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综合能源服务发展现状与展望:国内综合能源服务发展现状

2022-07-12 09:09:14 来源:南网技术情报中心

关键词:

综合能源服务清洁能源

一  国内综合能源服务发展概况

我国综合能源服务业务发展方兴未艾,参与公司众多,典型的综合能源服务供应商包括:国网综合能源服务集团有限公司、南方电网综合能源股份有限公司、广东电网综合能源投资有限公司、南瑞集团、阿里云新能源、华电集团、协鑫集团等。

其中,国网综合能源围绕综合能效、多能供应、清洁能源、新兴用能、智慧用能、能源交易六大业务领域,建设“产业联盟”、“解决方案”等八大业务板块,为园区、工业企业等各类终端用能客户提供能效诊断分析、智慧运维等服务,并建设运营国网公司综合能源服务业务的互联网统一入口“绿色国网”;南方电网综合能源股份有限公司积极发挥电网企业在能源优化配置中的作用,开拓了“节能服务、能源资源综合利用、清洁能源与可再生能源开发、节能服务电商平台”四大主营业务;广东电网公司于2017年开始投入综合能源、市场化售电、电动汽车投资与运营、增量配网建设与投资、分布式能源、能效服务等六个新兴业务经营模块;南瑞集团建立完备的综合能源管控系统,建立完善的研发、工程及运营团队,积极开展多种商业模式研究,为客户提供综合能源服务整体解决方案及系统设计、建设、运维、升级等服务;阿里能源云为新能源行业提供丰富的专业化技术解决方案,帮助能源运营商、服务商快速搭建标准化商业平台,构建能源互联新态;华电集团加快实施 25项关键技术的研发和推广,积极建设20个重点示范项目,打造“清洁友好、多能联供、智慧高效”的综合能源服务产业;协鑫集团投产广西协鑫中马、无锡瑞金医院等天然气分布式能源项目,以及徐州经济开发区增量配电网、金寨现代产业园增量配网项目。

相关政策的演化过程也展示了我国综合能源服务的发展脉络:

2015年,国务院发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》,明确提出有序放开竞争性业务,实现供应多元化,提高能源利用效率,建立现代能源体系,鼓励专业化能源服务公司与用户合作或以“合同能源管理”模式建设分布式电源。

2015年7月,国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动指导意见》,提出实施“互联网+”智慧能源行动。

2016年2月,国家发改委等联合印发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,提出建设能源生产消费的智能化体系、多能协同综合能源网络。同年6月份国务院常务会议审议国家能源局《关于实施“互联网+”智慧能源行动的工作情况汇报》。

2016年7月4日,国家发改委、国家能源局印发《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》,强调了创新管理体制和商业模式,鼓励电网、燃气、热力公司以控股或参股等方式组建综合能源服务公司从事市场化供能、售电等业务,积极推行合同能源管理、综合节能服务等市场化机制。

2016年7月26日,国家能源局发布《关于实施“互联网+”智慧能源示范项目的通知》,鼓励在工业园区或者开发区等,推动绿色能源的灵活自主微平衡交易,开展化石能源互联网交易平台试点,开展分布式电源直供负荷试点,在试点区域内探索过网费标准和辅助服务费标准、交易监管等政策创新。

2016年12月,国家发改委和国家能源局发布《能源发展“十三五”规划》,要求大力推广热、电、冷、气一体化集成供能,加快推进“互联网+”智慧能源建设。以提升能源系统综合效率为目标,优化能源开发布局,加强电力系统调峰能力建设,实施需求侧响应能力提升工程,推动能源生产供应集成优化,构建多能互补、供需协调的智慧能源系统。

2017年1月,国家发改委、能源局发布《关于公布首批多能互补集成优化示范工程的通知》,首批多能互补集成优化示范工程共安排23个项目,其中,终端一体化集成供能系统17个、风光水火储多能互补系统6个。

2017年2月,国家能源局发布《微电网管理办法》(征求意见稿)。意见稿提出,通过城镇电网建设改造、智能电网等现有专项建设基金专项,加大微电网建设的资金支持力度。鼓励地方政府和社会资本合作(PPP),以特许经营等方式开展微电网项目的建设和运营。

2018年2月,国家能源局研究制定了《2018年能源工作指导意见》,将做好全年能源工作,推动新时代能源转型发展,提高能源发展质量和效率,增强能源安全保障能力和水平,促进经济社会可持续发展,大力推进能源综合梯级利用,倡导绿色低碳的生产生活方式,推动形成人与自然和谐共生的能源发展新格局,推进“十三五”能源规划顺利实施。

2019年2月,国家发改委联合工信部、自然资源部、生态环境部、住建部、人民银行和国家能源局发布了《绿色产业指导目录(2019版)》,将节能环保产业、清洁能源产业、基础设施绿色升级和绿色服务纳入其中。

2019年5月,国家发改委、科技部发布《关于构建市场导向的绿色技术创新体系的指导意见》,决定开展绿色技术创新“十百千”行动,其中培育10个年产值超过500亿元的绿色技术创新龙头企业、支持100家企业创建国家绿色企业技术中心、认定1000家绿色技术创新企业。

2020年9月,国家发改委等四部委共同发布《关于扩大战略性新兴产业投资,培育壮大新增长点增长极的指导意见》,首次在国家政策文件中提到“综合能源服务”字眼。

2020年10月,国家能源局明确表示将综合能源服务纳入国家能源规划,加强规划指导和引导,完善相关政策举措,推动综合能源服务积极有序发展。

2021年2月,国务院发布《关于建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》。该意见强调:1)要推动公共设施共建共享、能源梯级利用、资源循环利用和污染物集中安全处置等。鼓励建设电、热、冷、气等多种能源协同互济的综合能源项目。2)推行合同能源管理、合同节水管理、环境污染第三方治理等模式和以环境治理效果为导向的环境托管服务。进一步放开石油、化工、电力、天然气等领域节能环保竞争性业务,鼓励公共机构推行能源托管服务。3)加大财政扶持力度。继续落实节能节水环保、资源综合利用以及合同能源管理、环境污染第三方治理等方面的所得税、增值税等优惠政策。

二 国内综合能源服务典型案例

>>同里综合能源服务中心工程

同里综合能源服务中心建设是同里新能源小镇建设的一期工程,占地面积约3.5万平方米,在中心内建设一批示范项目,以展示用能方式的变革;二期工程是把中心打造成服务于同里新能源小镇和同里镇开发区建设的服务中心,根据同里新能源小镇建设规划,服务面积约17600万平方米。从建设定位来说,整个区域将建成绿色智能的能源微网——智慧的、以电为中心、电网为平台、多能互补智能配置的绿色能源微网,冷热电同时提供,是一个集能源生产、服务、展示、研发、办公为一体的,具有江南水乡特色的绿色园区。

全部建成后,该园区的清洁能源占比将达到70%。一期工程涵盖15项世界领先的能源创新示范工程。

同里综合能源服务中心能流图

其特色内容主要有:

1)多能互补综合利用项目

由多类型光伏发电系统、风力发电系统和地源热泵冰蓄冷系统组成,在微网路由器及交直流配电房、光热用房的屋顶和南侧立面以及传达室、生态车棚顶部敷设光伏组件,装机容量总计477千瓦。沿服务中心西侧围墙安装4个共20千瓦的低风速垂直轴风机。各种发电装置对风能、太阳能、地热能等多种能源进行采集,根据能源的特性不同进行再合理利用。

换句话说,用能的方式在这个系统下将变得多种多样,供电、供冷、供热等各种能源供应系统由“各自为战”转为“万物皆能”模式,实现多种能源的互补协同供应。

2)高温相变光热发电

集太阳能发电、高温相变储热、综合能源供应等多种技术与功能于一体。系统由两套碟式太阳能聚光器+高温相变储热+汽轮机热电联产系统组成,综合能源使用效率高,可解决传统太阳能发电效率较低问题,结合高温相变储热系统,还能实现太阳能的友好可控应用,为综合利用分布式低密度太阳能提供示范性的解决方案。

该系统外形很像天眼望远镜,不同的是,望远镜收集的是信号而该系统收集的是太阳能。它就像是一个巨型的太阳灶,将阳光汇聚,加热介质液体,再通过液体蒸发推动汽轮机发电,同时将收集的热能储存在介质中用于供暖,综合能源利用效率高达43.5%。

3)预制舱式储能系统

相当于一个超大型的城市“充电宝”。用电低谷时,电网给这个“充电宝”充电;用电高峰时,“充电宝”释放电能,削峰填谷。该系统能够提升电网接纳新能源能力、电网平衡能力,提高电网和电源整体运行效率以及供电可靠性。

4)高温相变储热

相当于一个城市“电暖宝”,通俗来说,就是将低谷时多余的电用来发热,变成热能储存起来。不过存储的介质是一种新材料——陶瓷基复合相变材料。它的能量储存密度很大,一个普通家用电暖器的功率大致是1千瓦,而这个大型的“电暖宝”却能给500户家庭整夜供暖。

该项目采用自主研发的复合高温相变砖作为储热介质,将高温相变储热技术、高效气水换热技术、吸收式制冷技术相结合,实现了热、冷的综合利用,装置电热效率可达95%以上。该项目可以消纳谷电或者弃风、弃光等可再生能源,提高电网调峰能力。

5)压缩空气储能

相当于一个“空气电池”,用电低谷时,利用多余的电能压缩空气,将空气液化,将电能转化为空气势能进行存储;用电高峰时,再将空气势能释放,推动汽轮机发电,转化为电能。液化和汽化都伴随着放热和吸热,就如同一台小空调。利用这两种特性,压缩空气储能还具有供冷、供暖以及净化空气的功能。

规模化储能技术是能源互联网完成新能源高效传输与智能配置的核心技术,压缩空气储能技术具有储能容量大、成本低、寿命长、无污染等优势,可有效助力新能源规模化消纳、调峰填谷。该项目采用了液化空气储能技术路线,每个压缩周期可为园区提供500千瓦时电量,夏季供冷量约2.9吉焦/天,冬季供暖量约4.4吉焦/天,可满足2500平米用户供热供冷需求。

6)微网路由器

国家重点研发计划项目,也是同里综合能源服务中心的核心部件,负责中心全部电能的中转。微网路由器就像能源“立交桥”,能实现多种电压等级与交直流电源之间的自由变换。

微网路由器作为交直流混合分布式能源系统的枢纽,由四端口电力电子变压器和协调运行控制系统组成,面向多个微网,通过端口的能量调控和信息交互,实现多微网间的能量路由和协调控制,具有分布式资源灵活接入、能量柔性管控、电能质量治理、故障自监测自隔离等多种功能。

7)低压直流配电环网

采用直流配电系统运行控制与保护、灵活直流电压变换、直流变压隔离等关键技术,实现±750伏直流配电网络合环运行,支持新能源、储能接入及能量双向互动。项目通过双向变流器等设备构建交直流网架,共建有10千伏交流线路3回、380伏交流线路30回、±375伏线路4回、±750伏线路27回。该项目通过交直流混合配电系统的建设,实现服务中心交直流网架的互联互通,保证分布式电源和负荷的即插即用,使区域内供电可靠性达99.9999%,综合能效提升6%。

8)中低压交直流配套

相当于一个“万能插座”。中低压交直流配套是世界首个多源接入、合环运行的直流配电网,借由微网路由器可保证分布式电源和负荷的即插即用,可实现各种分布式电源的互相转换、就地消纳,对转变传统供电模式和促进综合能源体系转型具有重要意义。

其中10千伏交流网架上级电源引自不同变电站,并采用单母分段接线方式,保障区域供电可靠性;±750伏直流网架实现容量较大、距离较远的分布式能源和直流负荷接入;采用合环运行方式,实现多微网间互联互通,在实现客户负荷实时多电源供电的基础上,零感知切除故障;±375伏直流网架为容量较小、距离较近的分布式能源和直流负荷接入提供接口;380伏交流网架便于常规交流电机等旋转负荷的接入,包括虚拟同步机、风机等。

9)源网荷储协调控制系统

能源互联网的“指挥部”,实现了冷热电多种能源资源的协调配置,通过对电网端、电网运输端和客户负荷端三方的监测、分析、智能判断,让电网运行得更智能。

同里示范区包含冷-热-电等多种能源形式,贯穿源-网-荷-储多个能源环节,具有多类型的用户群体以及丰富的可调控资源。为此建设冷热电源网荷储协调控制系统,采用分层分区、协调控制的模式,与新建的微网路由器、光热发电、绿色充换电站、“三合一”电子公路、压缩空气储能、预制舱式储能、地源热泵、蓄冷蓄热等装置进行接口互动,实现示范区源-网-荷-储的协调运行分析控制以及冷-热-电多能互补联合运行控制,在区域内提升可调控资源的互动协调控制水平,实现新能源的合理配置与完全消纳。

10)“三合一”电子公路

“不停电的智慧公路”,世界上首次实现将光伏公路、无线充电和无人驾驶三项技术融合的应用。它采用新型透明混凝土柔性材料,承重能力达50吨以上。下雪时,路面可以自行融雪化冰,并有LED路面智能引导。电子公路的动态无线充电效率国内领先,达到85%以上。

该项目采用路面光伏发电、动态无线充电等新技术,建成了世界最长的动态无线充电道路,为无人驾驶车辆进行动态充电,有效促进车、路和交通环境的智能协同,实现了电力流、交通流、信息流的智慧交融,为建设新能源利用综合体和新型智慧城市作了前瞻研究和有益探索。

11)绿色充换电站

由光伏发电系统、充电系统、换电等系统组成。站内机器人可为公交车、乘用车提供全自动换电和快速充电服务。充换电站还配备了光伏发电装置,保证能源的自产自销。即使脱离大电网,它也能独立完成发电、充电和放电。绿色充换电站可实现新能源消纳、退役电池梯次利用和充换电站的经济高效运行。

12)负荷侧虚拟同步机

一种基于先进同步变流和储能技术的电力电子装置,可调频与调压,增强大电网的频率及电压稳定性。综合能源服务中心内负荷侧虚拟同步机由虚拟同步机充电机和虚拟同步机路灯组成,包括3台60千瓦直流充电机、1台120千瓦直流充电机和118盏LED路灯。

大规模虚拟同步机接入电网后,将有效增强电网的频率及电压稳定性,其规模化应用后的调频调压能力可以缓解传统备用电源的建设压力,极大降低电网运行成本。展示的虚拟同步机路灯还具备双调光、智能环境监测、雾化降霾、信息发布和智能充电桩等功能。

13)同里湖嘉苑被动式建筑

中国首个被动式住宅改造项目,采用了外保温、装配式建材装修、光伏瓦与建筑一体化安装等多项技术。改造之后的住宅通过高效新风系统和低功率供暖制冷设备相配合,可基本满足室内恒温恒湿的设计要求,最大限度地降低对主动式机械采暖和制冷系统的依赖。被动式建筑综合能效较改造前提升40%,建筑节能率达到90%以上,实现了建筑自发自用发电的“零能耗”效果;同时具备被动储能、室温调节与智能语音控制家居等功能。

14)同里综合能源服务平台

建有多功能软件系统,相当于家庭私人定制的“用电保姆”。该平台具备数据采集、存储、服务功能,能提供水、电、气、热、冷等能源全方位、全天候、专家型、互动式的客户服务,可以提供有针对性的能源供应、配置、消费模型分析诊断,以及创新性的方案咨询等服务,使客户真正省心用能、省钱用能和绿色用能。

国网江苏电力构建的综合能源服务平台上线半年以来,已经接入1000余户客户的各类能源数据,测点3万多个,实现2万多台客户用能设备细粒度接入与分析,目前主要功能包括数据分析、业务管控、业务运营、客户服务四大模块。

15)综合能源展示中心

展示世界先进能源变革技术创新成果,讲述能源就地开发利用、可靠供应的故事,传递能源变革理念,展望以电为核心、电网为平台的未来多能互补能源利用趋势。

>>青海省海西州多能互补集成优化示范项目

(一)项目简介

海西州多能互补集成优化示范项目位于格尔木东出口,采用虚拟同步机技术,使风电、光电能够主动参与一次调频、调压,对电网提供一定的有功和无功支撑。青海拥有广袤的荒漠化土地和丰富的太阳能资源,发展光伏、风电优势得天独厚。然而,风能、太阳能受天气影响大,随机性强,难以提供连续稳定的电能输出,这成为制约新能源大规模开发利用的瓶颈。海西州多能互补集成优化示范工程的建设将为解决此问题提供一个可行的方案。

项目总投资约63.7亿元,其中,32亿元用于建设20万kW光伏发电项目,16亿元用于建设40万kW风电项目,12亿元用于建设5万kW光热发电项目,3.7亿元用于建设5万kW蓄电池储能电站。该项目按“统一设计、分步实施、整体集成”原则,对风电、光伏、光热等新能源组合实时柔性控制,实现智能调控,实现地方发电就地消纳园区式示范基地,最大限度减少弃光、弃风,将加快推进海西州多能互补示范基地建设。

(二)项目方案

海西州多能互补集成优化示范项目总装机容量70万kW,包括20万kW光伏项目、40万kW风电项目、5万kW光热发电项目及5万kW储能系统,规划建设成为国际领先的“风、光、热、蓄、调、荷”于一体的多能互补、智能调度的纯清洁能源综合利用创新基地,如图所示。

5万kW光热项目占地约4.27km²,采用塔式熔盐太阳能热发电技术,其中新建1套聚光集热系统(由1座188m高吸热塔和4400块138m²的定日镜组成)、1套储热和蒸汽发生系统(12h储热)、1套高温高压再热纯凝汽轮发电机系统以及其他辅助设施。

5万kW储能项目采用高能量转换效率电池储能模块设计技术、大型储能电站的系统集成技术、动力电池高效低成本梯次利用技术、大型储能电站的功率协调控制与能量管理技术,充分利用光热、电储能和热储能的调节作用,可有效降低系统建设成本和弃风、弃光率,提高供电可靠性。

(三)综合能源服务成效

该项目是我国首批多能互补集成优化示范工程中第一个正式开工建设的多能互补科技创新项目,建成后年发电量约12.625亿kWh,每年可节约标准煤约40.15万t,将有效减少燃煤消耗和大气污染。

项目构建“风电、光伏、光热、储电、储热、调度和负荷”优化互补系统,可提升系统运行灵活性,降低出力波动性,实现弃风率小于5%、对外输电通道容量小于发电容量40%的目标。

相比传统的新能源项目,该项目采用“新能源+”模式,以光伏、光热、风电为主要开发电源,以光热储能系统、蓄电池储能电站为调节电源,多种电力组合,有效改善了风电和光伏不稳定、不可调的缺陷,彻底解决了用电高峰期和低谷期电力输出不平衡的问题。项目按照统一设计、分步实施、整体集成的路线,对风电、光伏、光热的新能源组合开展实时柔性控制,构建“互联网+”智慧能源系统,实现智能调控,提升系统运行灵活性、降低出力波动性,提升整体效率。

通过构建可接入不同电压等级的移动式即插即用储能电站技术方案,实现储能电站的灵活应用,为大规模电池储能电站统一调度与能量管理技术提供有力支撑。储能项目可为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务,提升电力系统灵活性、经济性和安全性,通过光热储能、电池储能使风能、光能等新能源的发电特性达到常规能源供应的电能品质,实现削峰填谷功能,友好接入电网。

>>北京丽泽金融商务区天然气多能互补综合能源服务项目

(一)项目简介

北京丽泽金融商务区(简称商务区)是北京市和丰台区重点发展的新兴金融功能区,拥有相对优越的地理区位、便利的交通条件和集中成片可开发利用的土地资源,为首都金融产业的持续发展提供了新的承载空间。商务区规划范围是以丽泽路为主线,东起菜户营桥,西至丽泽桥以西,南起丰草河北路,北至红莲南路,规划总用地面积约8.09km²。其中,商务核心区西起中心地区建设用地边缘,东至京九铁路,北起规划南马连道路,南至规划金中都北路,总用地面积约2.81km²。北京丽泽金融商务区天然气多能互补综合能源服务项目实现了集中供冷(热)、分布式冷热电三联供、微电网、污水源热泵、地源热泵、蓄冷蓄热蓄电、综合管廊等多能源互补的先进能源供应方案,如图所示。

北京丽泽金融商务区天然气多能互补综合能源服务项目示意图

(二)项目方案

项目集中供冷系统主要采用西南热电中心草桥热电厂夏季余热制冷,与电制冷、冰蓄冷相结合,建设复合式区域集中供冷系统。项目新建4座能源站,安装10台8MW溴化锂吸收式冷热水机组,4台7MW离心式冷水机组,22台9.5MW双工况主机及蓄冰设备等配套设施。供热管网工程南北区设置2座热力换热首站,敷设管线约7921m。同时,补充能源包含多个分布式的能源站,包括三联供能源站、地源热泵站、屋顶光伏电站、绿电蓄热站、污水源热泵站等。

(三)综合能源服务成效

1)项目将传统的集中供热与新型的经济节能的集中供冷进行有机结合,应用多项节能技术,将“源、网、站”统筹规划,统筹建设,集中管理,比传统的能源供应更加安全可靠,更加绿色低碳,更加经济节能,符合国家的能源产业政策和建筑节能的要求。该项目是现已建设的全国首例集中供冷、冷热同网项目,可实现综合能源梯级利用,节约地下空间及其他能源耗损,同时使可再生能源利用率提高近50%。项目建成后,实现二氧化碳减排率(较2005年标准)约45%以上。

2)实现供热行业与供电行业的优势整合。突破传统的独立封闭设计,以园区整体“冷、热、电”能源需求与智能调度为出发点,首次建立起微型城市电力与大型集中冷热源网站的良性交互系统。

3)建立多种能源梯级利用的互补体系。将“冷热同网”与智能微电网系统相结合,建立智慧能源梯级利用控制平台,对多能互补系统实行全生命周期的动态运行监控。

4)实现系统的设计创新。突破常规设计理念,针对多种可再生能源系统、清洁能源及常规能源建立基于数值模拟、指标经验及编程迭代的设计模型,实现大型泛能系统设计方法的创新。

5)建立针对多种新型能源的综合交易平台。将政策和市场相结合,对城市集中供冷、智能微电网、绿电蓄热等新型能源交易模式进行探索,以期获得多能互补能源系统的合理收益。

>>东莞松山湖综合能源示范区项目

(一)背景

东莞松山湖位于粤港澳大湾区及广深科技创新走廊中部的黄金走廊腹地,南临香港、深圳,北靠广州,坐拥14平方公里生态绿地,地理位置十分优越。近年来被东莞市列入重点战略发展区域,先后被授予“中国最具发展潜力高新开发区”、“国家高技术产业基地”等荣誉称号,并且聚集了华为终端总部、蓝思科技、易事特、方大科技等高新企业,对供电可靠性要求极高,同时存在着巨大的冷、热、电等多种能源需求。开展松山湖综合能源示范区规划建设,是国家打造国际一流大湾区、创建广深科技创新走廊新时代下赋予企业的历史使命。

2017年8月,东莞松山湖(生态园)高新产业开发区管理委员会与广东电网公司东莞供电局签署了“东莞松山湖创国际一流综合能源示范区战略合作框架协议”,制定了以智能电网为基础、以分布式能源为支撑、以综合能源管控平台为运维手段的电网升级发展战略,加速推进构建国际一流综合能源示范区,同时助推松山湖建设成为绿色低碳发展先行示范区。

(二)总体规划思路及目标

规划建设愿景:以打造客户年平均停电时间低于5分钟、有效提升园区清洁能源使用占比为目标,助力园区实现招商引资与节能减排共赢发展,最终建设成以高可靠性智能电网为基础,以清洁友好发电、安全高效输电、灵活可靠用电、多样互动用电、综合服务为支撑的国际一流能源互联网。

规划建设思路:按照“1+N+1”总体规划思路,即打造一张高可靠性智能电网,建设N个不同类型分布式能源站,建设一个能源互联共享平台,进而将松山湖建设经验复制推广至东莞其他高新开发区,打造极具东莞特色的综合能源分层发展模式。

具体规划指标:建设高可靠性配电网,争取2020年前,将松山湖打造成用户平均停电时间低于5分钟的国际一流自愈电网;园区综合能源项目普遍落地,光伏发电量占园区总用电量比例超过15%,清洁能源占终端用能比例超过50%,建成园区综合能源互联共享系统,实现局部区域源-网-荷-储的友好互动和协同运行,大幅度减少煤碳消耗、二氧化碳、二氧化硫等气体排放总量。

(三)综合能源示范区采取的主要做法

1)充分汲取国内先进建设经验,开启政企合作建设模式

一是在综合能源示范区规划之初,东莞供电局以新加坡、香港等国际先进都市综合能源建设为标杆导向,邀请了埃森哲、清华、华电等十余家企事业单位交流学习,并完成了对武汉、苏州、上海三地的实地调研,充分汲取国内外智能电网、综合能源领域先进经验。

二是实地考察了松山湖用户用能需求,获取了松山湖前50名企业用电客户用能信息,并根据用户冷、热需求及其分布式电源的特性,梳理出7个适合建设综合能源站的用户点。

三是用好与属地政府建立的“电网升级行动”工作平台,与松山湖管委会签订了“国际一流综合能源示范区战略合作框架协议”,取得属地政府的支持,为示范区建设奠定了基础。

2)建立一张安全、可靠、绿色、高效的智能电网

基于园区基础条件及内外部可利用资源,推进园区主、配网网架优化工作,提升主、配网一、二次装备智能化水平。

一是在主网建设上。根据变电站设备生命周期,开展存量的220千伏黎贝站、110千伏麒麟站智能化升级改造,并将规划北区、花园、宝坡等变电站按最新的智能变电站标准建设。

二是在配网建设上。以馈线自动化为核心,着力打造灵活自愈型配电网。根据负荷预测结果,将松山湖划分为33个供电网格。开展户外分接箱智能分布式自动化改造,逐步实现智能分布式馈线自动化全覆盖。建设具备电气设备运行参数采集及自动控制、故障自动判断和切除等新功能的智能低压配电房,实现电房可观、可测、可控,提升电房智能运维水平。

三是开展分布式可再生能源国家专项东莞示范工程建设。将建设国家级、国内首个基于电力变压器集群的配用电双级交直流混联系统,有助于实现源网荷高效互补、分布式能源灵活接入。

四是开展虚拟同步机建设。依托松山湖技术业务用房综合能源站项目,建设虚拟同步机系统,为松山湖分局综合能源微网系统提供电力惯量、一次调频、无功调压,有效提升分布式能源接纳能力。

3)建设N个电网侧或用户侧的综合能源项目,实现清洁友好供能、多样互动用能

充分结合园区资源条件及企业能源需求,结合储能、光伏、燃气三联供、电动汽车等调控手段,建设不同种类的分布式综合能源站,从而实现园区内的灵活供电、供冷、供热,提高供能系统的综合利用效率。

一是分布式光伏。根据用户屋顶条件,规划、建设分布式光伏。2018年,参与促成分布式光伏项目12个,装机容量2.85万千瓦;2020年,将参与促成分布式光伏项目37个,装机容量4.36万千瓦。

二是分布式燃气三联供。结合用户多样用能需求,促成燃气三联供项目。2018年,参与促成燃气三联供项目1个,装机容量65千瓦;2020年,参与促成燃气三联供项目3个,装机容量3.8万千瓦。

三是电动汽车充电桩。与松山湖管委会签订合作协议,承接管委会全部充电桩建设任务。到2018年底,松山湖累计建成充电桩76条;2020年预计建成充电桩350条。

四是电化学储能。2018年,建成光储充项目3个,储能容量为1.3兆瓦时;2020年,根据示范项目运营情况,推广光储充应用、推进用户侧储能,新建10~13个分布式储能项目。

4)建立能源互联共享平台,打造能源生态圈

以松山湖综合能源规划成果为基础,借助云计算、大数据、物联网、智能控制等先进技术,结合分布式能源电源布局、企业用户的供用能需求以及电动汽车运营要求,建立一个面向政府、用户、电网公司、能源供应商、售电公司等主体,集网络化、信息化、智能化一体的能源互联共享平台。具体功能包括:综合能源运监管理、综合能源建模管理、能源协同与优化管理、综合能源能量管理、综合能源运维管理、综合能源客服管理等六个模块,能够最大程度满足园区综合能源调度、综合能源服务及市场化运维等基本需求。

目前,东莞供电局已经建成了基于智能分布式自动化的自愈中压配网、“光大翰林湖”智能低压配电房、东莞理工屋顶分布式光伏、一站式办事中心光储充系统、松山湖分局综合能源站三联供系统等多个示范项目,完成了分布式可再生能源国家专项东莞示范工程在易事特的中期演示验证,实现交直流混合微网应用突破。2018年松山湖用户年平均停电时间低于35分钟。

下阶段,将深入实践园区、区域、全市的综合能源分层发展模式——将松山湖智能电网建设经验形成可复制的东莞综合能源规划建设模式,逐步推广到滨海湾新区等其他高新区,引导政府根据综合能源规划,开展城市规划、产业集群规划,打造具有东莞特色的综合能源分层发展模式。

(四)园区用能情况及用能特点分析

2018年,东莞松山湖科技园区用电量20.09亿千瓦时,最高负荷34.53万千瓦(2019年7月5日),同比增长37.3%。目前,该园区入住率达80.36%,共有26000多家用户。其中,最大用户华为的年用电量为6亿多千瓦时,由于2019年华为将增加一新生产线,预计2019年华为用电量将超9亿千瓦时;其次为华为的产业链企业蓝思科技,年用电量约为2亿千瓦时;超1亿的用户约有8个。

该园区的用能特点:一是部分企业用电容量大,超10万千伏安容量的2家(华为、蓝思科技),超1万千伏安容量37家;二是大用户均为制造业企业,且都从事高精密仪器生产。这类用户对电能质量和电网供电可靠性要求极高,若线路闪断或电压波动大均会对用户设备产生影响甚至烧坏,对生产线的运作造成不可预估的损失。

(五)能源互联网共享平台建设

东莞能源互联共享平台基于“大云物移智”技术,是松山湖高新产业园区试点的智网慧能信息共享平台,面向电网、政府、供能企业、用户、竞争性企业等多方主体,实现用户侧、分布式资源全面状态感知,支撑竞争性业务的横向延展,实现多能协同优化、一体化设施运维、客户服务等具有用户粘性和价值创造的功能。其主要功能包括能源运营管理、能源协同与优化、能源模型建模、能源能量管理(IEMS)、能源设施运维服务和能源客户服务六大业务模块。平台目前已接入了光伏6个、储能6个、充电站2个(桩20条)、柔性负荷3个以及由以上元素任意组合形成的微网2个,智能配电房1个,同时具备能源路由器、冷热电三联供机组的管理能力,实现了用能侧主要元素的全覆盖。

(六)综合能源服务成效

广东电网公司东莞供电局采用交直流混联微网(基于电力电子变压器集群建设配用电双级交直流混联系统,完成电力电子变压器和直流断路器等新技术的工业化验证)、台区分布式储能(实现本地自治运行和平台集群两级协同优化,改善负荷特性和电能质量,提升供电可靠性,完成需求侧响应技术验证)、电压暂降监测治理(针对高端制造业敏感负荷加装DVR电压支撑系统,实时监测治理电压暂降)、多站合一微网(包括了交流配变预制舱、直流配变预制舱、集装箱数据中心、移动储能车、柔性充电堆、V2G充电桩、光伏车棚、5G基站及边缘计算节点)等核心技术,从而实现智能电网精益化、物理电网数字化、运营管理数字化、能源生态数字化,打造出区域级智慧能源生态系统综合示范项目。

安全可靠方面,实现中压自动化全覆盖,全区域客户年平均停电时间降至13.2分钟内;绿色高效方面,实现分布式清洁能源电量100%消纳;数字化方面,实现低压用户侧设备接入和实时调控。

>>广州从化明珠工业园智能电网示范项目

项目示范区选在从化明珠工业园内,位于从化区中心城区西北部。从化明珠工业园始建于2003年,规划总面积105.3平方公里,核心开发面积约51平方公里,为典型的产业工业园,覆盖多种产业集群,工业负荷占85%。项目示范区域内有万力轮胎、万宝空调等多家行业龙头企业,产业类型丰富,用能形式丰富,包括冷、热、电、气,用能效率提升空间大。园区发展迅速,产业转型升级面临新的机遇和挑战。

广东电网广州供电局及其他参与方重点采用了互动机制与运营模式应用(用户内部的多能协调控制及其系统,完成可调能力建模、自趋优控制、故障处理技术,同时开发用户侧能量管理系统)、园区智能调度系统应用(采用现场仿真系统的模拟运行,能够实现综合能源系统态势感知、风险评估、优化调度、虚拟电厂等功能)、超级智能配电箱应用(用高级智能开关,开关内置测量保护一体化CT,具备完善的监测、保护和远动功能)等核心技术,提高工业园区能源综合利用效率;通过园区多元主体分布式资源的整合,与上级电网实现良性互动,提高电网资产利用率;实现能源产业供应、传输、消费各环节的多方共赢,将从化明珠工业园打造成为“安全可靠、绿色高效、友好互动”的国际一流综合能源利用园区。

示范区内清洁能源发电量占比由2016年40%提升到2019年50%;新能源电量占比由2016年的不到4%,提升到2019年的大约5.1%;太阳能发电利用率提升到100%;通过用能协同和消峰延缓了输配电投资约2400万元;通过用户直购电、分布式光伏、用户侧储能、空调节能、能源梯级利用等手段,试运行年(2019年7月到2020年6月)企业用户共计节能约671.5万元。

>>珠海“互联网+”智慧能源示范项目

珠海横琴自贸区设于广东省珠海市横琴岛,位于珠海市南部、珠江口西侧,毗邻港澳,陆地106平方公里。其依托粤港澳大湾区深度合作,重点发展金融服务、旅游休闲、商务服务、高新技术和文化创业等产业。2015年中共中央政治局审议通过广东自由贸易实验区总体方案,横琴纳入广东自贸区范围。为助力横琴新区经济发展和“智能岛”先进示范效应,支持澳门经济适度多元发展,南方电网公司提出在横琴新区大力推进先进电力技术应用示范区建设,打造安全、可靠、绿色、高效的智能电网。

广东电网公司珠海供电局采用了高可靠性配电网(提出主干层采用“双链环”网格化接线模式和闭环运行的规划思路,在全省率先开展智能分布式自动化装置的研发和应用,集成光纤差动保护、网络拓扑保护、母差保护、对等式备自投等功能)、智慧能源大数据及运营平台(建立多能流协同、源网荷互动机制,探索能源灵活交易的市场模式)等核心技术,从而投运一体化多层次自愈系统,支持新型配用电系统的多维状态监控,高可靠性20kV配电网网架,部署智慧能源大数据平台,实现数据集中管理与分析,支撑应用层业务开展。

横琴自贸区供电可靠率(RS-3)从2017年的99.9840%提升至2019年的99.9886%;2020年1-6月,横琴自贸区客户平均停电时间(低压)0.019小时/户,比2019年同期下降95%,高可靠性成效初显;接入冷、热、电、气、风、光、储等各种综合能源数据,集成电网生产、营销、GIS系统以及电力市场交易、气象和地图等多达10余类种能源信息超过100万测点共90TB的数据量。

内容来源于《电力技术情报》2021年第12期

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