“智慧+综合能源服务系统”的探讨梁喆

(整期优先)网络出版时间:2019-11-22
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“智慧+综合能源服务系统”的探讨梁喆

梁喆

关键词:智慧+综合能源服务系统

常规化石能源的过度消费及其引发的环境污染、全球气候变暖、和海平面上升等问题,不仅成为制约我国经济可持续发展的主要制约因素,也成为我国承担大国责任、构建人类命运共同体必须面对的严重挑战。实现能源的高效清洁利用包含常规能源的高效利用、新能源的规模化利用和温室气体的资源化利用等多种途径,其中,大幅度提升可再生能源的消费比重是实现低碳发展的主要途径之一。美国、日本、加拿大以及欧盟分别制定了高比例的可再生能源发展规划,以应对全球减排和控制温升的目标。

可再生能源虽然具有环境友好等属性,但普遍具有能量密度低、不稳定且受自然条件影响大等特点,同时,大规模消纳可再生能源还面临着增量成本高、影响电力系统稳定性等经济和技术制约的问题。因此,构建新型“智慧+综合能源服务系统”,通过建立新型协同机制(既包含供应侧传统能源与新能源等多能源间的协同供能;又包含供应侧与需求侧间的协同供能),并运用现代信息和最优化等技术手段,达到能源的高效和清洁利用的目标,具有十分重要的意义。

1“智慧+”的简述

随着大数据技术、云计算技术、物联网技术和移动通信技术的快速发展,“智慧+”在不同领域的应用日益广泛。例如,为满足日常生活和交通出行的便捷化,“智慧家居”和“智慧交通”应运而生;再如,为满足城市管理现代化的需要,“智慧城市[8]”也有了不同的实现手段和示范应用。“智慧+”与各行各业不同需求相结合的趋势日益明显,为此,必须充分理解“智慧+”的具体内涵。

我们认为:“智慧+”是一种基于信息技术最新成果并展现人文精神的创新型服务体系,一般包含“感知”、“协同”和“优化”三个部分。以人类“智慧”为例,初级的“智慧”几乎等同于本能,例如,人们可以“感知”温度,当感觉到“烫”之后,本能的动作是“协同”肌肉,达到远离高温物体的“优化”结果。随着人类的学习与知识积累,“智慧”的程度或等级不断提升,亦表现为“感知”、“协同”和“优化”等三个方面能力的不断提升。

此外,“智慧+”的内涵随行为主体的差异化需求而不同。以“智慧交通”为例,对交通设施的产权单位而言,更多关注的是交通设施的健康识别、维护保养周期优化等;对交通管理部门而言,关注的是城市交通的通行效率(如平均车速)及高效疏导交通和快速处理事故等;对于机动车驾驶员而言,关注的是出行道路的优选、事故处理和事故救援等。可见,不同行为主体对“智慧+”的要求也是不同的。

2综合能源服务系统分析

2.1综合能源服务系统的服务对象

①能源供应商,包括传统一次能源供应商:如煤炭、石油和天然气;基于煤炭的电力和热力等二次能源供应商以及可再生能源供应商,如太阳能光伏电站、风电站、生物质能(含垃圾)发电厂等;②能源消费用户,包括工业用户、交通运输企业、大型商业用户和教科文卫体等大型公用事业单位用户、城市居民等;③能源输送企业,如电力输配网及相关企业、热力管网及相关企业、天然气管网及相关企业等。

2.2综合能源服务系统的目标

①促进全社会非碳能源的规模化利用;②提升供能企业和用能企业的经济效益;③提升全社会的能源利用效率。

2.3综合能源服务的技术需求

①供能侧多种能源的协同保障,包括天然气(含天然气分布式能源三联供系统)、煤炭和成品油等一次能源的均衡供应,电力、热水和蒸汽等二次能源的稳定及可靠供应,以及光伏电站、风力发电的就地消纳和余电上网;②用能侧的合理用能与协同响应,如工业用户的分时序均衡用能、大型公建及居民建筑的光伏屋顶的发-用-储协同,城市公共交通系统的电气化以及电池储能站协同等;③能源网络中供需侧协同,如电力、热力和煤气等能源网络连接供能侧与用户侧,当两者需求差异过大时,将引起能源网路系统参数的波动(如电网中的电压和周波以及热力和天然气管网内工质压力等)。供需侧协同的目标是:在保证能源系统安全的前提下,以牺牲部分能源网络参数,换取供需侧用能出现短暂不平衡,并扩大系统接纳不稳定可再生能源的发电量,同时也可降低供能系统的储能或者热备用需求等社会资源的投入。

3“智慧+综合能源服务系统”的主要内容

面对综合能源服务的多样化需求,需要构建“智慧+综合能源服务系统”。“智慧+综合能源服务系统”需要“感知”以下多方面的信息:①供应侧信息:煤炭、天然气、成品油等传统一次能源供应信息(品种、数量及其空间和时间分布等信息);②电力、蒸汽和热水等二次能源信息(品种(含电压等级)、数量及其空间和时间分布等信息);③可再生能源发电(如风电、光伏发电的时空分布及其并网信息等);④其他(如天然气分布式三联供系统供能信息、储电能力和储热能力及其时空分布信息等)。

“智慧+综合能源服务系统”的“协同”具有跨区域、跨行业、多尺度、多品种的协同。协同的机制多种多样,有价格政策、财税政策和政府规章等多种形式,这里主要关心其多样性和协同原则。例如:基于能效的协同原则是分布式能源供能优先(含价格激励等);基于环保的协同原则是可再生能源优先(含绿证制度等);基于成本的协同原则是低价的谷电优先;基于性能的协同原则是在保证安全的前提下适度牺牲性能的原则,可见,协同原则是体现供能方、用能方或者政府管理者的服务理念与目标。

“智慧+综合能源服务系统”的“优化”是指达成最优目标的行为。往往表现为:兼顾环保、能效和成本的多目标优化及与之对应的运行策略、运行方式、运行参数等优化解。

多目标优化的一般步骤是:①构建优化问题的数学描述。包括各类供用能系统及其设备的响应特性建模、最优化的多目标构建,约束条件的确定等;②优化算法,包括传统的运筹学优化算法和新兴的人工智能优化算法等;③优化解的决策与解析。多目标优化算法可以求解一组满足条件的优化解集,由管理者决策采用最优解。

结语

综上所述,“智慧+”是一种集成创新技术。是基于“大数据”、“云计算”、“物联网”和“移动通信”最新技术成果,并根据实际应用对象的不同需求所进行的一种再创新。“智慧+”具有鲜明的人本主义特征。不同的行为主体有不同的需求和应用内涵,所以有时候相同或相似的名称有非常不同的内涵表征。“智慧+”包含“感知”、“协同”和“优化”等三个环节,其中,“协同”水平是决定“智慧+”应用效果的最重要的因素,也是需要在“智慧+”系统建设中不断完善和改进的环节。

参考文献:

[1]蔡世超.智慧能源多能互补综合能源管理系统研究[J].应用能源技术,2017(10).

[2]张丹,沙志成,赵龙.综合智慧能源管理系统架构分析与研究[J].中外能源,2017,22(4):7-12.