刘蕾:智慧能源体系建设和应用

编者按：2019年6月5～6日，"未来能源大会（FEC2019）暨第十五届中国能源战略投资论坛"在北京中奥马哥孛罗大酒店召开。本次未来能源大会汇集了国内外、中科院、工程院院士专家，共同探讨"传统能源"向"未来能源"转型融合的趋势。会上，北京燃气能源发展有限公司副总工程师 刘蕾 发表了题为《智慧能源体系建设和应用》的主旨演讲。

以下内容为中国能源网根据现场实录整理而成，未经本人审核。

刘蕾：大家好，我们刘总正在发烧，喉咙发不出声音来，所以委托我对我们智慧能源体系进行一下分享和汇报。

北燃所做的能源方面的跨界，我们有一个主题叫"多能协同、智能耦合"。就是燃气集团公司一直在探索天然气的高效利用，推广天然气分布式能源将近有20多年了。2011年12月，成立了全资子公司，也就是北京燃气能源发展有限公司，主要专注于能源，也就不只是天然气了，我们所有的清洁能源都可以作为能源的发展方向，也就是咱们今天所说的宜气则气，宜电则电，宜煤则煤。

北京环球影城国际旅游度假区这些项目的过程中，对能源进行了一个转型，就是从天然气分布式转到了技术领先型的情洁能源供应商。是提供从规划设计、投资、建设、运营一体化的这么一个商务模式，来实现区域内能源的统一调度和管理，保障区域内低碳、高效、低成本、可持续的发展。

这是现在能源发展有限公司所拓展的项目，目前运营的有429个，在建的项目10个，运营中的也有10个。分几大类，一个是区域项目，就是北京环球影城这些区域型的项目。第二类就是酒店类；第三类是楼宇，包括数据中心和工业项目。这里面提到一个是中石油创新基地，这是获得了国家能源局所批复的首批天然气，就是组建了这么一个光伏+分布式能源的一个综合智能微电网的能源项目。

我们这里所提的智慧能源管理体系，主要从三个方面：

1、建设背景；

2、核心理念；

3、能源管理平台。

先说建设背景，也就是我们所提到的多能协同、智慧耦合的综合能源技术。这里所说的多能协同，为什么提出这个概念？这个实际上我们在开发北京城市副中心的过程中，提到要最大化的利用可再生能源，要使区域内的可再生能源利用率达到40%以上，40%这个数字是非常高的，相当于在全世界来讲，这个数字都是还没有达到呢，我们怎么提高这个可再生能源利用率呢？我们知道我们现在所用的可再生能源，包括风能、光伏，它有不连续、不稳定的特点，我们现在没有说哪个项目敢于直接只用单独的分布式能源，包括我们现在所说的浅层地热能，当然我不是说浅层地热能不好，咱们现在所有的浅层地热的能源到现在为止也没有敢直接只用浅层地热，不耦合这种锅炉或者其他的常规的能源系统来给用户供热。

所以说我们为了提高这个可再生能源利用率，最大化的利用可再生能源，我们提出了以可再生能源和分布式能源进行一个耦合，也就是说常规的可再生能源如果和锅炉，就是跟锅炉耦合它这个天然气的利用效率是不太高的，跟分布式能源相耦合，这里面也是有一些技术结合点的。我们知道相当于地缘热泵，它需要消耗非常多的电，而这个天然气三联供系统能够产生电，所以一个是需要，一个产生，所以这方面有一个耦合。

另一方面，因为常规的天然气分布式能源它的预热利用，我们现在的处理手段可能是到120度左右，而跟地缘热泵耦合之后，相当于120度之后这样地缘热泵能够更加稳定可靠的运行。

所以说我们所说的多能协同智能耦合它的第一个方面，就是能够最大化的利用可再生能源，能够提高能源供应的充裕性和安全性。

只是在能源的供应侧，我们建了这么一个系统之后，在这个里面拥有多种能源系统，有天然气分布式能源，有地缘热泵，或者光伏，这几种能源我们放在一起之后，我们实际运行的时候，在不同的时刻都一块运行还是先开启这个再开启那个，就是在不同的时刻它应该是有一个最佳的配比，我们如何实现这么一个配比？在我们现在的运行人员，可能技术水平还没有到达一定的高度之前，我们可能还需要构建这么一个智慧化的能源运营管理平台。所以说就引入到我们要建这么一个智慧化的运营管理平台来实现多能协同、智能耦合，给它提供这么一个技术手段。这是第二个方面。

其他的就比较少了，我们在开发过程中，通过统一的规划建设和运营，分布实施来进一步的提高能源的安全性，还有经济性这些方面。

另一方面，我们还提到一个能效机房的概念，能效机房就是以最优的技术路线，辅以恰当的技术模式，通过精细化的运营管理来实现功能多目标优化管理，所谓最优的技术路线就是刚才前面所提到的我们会结合符合装机，系统最优化的设计，设备选型和控制方案，这是提供一个最优的技术路线。第二个辅助一个恰当的商业模式可以搭配非常灵活的商务模式。

再一个，就是根据这个设计方案，刚才的多元耦合系统来对这个控制策略进行一个优化设计，来确定最佳的可以是多样化的，这也是根据这个项目本身它的政治特征，或者说是我们用户需要能源低成本的要求，我们会提供效益最大化，或者是用户舒适型最大化，系统能效最大化。

通过整体能源机房的建设，预计可以提升系统效率10%以上，成本控制能降低15%以上，装机容量能降低10%以上，用户满意度可以达到95%以上。

基于这么一个理念，我们提出能源管理云平台的构架是三个层次的平台，这也是基于我们现在能源中心它目前的这种计量配置比较少，对整体能源管理比较偏弱的这种现状，我们提出三个层次：

第一个层次，可能是大家都比较熟悉的，也就是常规的自控系统，我们实现里面多能系统。

在第二个层次能够实现区域内多种能源系统的优化调度，然后配合我们在这儿还提出一个对能源中心建立一个数字双胞胎，也就是仿真系统，来优化整体的控制策略方案。

最后这一层和二层的这些数据全部上升到第三个层次，来实现大数据的分析，行业内部以及行业内部的信息共享和行业内部的商务合作与能源交易。最终实现对接智慧城市。

首先说第一个层次，就是对自控系统进行一个梳理，对所有新建的能源中心会要求提出一个新的计量配置标准和自控的配置标准，来最终实现所有的三联供系统、地缘热泵系统、蓄能系统和常规的锅炉项目的就地控制和数据的获取。这个已经在我们副中心、环球影城这些项目上有所应用。

第二个，对于已经运行的项目实施计量整体的排查和改造，在我们现在集团的燃气大楼和陕西宝鸡，这个也是非常大的地缘热泵的项目，对这个项目进行了一个自控改造，来实现这个系统的完善化。

到第二个层次就是智慧能源管控平台，它这个主要有三块核心的内容，符合预测，也是结合现在这种大数据的手段；能源站本身专业性的角度，通过我们对用户侧的温度、湿度进行计量来综合目前信息化大数据的方法和专业的手段，来提出这么一个符合预测。在这个仿真模拟上，来进行比较，确定哪个策略最好，然后再运用到我们的二层平台中心进行一个比较，最终得到一个比较好的智能调度。 

基于大数据和机理模型的原则，实现对不同工矿的仿真模拟提供最佳的策略，第三个是基于碳排放量最低，或者运行综合费用最少等这些优化原则来实现 多种能源的实施调度。

两个结合起来，制定出比较好的运行策略，然后进入我们的仿真系统进行对比，拿出对比结果，到平台上进行实施应用，最后转化成希望具体的运行策略，在项目上进行应用。

这个是我们能效机房PDCA的管控体系的实现，就是从规划设计开始，然后到施工调试，再到运维调度，最后提出一些比较好的改进建议，比如说是不是可以降低10%左右，再反馈到设计，来进行能效机房的提升。

因为我们能效中心比较多，所以建立了一个统一的指标体系，就是从经济到能效的一个指标体系，在后续还会有展开的介绍。

然后说到第三个层次，也就是这个企业级的能源管理运行中心，这个方面主要是基于这个大数据的技术对多个能源站，它的数据进行了统一的汇总，具体的功能包含了这四个模块，下面我就分开进行一个阐述。

首先是能源管理，能源管理这个方面，我们首先是从项目上，把这个大数据收集上来，然后接下来就根据这个大数据对各个项目的能效进行一个分析，再接下来就是根据这个能效和大数据，以及能源的价格然后得到每个项目经营的情况，最终从能效方面、经济方面来实现一个行业的整体对标。

从能源大数据上来讲，我们收集的就是能源需求与消耗的这些数据，从而得到这个项目各个不同的业态，它的负荷和能效水平可以降低装机大概20%。从这个上面就可以节省投资大概15%。

能效KPI这个方面，是收集不同项目，比如都是电制冷它分布在不同的项目上面，可能采用的是不同品牌的电制冷机，我们通过这些数据，然后再结合这个电热冷机本身的造价和它运行维护的管理，从而可以得到我们不同品牌的设备，它用哪种会比较好？

再一个方面，通过能效的整体分析，然后我们可以判别出来不同的能源系统，在同一个站里面不同的能效系统它的能效水平分别是什么样子的，从而提升整个能源中心的综合能源利用率。

经营方面，大家都比较容易理解，我通过成本和利润的分析，来实现利润持续的增长，最终这个行业对标就是我通过能效和整体的成本和利润进行一个统一的对比，知道我们这个能源站在整个行业中的水平，找到差距，从而提升我们自己，也提升咱们整个行业的能效管理水平。

我们第三层平台，第二个方面就是项目管理，这部分项目管理，可能和大多数目前在座的能源管理云平台比较相像，比如说华兴安泰本身也已经做了这么一个平台，包括我们参观过很多公司所做的平台，基本上都有这些情况，我就不统一说了。基本上包含了全局的状态监视，安全的管理，客户关系的管理和设备的管理，我们在这儿有一点点不同就是在班组管理方面，因为我们也是实行几班几运转，所以会对不同的班组进行不同的管理。我们通过班组的管理主要目的就是记录每个班组在实际的运行中他的节能行为，从而能够促进这个班组实现行为节能，在整个公司也进行一个考核。

我们建设这个能源管理云平台，有两个比较亮的亮点：

1、能源魔方，是指我们所有的能源中心它都有不同的属性，包括它的建筑年代，它的业态，它的经济指标，或者是它的能效指标，它有不同的维度，我们通过这么一个能源魔方在平台上的应用，从而让它作为一个不同的维度，对这个数据进行筛选和对比，从而能够得到更加可靠的这么一个对比的数据。

2、数据库指标体系，这个指标体系也是从上到下，分了大概四层，第一层次经济和节能环保类的，这个就是围绕着我们能源项目建设的目标提出来的；再往下是能源类的指标；接着是能效指标；最终反馈到就是我们电压、电流，还有温度、压力质量类的指标，整体建设的指标系五大类22项158个。

下面说一下我们所做的智慧能源管理体系在北京城市副中心中的应用，北京城市副中心，这个是我们目前在建设的6号站，它是要坚持世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位，建设一流的新能源示范中心。

北京城市副中心它最核心的其实就是地缘热泵、蓄能，这个地方大概是占装机比例60%以上，最终实现的效果就是清洁能源比例达到100%，可再生能源比例超过40%。

这是我们在副中心所搭建的这么一个平台，就是智慧管理平台的一个效果图。我们将来会在副中心的6号站，它的智慧掌上中心进行统一的智慧能源管理平台的展示。

我们这个副中心在这个方面所作的能效机房的应用，也是从项目开始，规划设计过程中，提出一个目标的指标体系和设计体系。通过BIM的设计来减少管道的交叉和碰撞，然后来实现施工。

这一块我们将25种运行模式输入到我们仿真系统，进行整体的规划和管理。

我们是采用一个大倍率弯管和顺水弯头优化，然后保证了这个项目本身的这些检修空间。

这是我们当时在设计阶段所制定的北京城市副中心的运行策略，就是分别按照冬季和夏季进行一些分类，或者是地缘热泵+电制冷，以及三联供它具体的运行时间。在冬季也是同样类似的情况，通过这样的运行策略，核心也是保证可再生能源利用率，在这个基础上是尽量降低运行成本。

我们现在所做的第一层次的自控系统，包含三联供、地缘热泵、蓄能、电制冷以及补水方面的自控系统。

上升到第二层次，就是把前面不同设备的控制策略，然后根据不同时段能源的价格，来制定出比较好的运行策略，刚才提到25种控制策略，输入到我们双胞胎的数字系统里面，进行一个整体的控制策略的计算，然后得到最佳的运行策略，再反馈到一层系统进行一个实施。

目前北京城市副中心建设之后，我们预计清洁能源利用率可以达到100%，地缘热泵含蓄能装机比例80%，然后整个系统所有效率大于3，节能率超过35%，整个系统的二氧化碳减排率能够达到41%。

我的分享完毕，谢谢大家！