源网荷储互联互动——现代园区能源互联网的示范实践
发布日期：2019/12/10
中国电力科学研究院依托自身科研优势，从2017年起，历经两年多的探索和实践，建成“源-网-荷-储”区域能源互联网示范项目，搭建能源互联网云平台，全面整合了区域能源资源，提升了能源利用效率。该项目建设能源优化配置和智慧公共服务网络，探索智慧能源服务模式，形成现代园区能源互联网示范实践，并在浙江丽水的大数据智能电力展示园区实际应用，成为在用户侧对“三型两网”建设的积极探索和实践。
10月29日，在供暖季来临之前，中国电科院后勤人员和区域能源互联网示范项目团队成员一起检查科技研发中心地下二层的高温烟气余热回收装置，为2019年供暖工作做准备。高温烟气余热回收装置能够利用燃气锅炉产生的高温烟气将供热回水进行再加热，从而节省天然气费用。经实际运行测算，一个烟道的余热回收在一个供暖月可节省天然气费用3.15万元。这是今年4月全面投运的中国电科院区域能源互联网示范项目的一个缩影。
当前，物联网信息技术快速发展，同时光伏发电、风电等分布式能源技术在用户侧广泛应用，不同形式的能源在生产、传输、消费等各个环节的耦合越来越强。在用户侧开展区域能源互联网建设，已成为提升能源效率、降低用能成本的必然趋势。中国电科院依托自身科研优势，集中各专业力量，历经两年多的探索，实施“源-网-荷-储”区域能源互联网示范项目，搭建能源互联网云平台，通过采集海量能源数据至云端，利用人工智能与大数据技术分析能源生产和消费行为，提供全方位能源服务，提升能源综合利用效率。
源——清洁、高效、互补
在中国电科院仿真楼、动模楼以及科技研发中心楼顶，均铺设着晶硅光伏面板。光伏装机功率总量达119.5千瓦，并网容量86.5千瓦，并网日发电量最高可达400千瓦时以上，发电数据全部接入院区能源互联网云平台。
这一云平台实现了三大功能，包括数据集中、能耗管控以及综合能源仿真：数据集中实现标准化能源数据采集、可视化数据展示、专业化数据分析；能耗管控实现能源的全面实时监测、智能辅助决策、用户互动服务；能源仿真平台实现能源设备调度，协同多种能源因素规划调整能源出力等。
今年4月，院区内还增加了光伏马路项目薄膜车棚和光伏马路。装机总量为19.8千瓦的太阳能薄膜组件被覆盖粘贴在车棚表面，无遮挡的情况下年发电量可达2万千瓦时。光伏马路则是将光伏组件做成路块铺在马路上，单个光伏路块单块承重4.5吨，可允许小型车辆通过，路块内部还安装LED灯带，集成红外感应系统，满足夜间照明。单个路块功率200峰瓦，20平方米的光伏马路总功率1.8千瓦。在无遮挡情况下，这条光伏马路年发电量最高可达2000千瓦时。
在中国电科院院区内，清洁能源的来源不仅限于屋顶、马路、车棚上的光伏面板，还来自压力健步道、压力减速带这些让人意想不到的地方。
压力健步道铺设在人流密集的食堂两侧入口处，这里还安装有展示终端，实时展示压力健步道的当前发电量和累计发电量。两条压力发电减速带铺设在院区科技研发中心地下二层停车场建设，每条减速带配置有4个发电基座，每个基座单次碾压发电时间为1.5秒，功率为20～30瓦，发电量约为120焦。
院区通过扩大清洁能源的来源，一方面降低了传统能源的消耗，节约用能成本，降低污染物排放；另一方面，增强了用户与能源设施的互动，提升了用户在能源生产、转化及消耗过程中的参与感。
网——高智能、易管理、低成本
“网”是能量传输的通道。目前中国电科院的负荷构成以配电网为主，如何降低能量传输过程中的损耗，达到能源流和信息流的统一，一直是科研人员关注的焦点。
中国电科院首先对配电网进行智能化升级。清河院区共有34台变压器，分布在院区内三栋楼的配电间。2017年之前，工作人员每天都要到各楼的配电间查看配电系统运行情况，抄录运行数据。2017年，随着配电系统进行改造，配电系统采集保护装置更新，中国电科院将各个配电间的数据集中汇总到主配电楼，并部署智能配电集中监测和控制系统。工作人员再也不用到各个楼配电间巡查，直接在主配电楼就能查看整个院区的供配电系统运行状况，并进行远程控制。不仅如此，部分供配电运行数据同时还传输至能源互联网云平台，工作人员通过院区内的任意一台电脑就能查看院区的供配电情况，极大降低人力成本的同时，安全预警也更加及时。
随着分布式电源、分布式储能、电动汽车等新型元件大量接入电网，未来配电系统的架构及格局将发生重大变化。为了适应未来配电网形态，中国电科院进行了相关研发和应用，能量路由器是其中最重要的成果。
在中国电科院院区内，两台能量路由器是能源互联网新形态的核心装备。作为能量传输和调度的枢纽，它们连接着新能源发电、电力储能设备、市电等多电压等级的交直流电能输入，同样也可以输出多路不同等级的电压交直流电源，能够实现传统能源、分布式能源在微网内潮流双向流动以及主动能量管理。
荷——节能、互动、可视化
“荷”是能源的最终去向，直接影响用户体验和感受。对用能进行监测和管理，厘清能源流向，可以进一步挖掘节能潜力，提高用能效率，降低用能成本，让用能清洁化、互动化、可视化。“让能源看得见、摸得着，是区域能源互联网的必然趋势。”中国电科院用电与能效研究所副总工程师李斌说。
能源互联网云平台具有全面的用能检测功能。通过系统集成、终端转发等多种方式，院区内各种能源的智能表计数据全部传输至院区能源互联网云平台。工作人员通过平台可实时查看各个表计的数据，并生成院区能流图，实时查看院内的能源流向，实现对用能特征和不同特性负荷的监测。
在用能监测的基础上，能源互联网云平台把收集到的用能数据，从时间维度、空间维度进行统计分析，并进行环比、同比分析，展现院区用能现状和用能趋势，为用能效率提高、节能措施整改提供数据支撑。
随着电动汽车越来越普及，电动汽车充电服务成为用能服务的重要组成部分。目前，中国电科院院区有充电桩12台，它们产生的相关数据也会实时上传至院区能源互联网云平台。工作人员通过分析充电数据，可及时辨别问题车桩，并对充电桩的利用效率进行统计和排名，为后续充电桩建设、调整、规划提供参考。
储——负荷更平滑、电网更柔性
储能是增强电网柔性的主要途径。2017年起，中国电科院陆续在主要办公楼部署约30台分布式储能装置。与大规模集中储能不同，分布式储能具有功率低、占地少、易安装、即插即用等特点，适合安装在小型办公场所、会议室等，既能平滑高峰负荷，又能为区域提供临时保障用电。能源互联网云平台能根据分布式储能装置充放电量及充放电功率等数据，结合院区用电负荷特性，为优化充放电策略及分析削峰填谷效果提供数据支撑。
中国电科院还建设了“光储充”一体化充电站。该项目将太阳能光伏发电与电动汽车充电相结合，由薄膜光伏、锂电储能系统以及充电桩和光储充一体机等组成。光伏发电、储能和充电设施形成了一个微网，根据需求与公共电网智能互动，可实现并网、离网两种不同运行模式。车棚棚顶光伏所发电量经由储能设施存储，优先供给充电桩充电，多余电量并入院区配电网；而储能电量不足时，市电也可作为补充，保证电动汽车正常充电。这样不仅实现了清洁能源供电，还缓解了充电桩大电流对区域电网的冲击。
中国电科院院区能源互联网建国以来实现了年均新能源发电量14.6万千瓦时，余热回收系统供暖季年均节省天然气费用16余万元，机房空调年均节能收益约4万元。项目还在浙江丽水的大数据智能电力展示园区应用，搭建技术集成、一体化研发和展示平台，形成可复制可推广的模式。
来源：国家电网报
