程晓绚：能源•智启未来——综合能源智慧服务系统的实践

编者按：2021年12月7-8日，以“双碳目标下的智慧方案与行业机遇”为主题的第十七届中国分布式能源国际论坛于西安召开。本次会议由中国能源研究会分布式能源专业委员会、中国能源网主办，陕西分布式能源股份有限公司联合主办。会上，西安西电电力系统有限公司资深技术专家、综合能源事业部经理程晓绚发表了“能源•智启未来——综合能源智慧服务系统的实践”的主旨演讲。

以下内容根据大会演讲实录进行整理。

主持人 周涛：下面有请西安西电电力系统有限公司资深技术专家、综合能源事业部经理程晓绚进行发言，题目是《能源•智启未来——综合能源智慧服务系统的实践》，有请程总。

程晓绚：各位专家、各位来宾大家下午好!下面由我代表西安西电电力系统公司做大会的汇报，我汇报的题目是《能源•智启未来——综合能源智慧服务系统的实践》。

我的汇报分为四部分：

第一，综合能源服务的机遇和挑战。

我们常说机遇和挑战是并存的，从2014年习总书记提出“四个革命、一个合作”，到2020年的“双碳”目标，这样一个发展历程，为新能源和综合能源赋予了低碳化、电气化、智能化、市场化、一体化、国际化的特征。我们要实现“双碳”目标，必然要经过两个必不可少的手段，一个是减少碳排放，一个是增加碳吸收，我们通过降低能耗，提高能源使用效率，增加绿电的应用来减少碳排放，通过这些技术手段以及植树造林，增加碳吸收，在这个环节中综合能源服务起到了至关重要的作用。

我们都知道，综合能源的本质就是对各种能源的产生、传输与分配、转换、存储、消费、交易等环节进行有机的协调和优化，通过云、源、网、荷、储的协同，实现多能互补和能源综合梯级利用，达到经济效益与环境效益的统一，这就是综合能源服务系统的内涵。

接下来简单介绍一下我们公司以及我们开展相关业务的一些情况。首先，西安西电电力系统有限公司是中国西电集团的核心子企业之一，也是今年备受关注的一件事情，就是中国西电集团与国家电网公司下属的许继、平高、山东电工电气、南瑞恒驰、泰事达以及重庆博瑞重整组合成了中国电气装备集团，并于今年9月份在上海召开了成立大会。

集团重组后，中国电气装备集团的业务涵盖了发、输、变、配、用电等电力领域，同时也包括了综合能源服务、储能、工业自动化、能源互联网等等这些业务领域的范围的业务。

西安西电电力系统有限公司是我国主要的高压直流输电、柔性直流输电工程的系统研究、工程成套及换流阀、动态无功补偿装置等电力电子设备研发、制造和试验检测基地。左边这些图片是我们一些核心的产品，有常规的直流输电晶闸管换流阀、柔直换流阀，以及静止无功补偿发生器等。我们公司也挂牌了国家能源电力电子技术装置研发中心以及陕西省和西安市的分布式微电网工程技术研发中心，同时公司也具备电力工程施工总承包资质和设计资质。

我们公司从传统的高压直流输电、海上风电柔直以及直流配网、电能质量治理这些传统的业务向综合能源系统解决方案，以及开发一些综合能源核心产品的这种研发，向这样的业务转型，经历了由超高压的设备向中低压设备延伸，由交直流电力系统仿真研究拓展到微电网、能源网的仿真研究，由特高压工程拓展到综合能源工程这样的历程。

其中，我们围绕园区的规划需求、分布式能源应用、储能等方面进行了核心技术的开发，包括冷热电气多能源综合利用技术、可再生能源网络构建技术、储能技术、直流配电技术、光储充一体化运用技术、多微网协调运用技术、智慧能源互联网综合管控技术等等。

围绕重点的目标客户，我们形成了围绕包括园区综合能源服务系统、微电网、储能、中低压直流配网、停车场综合能源站五大整体解决方案。

首先是面向园区的综合能源服务解决方案，我们构建区域综合能源站、分布式能源系统，通过信息网络系统上传到由园区的公共管理平台进行统一的能量管控，形成能源的生产、传输、消纳全过程的互补互济。

第二是分布式微电网一体化解决方案，这里面包括了多种技术的应用，包括分布式能源接入与管理、储能管理、就地保护与监控、智能调度、并离网无缝切换等等。中间这张图是我们公司做的微电网的整个拓扑图，右边是我们自主研发的微电网的控制保护装置和微电网的控制保护系统。

第三是储能的集成解决方案，围绕发、输、配、用，包括新能源的领域，形成不同的储能解决方案，底下这四张图片是我们核心的产品，有储能一体机，包括储能的能量管理系统EMS，中间是我们参加内蒙古金山储能项目的现场图片。

第四是中低压直流配网系统解决方案。中低压直流配网对新能源的接入非常友好，具有功率的双向可控、快速响应、线路成本低、传输损耗小等特点。我们西电研发了4端口3兆瓦的能量路由器，能够实现多种电压等级和交直流电源间的自由变换，已经用在江苏的项目上，包括我们为江苏吴江提供了两台1兆瓦和2兆瓦的电力电子变压器也已经工程应用。

第五是停车场综合能源站，这里就实现了光储充一体化技术的应用，右边是我们做的几个停车场的一些示范项目，这个智能充电云平台是我们自主研发的，对我们的充电站进行统一的运维管理。

第三部分，介绍一下综合能源智慧服务系统实践，西电综合能源智慧服务系统示范项目，也是我们大会安排明天请各位专家代表到我们公司进行参观和交流指导工作的一个项目，我在这里做一个简单的介绍。

2014年，我们开始开展风电、光伏、储能在内的微电网一期项目的设计与建设。2017年，自主开发了微电网中央控制器，建立了微电网能量管理系统，实现微电网系统信息化与智能管控。2019年7月，开展综合能源服务系统核心的技术研究及示范项目建设，以我们企业的园区为载体，设计了冷、热、电、气多能源综合利用，集合了交/直流微电网、储能、充电站等多项技术，构建了源、网、荷、储综合能源系统，打造园区级综合能源示范基地。

这是我们整个的拓扑结构，中间是核心的综合能源站，这里实现了冷、热、电、气多能流的交互利用，包括三联供机组、空气源热泵、储热、储冷、电锅炉这些产热、换热的设备，右边是交流微电网，这里面我们厂区的光伏有1兆瓦的屋顶光伏，我们取了其中200千瓦接入微电网，包括旋转跟踪式光伏、风电、储能、充电站、路灯，形成了交流微电网。

左下角是光储充一体化的车棚，这是直流接入的直流微电网，车棚100千瓦，储能200千瓦时，直流充电桩是120千瓦接入直流的直流充电桩，形成这样一个微电网和能源的体系，这两个微网之间可以做一些能源电能的交互和协同。

这块是我们整个在园区里面设计的整体布置，明天下午欢迎大家到我们公司去实地参观和指导工作。

这块是我们整个能流图，从左到右是源网荷储整个能量的布置，在源网到网的时候我们有一个冷、热、电、气多能量的交互。这块是我们现场的图片，我们能源站的图片，光储充一体化车棚的图片，包括能源站里面设备的现场图片。

下面介绍一下我们整个方案设计体系，综合能源整体设计还是比较复杂的过程，首先是基础数据研究，我们要对很多能源的资源进行研究，比如说我们现在园区里的天然气、电，有哪些资源可以利用，用能的成本是多少，我们对相关政策也要做一些了解，有没有政策相关的补贴，或者是其他的一些支持，对成本有比较大影响的政策。

做了这些基础数据研究之后，其中还有一个关键的是做复合计算，复合计算我们在做园区的时候，往往不是针对一个建筑物做，我们建筑物做设计的时候有一些复合最基本的数据，但是如果在园区里面仅仅把不同建筑物之间的用能进行简单的累加，那样对经济性没有深入的经济性的测算，所以对于复合计算，在不同的时间，因为每个复合都有不同时性，整个复合测算是我们在基础数据研究的时候一个非常重要的产出。

第二个，总体方案规划的设计，我们对于所有用能设备，你这个用户场景里面所能考虑到的所有产能的设备，比如我们现在空气源热泵、燃气三联供、地热这些用能的成本以及它的性能要有一个深入的研究，然后我们再去做整个方案的规划。

右下方这三张图是我们根据西安市的天然气在元旦前和元旦后都会有不同的气价，在不同气价的情况下每个设备用能的成本是不一样的，在什么时候考虑用什么样的设备，才能达到经济利益的最大化，在晚上补电的时候哪一个设备的用能是最经济的，这是我们在总体方案规划设计的时候需要考虑的。

第三个是优化设计。这里面包括我们对不同优化目标，多目标优化，我们对于你是站在用户侧的角度上去考虑经济效益，还有运营效益，还是说年化成本最低，要有一个综合的评估。然后我们再通过能量控制策略的调整形成总体最优的运行方式，反复去迭代，去优化，形成最终的控制策略和最终采用什么样的设备，这个设备的容量多大，才能达到经济效益最大化的一个优化的计算。

第四，在我们做完整体的架构、参数的确定后，我们还要做系统调度的运行仿真，这一块我们要建立各种系统里面核心的一些设备，比如说换能设备、储能设备、产能设备，包括我们的阀、泵，这些数学模型，形成系统调度的运行仿真，对它的控制策略、控制的参数进行整体的确定。

这是我们技术人员自己开发的一个西电综合能源的规划设计软件，我刚才介绍的一套规划设计的过程，都在这个软件里面有所体现。非常遗憾，这个视频播放不了，我们整个设计的过程都在软件里面可以直接形成软件体系。

第二部分，我们结合这样的项目，自主开发了西电综合能源管控及服务平台，不仅仅是我们公司的项目，也是做了一个平台化的产品。这里面包括五个模块：能源监控、能源管理、能源运维、能源交易、能源服务。因为时间有限，我就不一一介绍了，我们一般做整个综合能源的管控必须具备的基本功能，包括我们针对实际的工程，也可以进行定制化的开发，这是能源运维的模块。

能源管理、能源服务、能源交易，这个不能播放。如果大家明天下午有时间可以到我们公司实际去看，我们会有一个专门的介绍，介绍我们综合能源管控平台整体的设计和运行的情况。对于这个项目的综合效益，我们有一个总体的分析，从用户侧、经济效益和环保效益，从用户侧来说，对于园区的综合能源肯定增加了用能的稳定性和可靠性，因为多种能源供应必然会比单一能源更加可靠。经济效益经过一个测试，我们整个运营成本比之前运营成本大概减少约50%，厂区内的可再生能源使用率达到44%，当然我们减碳的这些也是整个项目对环保的贡献。

这个项目的特点也做了总结，首先是多能互补综合利用，之前各个能源是没有相互交互，都是“各自为战”，现在把冷、热、电、气多种能源供应链、整个供应系统转为“万物皆能”模式，实现多种能源的互补协同供应。第二个是预制舱技术，储热、储冷，包括三连供机组都是以预制舱的这种形式来进行，我们在建设时是采用的这种方案，有效地缩短了整个施工工期，以及降低了现场的调试难度。

第三是多设备的能量路由，我们现在系统里面还是比较复杂的系统，在一二次管网上接入不同的设备，既有产能的又有储能的，既有常压的又有带压的。一二次管网设备上的融合，也是从物理层面上实现了能量路由。同时我们现在整个系统保护是三重控制保护，有就地控制柜，从就地控制柜到分布式控制系统及云平台能量管理系统，形成了三重控制保护，控制的颗粒度由粗到细，保护的可靠性也是大为增强了。智能化运维也是我们在系统设计时就已经进行过仿真，在实际工程执行时，我们也进行了整个一键启停和自动投切的设计，整个系统功率是自动调度的，以每个时刻功能的费用最低为原则，也是为了获得最优的经济效益。

这块其实是我想给大家展示一下整个一键启停的过程，但是好像这个视频有些问题。对于未来的展望，这个也是我在前两天看到新闻里，工信部发布了关于印发《“十四五”工业绿色发展规划》的通知，鼓励工厂、园区开展工业绿色低碳微电网建设，发展屋顶光伏、分散式风电、多元储能、高效热泵等，推进多能高效互利互用的这样一个指导文件，也是一个新的指导文件。我一直认为综合能源事实上现在真的是机遇与挑战并存，市场很大，挑战也很艰苦，任重而道远，我们系统公司也是面对未来，以“推动绿色高效的电能变换、传输和应用”为使命，结合能源特有禀赋，探索技术、管理和商业模式创新，提供服务多方用户的一体化综合能源服务。

感谢大家，欢迎大家明天下午去我们公司现场交流，指导工作，谢谢!

主持人 周涛：感谢程总。虽然在播放中留下一些遗憾，期待更精彩的内容在明天下午的考察中，因为明天无论是A线路还是B线路，西电都是我们必到的一站，我们期待在现场看到更精彩的内容和技术。