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综合能源服务能否是下一个风口?如何布局

2018-04-04 10:50:14
来源: 万选通资讯
分类: 行业动态
导读

​能源互联网、智慧能源、区域能源、多能互补、综合能源管理等各种名词层出不穷,各个方向的关注点和重点有哪些差别?电网公司相继成立了综合能源服务公司,综合能源是否是下一个风口?综合能源有哪些具体内容、技术和应用场景?

能源互联网、智慧能源、区域能源、多能互补、综合能源管理等各种名词层出不穷,各个方向的关注点和重点有哪些差别?电网公司相继成立了综合能源服务公司,综合能源是否是下一个风口?综合能源有哪些具体内容、技术和应用场景?

1、我国三代电力系统(三代电网)的发展及阶段特征

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上图是周孝信院士提出的我国的三代电力系统,第一代电力系统以小机组(燃煤、油气、小水电)、低电压、独立电网为主,属于初级阶段的发展模式,经历了50年左右的发展过程;第二代以化石、核电、水电的大机组、超高压、大电网为主,属于高度依赖石化能源不可持续发展的模式;第三代电力系统是最近的、最新一代的电网,可再生能源等非化石能源占比达70%-80%以上,骨干网与分布式电源相结合,主干电网与局域配网、微网相结合,它是基于可再生能源和清洁能源,可持续发展的综合能源电力发展模式,至少需要50-100年左右的发展时间。

第三代电力系统是100多年来第一、二代电力系统的传承和发展,是新形势下推动能源转型发展、构成新一代能源系统核心的新一代电力系统。西门子针对性的提出了“4D”模型,主要基于分布式能源和能源双向流动平衡的能源互联网概念,“4D”即指:低碳、分布式、市场化、数字化。北京国际能源专家俱乐部陈新华主席的“6D”模型,在“4D”模型的基础上加上了多元化和去污染化。

2、园区的定义与发展趋势

园区一般是指由政府(民营企业与政府合作)规划建设的,供水、供电、供气、通讯、道路、仓储及其他配套设施齐全、布局合理且能够满足从事某种特定行业生产和科学实验需要的标准型建筑物或建筑物群体。

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最早的工业园可以追溯到18世纪,园区的发展可以分为三个阶段:

园区1.0:主要是提供基础设施的物理空间

园区2.0:在1.0的基础上聚集产业链、提供配套服务,目前很多园区都处于2.0阶段

园区3.0:在2.0的基础上加上产业链的整合、网络化、提供创新机制和生态氛围,借助共享经济及IT技术,构筑智慧园区。

园区的种类很多,据不完全统计,中国各类产业园区有将近15000多个,省级以上的产业园有1700多个,国家级的产业园有400多个。产业园是整个经济的基础,对经济的贡献可达30%以上,成为经济发展的重要推动力。

目前园区的发展主要面临四个方面的挑战:

产业园区的定位不清晰,产业链多而短,关联度不高

园区的综合管理、服务水平、节能建设、以及为企业提供信息的手段需要完善

针对园区企业自身发展的挑战,没有形成企业集群的竞争力

园区的投入产出、人才、技术、资金的吸引力,传统开发型园区的转型

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工业园区最大的压力是环保和碳排放问题,最近政府也提出了新旧功能转换的概念,原来粗放、高增长、高能耗的管理模式要提高能源转化水平,提升产业集中度,降低能源成本。山东作为园区大省,是新旧动能转换的示范区域。

3、综合能源定义及含义

目前,综合能源在国内外没有统一的定义,比较广泛接受的主要有两层含义:

一是综合能源供应:涵盖多种能源(一次、二次),包括电力、燃气和冷热等

二是综合能源服务:包括工程服务、投资服务和运营服务

个人认为综合能源的重点在“综合”上,综合包含多种含义:

集中/电网+分布式

水电气热多种能源

化石能源+可再生能源

能源供应+配送+使用

最新的信息通信技术、电力电子+传统物理设备+运营模式

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所以,个人比较认可的综合能源的定义是指根据某一区域内的能源结构和资源禀赋,优化配置传统化石能源和各种新能源,同时结合热泵、储能等先进技术,充分利用高低频位能源,通过能源的阶梯利用为城市终端用户或者工业用户提供冷热电产品的能源解决方案。

4、分布式与综合能源的关系

分布式更加强调供应侧,是综合能源的基础,没有分布式能源的供应,谈不上综合利用。

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以燃气分布式能源项目为例,在工业园区、商业综合体、数据中心、学校等市场中,工业园区中分布式能源项目的装机容量、项目数量占比都是最大的。

园区综合能源技术方案

对于智慧园区3.0来讲,绿色、智能、安全是园区发展的支柱。

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绿色:包括能源高效利用、环境监控

智能:数字化、信息化开放平台的建设

安全:能源安全、运营安全、信息安全

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上图是标准的智慧园区的应用场景,从能源、交通、物流、建筑等角度提供完整的规划和设计。

综合能源涵盖了以下几个阶段:

规划阶段:新能源和传统能源的比重、分布与集中的搭配

能源供应:分布式与集中式的综合,多种能源的综合

使用阶段:电、水、热平衡,设备的能效,能源计量、

能源管理体系:能源管理的提升

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上图是西门子聚焦的分布式应用市场,主要关注居民、商业建筑、园区、工业和集中供电/热,容量大小从100千瓦到100兆瓦不等。

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西门子的分布式是一个比较大的概念,包括热电联、分布式光伏、微网及储能等方面。它能够提供从发电单元到配电系统、储能、系统优化、DCS优化、SCADA等全过程的电气集成和控制包解决方案。

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西门子数字化的解决方案主要从以下4个阶段来考虑:

方案评估:PSSDE即分布式能源系统的数字双胞胎,主要进行项目仿真,提供方案收益分析的评价基准

运行控制优化:有两大平台SICAMMGC以及SpectrumPowerMGMS,主要从可靠性、能源效率,与电力市场交互的数据采集和优化来实现整个的运行控制优化

监视和对标:主要是Monet平台,进行数据搜集,制作报表,对标数据分析

提供改进建议:主要是能源管理EMS,提供客户定制化的能源管理服务优化改进建议和措施

PSSDE

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西门子PSSDE平台以数字为依据进行规划,定量分析和计算,模拟仿真,以及相关敏感度分析,它有两部分组成:

SIMPSON:水电气热的综合能源单元及组成分析,以园区的负荷需求、资源禀赋以及当地电网的条件进行规划布置,满足工业用户的需求,达到电网接入的要求

SINCAL:配电及管网(水热气)的模拟分析,包括变电站变压等级的选择、升压站的选择等如何达到最优,从供应到管网形成一个比较完整的方案,然后对整个系统进行评估和优化。

通过对园区内能源生产和消耗的数据的评估及预测,对新能源的组成部分以及园区能量流的计算可以实现包括发电和冷热负荷的协同利用,电源性能的优化,以及电热水气的网络分析,能源的经济优化,通过优化、经济分析,实现能源供应的安全性和经济性的平衡管理,辅助实现多种能源的平衡管理。

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上图是某规划的应用场景,该应用场景是模块化的布置,包括企业和园区级别的模块,涵盖了新能源供应、监控中心、微网、能源管理平台、储能、计量计费等方面。

Spectrum Power MGMS

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左边是综合能源并网/孤岛运行模式的界面显示,下面是温度和气象信息,以及备用容量,左下角是优化控制策略,可以选择经济最优或者排放最优;中间部分是不同发电单元组成的比例,下方是储能和发电单元配合的充放电曲线;右边是负荷维度,右下角是实时市场的波动曲线。

西门子综合能源控制优化的特点:

全集成的公用事业的能源管理监控平台:从SCADA角度来讲,可以把水电气热以及蒸汽进行一个系统的管理,为未来能源一体化提供了技术平台

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控制策略是运行成本和环境影响综合目标平衡的协同:实现了多目标和基于很多约束条件的经济性优化调度

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一个区域内的多个微网,可以基于P2P交易和去中心化的区块链技术,实现全新的商业模式。

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MONET

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把风电、光伏、微燃机、天然气等多种能源的供应,和大电网,以及工业用户、电动汽车、楼宇用户等负荷通过这个平台进行统一管理,该平台主要面向未来互联网云端,它支持MQTT和AMQP标准的物联网协议,也可以支持其他的通信协议,云端部署,可靠性强,采集的数据用于分析,提供能源优化决策。

能源管理服务平台

通过能源数据的采集、分析、记录、可视化,实现工厂或建筑能源消耗透明化,进行能源控制和优化,提高能源效率。

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能源采集包含上图中的4个层级:

现场设备层:表计的安装及计量、变频器、电机、执行阀、电表等

通讯层:支持多种的通信协议

服务器:控制系统、故障和报警管理等

系统层:商业能源管理(能源采购、预测、电力SCADA功能)、能源与原料平衡管理、监视和报表

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西门子配网管理系统的先进性主要体现在:

故障定位/恢复:故障定位预测,自动故障隔离及电网恢复,通过故障分析/预测提高电网运行效率

停电管理:强大的预测模型,应对极端天气情况的暴风模式,高效整合的工作流程缩短恢复时间

新能源集成:负荷峰值管理,稳定电压,通过稳定的电网运行降低成本

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整个基础系统建好之后,搭在一个区域能源大数据平台上,最底层的数据上传到大数据中心,最上方的工业大数据平台为合作伙伴提供开放的生态系统。

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西门子MindSphere系统为咨询、应用开放商、IT集成商、技术供应商、IaaS服务供应商以及设备互联开放商提供开放的生态系统,开创新的合作机遇。

国内外综合能源应用案例

1、与广东省电力设计院合作,为中新知识城综合能源规划和整体规划

广州中新知识城是继苏州工业园和天津生态城之后的第三个基于国家之间的战略合作,广州中新知识城由政府搭台,通过市场化手段来运作。

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当时是第一次提“综合能源”这一概念,信息技术是智能电网的重要推动力量,通过信息的获取、传递和利润模式来促进智能电网的发展,实现复杂电网的可管可控以及整个电网的效率。它包括了微电网、充电桩、配电自动化、智能信息技术应用、综合通信、综合能源管理以及电力网络规划。

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结合新加坡城市“5个9”可靠性要求,设置了“手拉手”的闭环结构,不同的花瓣之间相互联络,正常情况下联络断路器断开运行,确保了“5个9”可靠性的电网结构。

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上图是集基础平台建设、基础设施建设和系统集成示范的综合能源规划。

落地基础:

广州区开发具备相应的政策、技术环境、实施基础;项目均有具体的技术方案且通过审核,2018年主要项目基本建设完成。

项目的投资预算:

总投资约58亿元,主要为项目单位自筹。

项目的经济、社会效益:

经济价值好,节能减排效益显著,全面推动能源产业升级。

项目的主要特点:

能源互联网全要素综合示范,体量大、政府统筹、企业自主投资,示范作用显著。

2、德国基于生物质能的多能互补示范项目

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项目描述:

为达成2050年能源改革所实施的明星级示范项目,利用屋顶光伏、风力发电、沼气发电、冷热电三联供和电动汽车等,可再生能源发电量可达小镇2500人口需求的300%以上。

方案特点:

建立微电网控制系统对可再生能源发电进行统一管理与控制

进行发电预测和负荷管理,实现供需平衡

建立储能系统解决可再生能源发电过剩问题

建立智能微电网系统,与电网实现协调互补,保证微电网和周边电网稳定

客户收益:

居民减少用电费、小镇减少电网使用费

发电设备利用更高效,更安全

小镇能源平衡流动,能源使用效率提高

3、德国市政综合运营商

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1998年德国能源经济法案出来之后,形成了大的开放局面,实行配售分离和输配分离的政策,德国电力市场自由化实现了:

厂网分开

输配分离

发电侧市场竞争

用户可选零售商

电网所有权和使用权分开(部分)

德国输电运营商有4家,700多家配电网运营商,经过20多年的发展,有1000多家售电公司。此外还有50家只经营发电业务的发电公司,60家地区供电公司和25家大型市政电力公司,700家中小型市政电力公司,100家小型私人供电公司和150家新加入的市场参与商。

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Erlangen Stadtwerke是典型的德国DSO,服务面积覆盖一个77平方千米的中小型城市,辖区人口在10万人左右。

配网线路总长度:0.16万千米,主要电压等级为20kv和0.4kv,包含少量110kv并网线路,有4个110kv变电站,以及约469个20kv变电/开关机中压直连负载点

2012年负荷数据:

电力需求约695GWh

峰值负荷约126MW

2012年电力装机数据:

热电联产机组约48MW,年发电量约180GWh(需求的26%)

光伏装机总量约13MW,年发电量约11.2GWh(需求的2.5%)

水电、生物质、工业尾气等发电机组合计约4.5MW,年发电量约6.7GWh(需求的1%)

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德国的Schweinfurt公用事业公司不仅供电、天然气、供热、可再生能源供应,还供应饮用水、城市公交、温泉服务、通信网络,是一个真正的综合能源服务供应商。

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问题及思考

北京先见的彭立斌彭总从6个方面提出了构建综合能源服务市场的关键问题,本人的看法基本相同:

以非正常手段推销综合能源服务

以综合能源服务的名义增加用户负担

以综合能源服务业务转移主业利润

混淆管制业务和竞争性业务界限

应尽量避免缺乏物联网基础的项目

应尽量避免缺乏健全管理体系的项目

以下几个方面的思考并没有明确答案,希望可以和大家一起探讨:

1、商业模式:综合能源服务商与园区开发商、能源终端用户的合作模式?是合同能源管理还是从代替传统市政的角度去做?

2、进度开发:如何结合园区的开发及产业招商入驻的进度进行综合能源的匹配?如果前期投入较大,负荷引进不来,钱就会亏损,但是如果前期能源供应不上,又会影响招商引资,所以这是一个平衡的问题。

3、政策体制:如何取得增量配网与市政配套的利益博弈与平衡?

来源:能源生态圈

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