能源。为提高电力系统消纳能力,近年来出现了新型大规模储能技术——电转气技术。利用电转气技术可以将电力系统弃风、弃光转化为氢气和人造甲烷,并依靠大容量的天然气管网进行储存,随着电转气技术和天然气发电的日趋成熟,电转气厂站与燃气机组的联合运行将能实现能量在电网和天然气系统中双向交互,电力系统与天然气系统的耦合程度正逐步加深。

其中,电力的能源品位较高,具有清洁、高效、易传输等特点以下主要从电力系统的角度,探讨电力系统与天然气系统和热力系统的耦合。

二、电力–天然气–热力系统的耦合

(一)电热耦合

热电联产等技术促进了电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。

热电联产符合目前能源、经济、环境协调发展的整体趋 势,作为能源利用技术的主要发展方向之一,受到国内外的 广泛关注。它是一种建立在能量梯级利用的基础上的综合供、 能源使用系统,分散在用户负荷侧,首先利用一次能源驱动燃气轮机、内燃机等动力设备供电,再运用余热利用技术、 对余热进行回收利用,实现系统对用户的电、热两种形式的 能量供应。热电联产可以实现降低系统的能源成本、提高系 统的能源利用率、降低污染排放等多功能目标。

受制于热力系统供需特点和传输特性,热能在生产、传输过程中损失的能量极大,因此热电联产覆盖面积受限。

(二)电—气耦合

1.电转气

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??稍偕茉捶⒌缇哂蟹⒌缂湫院涂煽匦圆畹奶卣?,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电力系统和天然气系统之间隔阂打破,让电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—电网络的深度融合,也为解决风力发电和光伏发电等可再生能源发电的波动性问题提供了新途径。

 以德国能源发展为例,德国是以化石能源为主的国家,自然资源不丰富,油、气基本依赖进口。为了提高能源自给率,解决能源安全问题,上世纪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电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.天然气发电

目前天然气发电技术已经非常成熟,天然气联合循环发电集天然气洁净与联合循环高效于一身,具有热效率高、投资省、建设周期短、占地面积小、运行可靠等诸多优点。

与来宾大工业区域电网类似的兴义地方电网刚刚建成黔西南州乃至全贵州省第一座天然气分布式能源站—清水河天然气分布式能源站,以满足兴义市清水河园区热负荷的需求,以及黔西南州工业园区电网的调峰需求。同时提高了能源综合利用热效率,降低区域电网火电机组的旋转备用容量,,提高能源利用率,减少大气污染物排放,改善兴义市区域环境。最后作为清水河热电联产车间的启动备用电源,提高兴义地方电网的安全、环保、稳定及经济运行水平。

三、未来应用前景

电力、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电力体制的原因,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。但是随着国家电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。

广投能源公司在来宾市境内集供电、供热、供气服务于一体,致力于在广西将原有传统能源通过转型打造升级最终形成“两网联动、清洁能源”的现代能源体系。

目前来宾的售电侧改革在落地实施的过程中遇到了极大的阻力,主要是相关企业认为来宾售电侧改革会造成电网的重复投资以及国有资产的浪费。为此,可以将此次来宾售电侧改革与桂中“百亿元能源基地”相结合,结合来宾市“一网两管”产业优势,创造性的在来宾推动综合能源供给的革命,未来择机提出综合能源利用试点项目,将来宾打造成为全国的综合能源利用试点基地,以完备的能源供应链和能源供给价格“洼地”进行招商。

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电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,大胆打破电力、供热、供气分开调度的惯性思维,创新性将电力、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,从而计算出电力、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“互联网+能源供给”的产业协同,实现综合能源的最优调度。最终实现习近平总书记就推动能源生产和消费革命提出的五点要求“第一,推动能源消费革命,抑制不合理能源消费,有效落实节能优先方针,把节能贯穿于经济社会发展全过程和各领域,坚定调整产业结构,树立勤俭节约的消费观,加快形成能源节约型社会;第二,推动能源供给革命,建立多元供应体系;第三,推动能源技术革命,带动产业升级;第四,推动能源体制革命,打通能源发展快车道;第五,全方位加强国际合作,实现开放条件下能源安全?!?/span>





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