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分布式综合能源 系统规划 报告人：顾 伟 东南大学分布式发电与主动配电网研究所 二 O 一 九 年 四 月 一、综合能源系统概述 — 是什么？ 1 区域级 III ： 工业园区 高科技产业开 发区 仓储区 生产区 动力间 区域级 II ： 智慧社区 云计算中心 社区服务中心物流中心 数字医院 社区便利店 电动汽车 区域级 I ： 智慧能源小镇 热电联产 住宅区 商业区 办公区 宾馆 学校 光伏 蓄电装置 能量路由器 天然气热电联产 上级电网 上级气网 储气 燃气锅炉 储热电制热储电 能源代理商 能源 网络 系统级多能流传输 市级调度中心 以 电力系统 为核心，与燃气系统、热力系统高度耦合 （ 1） 综合能源系统（ IES） ： 以电、气、冷、热等多个能源子系统耦合互补为主要特征， 以实现能源高效利用为目的，有机协同能源生产、转换、传输、储存和利用等环节的一体 化能源服务系统，是 能源互联网的物理载体 ； （ 2） 综合能源系统（ IES） 特征： 以电力系统为核心，与 热力 、燃气系统高度耦合。  综合能源系统 /多能流系统  能源互联网 （ 1）能源互联网： 以电力系统为核心，以互联网及其他 ICT （ Information and Communication Technology）技术为基础，以 分布式可再生能源为主要一次能源 ，并 与天然气网络、交通网络等系统紧密耦合而形成的复杂多能流系统。 （ 2）能源互联网特征： 强调能源的 对等开放、即插即用、广泛分布、高度智能以及实时 响应 等特性，需要借助 IT 领域的 云计算、物联网、大数据等热点技术 来解决其所面临的 挑战。  多能流耦合 是两者区别于 智能电网 的关键特征之一 2 一、综合能源系统概述 —基本内涵 国家重大需求 欧盟：  FP6：微网 /多微网  FP7：泛欧网络 /智慧能源 加拿大：  国家 2010-2050能源战略： 社区综合能源系统 ICES 美国：  能源法案：综合 能源计划 日本：  氢能计划  覆盖全国的综 合能源系统 世界发达国家正积极推动 综合能源系统理论研究 与工程应用 国家重大需求 4 开展 综合能源 核心 技术研究是 国家 能源战略重大 需求 习近平总书记 (2014.06) 中财领导 6次会议：推动 能源消费、能源供给、 能源技术和能源体制 的“四个革命”。 国家发改委、能源局 (2016.12) 《 电力十三五规划 》 ：建设 多能协同 综合能源网络 《 能源十三五规划 》 ：构建 多能互补 的智慧能源系统 国家电网公司 (2017.10) 《 关于在各省公司开展 综合能源服务 的意见 》 ：以 能源 互联网 、智慧能源和 多能互补 为发展方向。 5 一、综合能源系统概述 —关键技术 综合能源系统关键 技术 区域级 园区级 用户级 能源 类型 电 气 热 关键 技术 多能发电技术 能量转换技术 储能技术 建模仿真 运行优化协同规划 市场运营多能预测 微型燃气轮机 混合分布式发电 燃料电池 风力发电 P 2 G 技术 热泵技术 余热制冷技术 电储能技术 冷 / 热储能 技术 储气技术 多能负荷综 合预测 能源消费结 构预测 能量流过程 建模与分析 用户行为 仿真 能量流动态 过程优化 网络建模 与分析 多主体 分布式优化 多能负荷 响应 能源结构 规划 多能协同规划 微系统优化 配置 运营模型与 服务机制 多主体 竞争机制 多能源 定价策略 熔融盐型 燃料电池 质子交换膜 燃料电池 固体氧化物 燃料电池 质子交换膜 电解水制氢 地源热泵 氨水吸收制 冷机组 压缩空气 储能 超导储能 熔融盐相 变储热 冰蓄冷技术 理论与技术基础 物理 、 化学与 材料科学 控制 科学 优化 理论 经济学原理 人工智能技术 能量路由器 基于大数据 的用能分析 多能运维 多能输运技术 先进输电 技术 管道工艺 多相流输送 技术 超导输电 柔性直流 输电 U P F C 水合物法天 然气输送 多能网络 监测 多能事故 处理 多能设备 检修 6新产品销售 81% 天然气供应 80% 电力供应 电力 供应 燃气 供应 热能 供应 英国能源公司主要业务范围 多能供应 能效提升 新能源 65% 电力生产 定制化电力供应 定制化天然气供应 热能供应 代理购能 节能增效方案咨询 能源信息化管理 能效分析 保温改造 新能源建设运营 新能源咨询业务 新能源监控系统 新能源融资 空气源 /地源热泵 电动车充电桩 生物能锅炉 光热系统 英国能源公司“ Big 6” 市场地位 国际背景 一、综合能源系统概述 —国际背景 7 分布式能源建 设与运营 能源配送网建设与运营 新产品销售 新技术推广 储能建设与 运营 电动汽车充换电 能源托管服务 设备代运维服务 能源交易服务 用能金融服务 客户能效检测 系统能效提升 能源信息化 电力需求响应 运维 管理 业务 金融 服务 业务 建设 运营 业务 其它 业务 综合 用能 服务 以客户为中心 提升优质服务 水平 建设运营需求 产品设备需求 投融资 需求 运行维护需求 能效评估需求 综合能源服务业务间的关系 一、综合能源系统概述 —国际背景 8 综合能源规划评估 系统 （ IES-Plan） 综合能源辅助设计 系统 （ IES-CAD） 综合能源仿真系统 （ IES-Sim） 综合能源管理系统 （ IES-Con） 综合能源项目规划 及经济性评估系统 综合能源动态全过 程仿真系统 面向用户的综合能 源优化管理平台 可与 AutoCAD交互 的综合能源辅助设 计系统 • 设备选型、定容 • 方案优选 • 经济性 /减排分析 东南大学 综合能源团队的研究成果 • CAD设计文件读取 /修 改 • 设计方案可靠性分析 • 设计方案优化 • 多能流潮流计算 • 时序动态仿真 • 多时间尺度调节 • 综合能源系统实时监 控 • 多能流状态估计 • 综合能源优化调度 9 分布式综合能源系统规划评估（ IES-Plan） 构建 枢纽型 、 平台型 、 共享型 的综合能源服务体系 需要 以 综合 能源规划 为基础！ 10 多能设备 模型构建 用户 自定义设备 核心功能 规划方案 并行解算 规划场景 智能聚类 规划方案 多维分析 多能负荷 差异化建模 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） IES-Plan 综合能源一站式规划平台 规划报告 自动化生成 多能设备 优化配置 多规划目标 优选 规划方案 模拟运行 11 负荷分析 资源禀赋 区域能源供 给 能力估算 负荷运 行方式 负荷 建模 电负荷 冷热负荷 电力 /热 力平衡 装机选择 电源运行方式 能量平衡区外受电 供热管网 典型热负荷曲线 典型发电曲线 运行模拟 方 案分析 环保性分析 二 氧 化 氮 排 放 二 氧 化 碳 排 放 粉 尘 排 放 等 效 植 树 经济性分析 投 资 总 额 融 资 成 本 综 合 售 能 收 益 售 电 收 益 售 冷 收 益 售 热 收 益 回 收 年 限 能效性分析 综 合 供 电 效 率 一 次 能 源 消 耗 综 合 制 热 效 率 综 合 制 冷 效 率 售电电价 政策补贴 贷款利率 运营费用 设备折旧 设备价格 购售热价 购售气价 规划方案优选 二、 综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 综合能源系统规划评估体系 12 自然 禀赋 设备 初选 优化 比选 负荷 估算 1 2 34 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 规划过程 13 技术特色 1 - 智能化规划场景分类 • 基于 K-Means人工智能算法 的规划场景划分 • 综合考虑地区自然资源禀赋 • 自适应选择规划场景数量 • 自动调整规划场景权重 乌鲁木齐 广州 南京 根据特征重心自动划 分场景 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 14 • 基于地图 API接口的经纬度 解析 • 基于 KNN方法的自然资源禀 赋匹配 • 基于余弦相似度的负荷特性 匹配 基于欧式距离的 KNN 算法 基于 K近邻的自然资源禀赋及多能负荷 特性匹配算法 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 地址选择 经纬度解析 自然资源及负 荷信息展示 技术特色 2 -自然资源禀赋及负荷特性匹配 15 • 规划方案算量自动评估 • 计算引擎参数及计算引擎自适应 选择 • 多计算引擎并发计算 • 规划方案数据可视化 • 规划报告自动生成 GUROBI 优化引擎 CPLEX 引擎 CBC引擎 GLPK引擎 规划方案 数量评估 单方案计 算量评估 方案分析 引擎 引擎选择 引擎数量 选择 计算时间 边界选择 优化梯度 选择 数据可视化 规划方案报告自动生成 计算 评估 引擎 队列 优化 多引 擎选 择 方案 分析 方案 展示 规划方案并发计算 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 技术特色 3 – 引擎队列优化 16 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 功能特色 1 - 面向差异化需求的多类负荷建模方法 业务类型驱动细分行业驱动核心设备驱动 17 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 功能特色 2 - 支持用户自定义的多规划方案比选 18 18 • 综合能源系统核心设备建模 • 综合能源系统核心设备技术 /经济参数数据库 • 支持综合能源设备参数自定义 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 功能特色 3 - 支持四大类 28种综合能源设备参数自定义 19 功能特色 4 – 全国 700余气象站 3年自然资源禀赋数据 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 20 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 功能特色 5 - 计及多能源购售价格、金融参数及新能源补贴参数 21 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 功能特色 6 - 数据驱动的规划方案可视化分析及比选 22 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 功能特色 7 - 综合能源规划方案报告自动生成 23 功能特色 7 - 综合能源规划方案报告自动生成 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） 24 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） IES-Plan扬州部署情况（典型方案部分） 扬州中集润扬综合 能源改造方案规划 扬州市民中心节能 改造方案规划 扬州颐和医疗中心 综合能源建设规划 25 25 IES-Plan应用情况 • 规划方案模拟运行 二、综合能源规划评估系统（ IES-Plan） • 核心设备运行展示 • 经济性 /能效性评估 2019年 1月 江苏省电力公司董事长 尹积军 赴扬州参观 IES-Plan 2018年 12月 江苏省扬州市市委书记 谢正义 参观 IES-Plan 2018年 11月 江苏省电力公司副总经 理李斌 赴扬州调研 IES-Plan 2019年 2月， IES-Plan经 刘吉臻院 士 为组长的专家团队鉴定，成果创 新达到 国际领先水平 。 26 三、果能网 – 致力于综合能源的信息服务分享平台 www.guoenergy.com 综合能源 科技进展 综合能源 重要咨询 综合能源 会议信息 综合能源 规划平台 综合能源 仿真平台 顾伟 教授 /博导，院长助理 东南大学 电气工程学院 南京市四牌楼 2号， 210096 E-mail： wgu@seu.edu.cn 电话： 13814005169 27