劉蕾:智慧能源體系建設(shè)和應(yīng)用

編者按：2019年6月5～6日，"未來能源大會（FEC2019）暨第十五屆中國能源戰(zhàn)略投資論壇"在北京中奧馬哥孛羅大酒店召開。本次未來能源大會匯集了國內(nèi)外、中科院、工程院院士專家，共同探討"傳統(tǒng)能源"向"未來能源"轉(zhuǎn)型融合的趨勢。會上，北京燃氣能源發(fā)展有限公司副總工程師 劉蕾 發(fā)表了題為《智慧能源體系建設(shè)和應(yīng)用》的主旨演講。

以下內(nèi)容為中國能源網(wǎng)根據(jù)現(xiàn)場實錄整理而成，未經(jīng)本人審核。

劉蕾：大家好，我們劉總正在發(fā)燒，喉嚨發(fā)不出聲音來，所以委托我對我們智慧能源體系進行一下分享和匯報。

北燃所做的能源方面的跨界，我們有一個主題叫"多能協(xié)同、智能耦合"。就是燃氣集團公司一直在探索天然氣的高效利用，推廣天然氣分布式能源將近有20多年了。2011年12月，成立了全資子公司，也就是北京燃氣能源發(fā)展有限公司，主要專注于能源，也就不只是天然氣了，我們所有的清潔能源都可以作為能源的發(fā)展方向，也就是咱們今天所說的宜氣則氣，宜電則電，宜煤則煤。

北京環(huán)球影城國際旅游度假區(qū)這些項目的過程中，對能源進行了一個轉(zhuǎn)型，就是從天然氣分布式轉(zhuǎn)到了技術(shù)領(lǐng)先型的情潔能源供應(yīng)商。是提供從規(guī)劃設(shè)計、投資、建設(shè)、運營一體化的這么一個商務(wù)模式，來實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源的統(tǒng)一調(diào)度和管理，保障區(qū)域內(nèi)低碳、高效、低成本、可持續(xù)的發(fā)展。

這是現(xiàn)在能源發(fā)展有限公司所拓展的項目，目前運營的有429個，在建的項目10個，運營中的也有10個。分幾大類，一個是區(qū)域項目，就是北京環(huán)球影城這些區(qū)域型的項目。第二類就是酒店類；第三類是樓宇，包括數(shù)據(jù)中心和工業(yè)項目。這里面提到一個是中石油創(chuàng)新基地，這是獲得了國家能源局所批復(fù)的首批天然氣，就是組建了這么一個光伏+分布式能源的一個綜合智能微電網(wǎng)的能源項目。

我們這里所提的智慧能源管理體系，主要從三個方面：

1、建設(shè)背景；

2、核心理念；

3、能源管理平臺。

先說建設(shè)背景，也就是我們所提到的多能協(xié)同、智慧耦合的綜合能源技術(shù)。這里所說的多能協(xié)同，為什么提出這個概念？這個實際上我們在開發(fā)北京城市副中心的過程中，提到要最大化的利用可再生能源，要使區(qū)域內(nèi)的可再生能源利用率達到40%以上，40%這個數(shù)字是非常高的，相當(dāng)于在全世界來講，這個數(shù)字都是還沒有達到呢，我們怎么提高這個可再生能源利用率呢？我們知道我們現(xiàn)在所用的可再生能源，包括風(fēng)能、光伏，它有不連續(xù)、不穩(wěn)定的特點，我們現(xiàn)在沒有說哪個項目敢于直接只用單獨的分布式能源，包括我們現(xiàn)在所說的淺層地?zé)崮?，?dāng)然我不是說淺層地?zé)崮懿缓?，咱們現(xiàn)在所有的淺層地?zé)岬哪茉吹浆F(xiàn)在為止也沒有敢直接只用淺層地?zé)?，不耦合這種鍋爐或者其他的常規(guī)的能源系統(tǒng)來給用戶供熱。

所以說我們?yōu)榱颂岣哌@個可再生能源利用率，最大化的利用可再生能源，我們提出了以可再生能源和分布式能源進行一個耦合，也就是說常規(guī)的可再生能源如果和鍋爐，就是跟鍋爐耦合它這個天然氣的利用效率是不太高的，跟分布式能源相耦合，這里面也是有一些技術(shù)結(jié)合點的。我們知道相當(dāng)于地緣熱泵，它需要消耗非常多的電，而這個天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)能夠產(chǎn)生電，所以一個是需要，一個產(chǎn)生，所以這方面有一個耦合。

另一方面，因為常規(guī)的天然氣分布式能源它的預(yù)熱利用，我們現(xiàn)在的處理手段可能是到120度左右，而跟地緣熱泵耦合之后，相當(dāng)于120度之后這樣地緣熱泵能夠更加穩(wěn)定可靠的運行。

所以說我們所說的多能協(xié)同智能耦合它的第一個方面，就是能夠最大化的利用可再生能源，能夠提高能源供應(yīng)的充裕性和安全性。

只是在能源的供應(yīng)側(cè)，我們建了這么一個系統(tǒng)之后，在這個里面擁有多種能源系統(tǒng)，有天然氣分布式能源，有地緣熱泵，或者光伏，這幾種能源我們放在一起之后，我們實際運行的時候，在不同的時刻都一塊運行還是先開啟這個再開啟那個，就是在不同的時刻它應(yīng)該是有一個最佳的配比，我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)這么一個配比？在我們現(xiàn)在的運行人員，可能技術(shù)水平還沒有到達一定的高度之前，我們可能還需要構(gòu)建這么一個智慧化的能源運營管理平臺。所以說就引入到我們要建這么一個智慧化的運營管理平臺來實現(xiàn)多能協(xié)同、智能耦合，給它提供這么一個技術(shù)手段。這是第二個方面。

其他的就比較少了，我們在開發(fā)過程中，通過統(tǒng)一的規(guī)劃建設(shè)和運營，分布實施來進一步的提高能源的安全性，還有經(jīng)濟性這些方面。

另一方面，我們還提到一個能效機房的概念，能效機房就是以最優(yōu)的技術(shù)路線，輔以恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)模式，通過精細化的運營管理來實現(xiàn)功能多目標優(yōu)化管理，所謂最優(yōu)的技術(shù)路線就是剛才前面所提到的我們會結(jié)合符合裝機，系統(tǒng)最優(yōu)化的設(shè)計，設(shè)備選型和控制方案，這是提供一個最優(yōu)的技術(shù)路線。第二個輔助一個恰當(dāng)?shù)纳虡I(yè)模式可以搭配非常靈活的商務(wù)模式。

再一個，就是根據(jù)這個設(shè)計方案，剛才的多元耦合系統(tǒng)來對這個控制策略進行一個優(yōu)化設(shè)計，來確定最佳的可以是多樣化的，這也是根據(jù)這個項目本身它的政治特征，或者說是我們用戶需要能源低成本的要求，我們會提供效益最大化，或者是用戶舒適型最大化，系統(tǒng)能效最大化。

通過整體能源機房的建設(shè)，預(yù)計可以提升系統(tǒng)效率10%以上，成本控制能降低15%以上，裝機容量能降低10%以上，用戶滿意度可以達到95%以上。

基于這么一個理念，我們提出能源管理云平臺的構(gòu)架是三個層次的平臺，這也是基于我們現(xiàn)在能源中心它目前的這種計量配置比較少，對整體能源管理比較偏弱的這種現(xiàn)狀，我們提出三個層次：

第一個層次，可能是大家都比較熟悉的，也就是常規(guī)的自控系統(tǒng)，我們實現(xiàn)里面多能系統(tǒng)。

在第二個層次能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域內(nèi)多種能源系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，然后配合我們在這兒還提出一個對能源中心建立一個數(shù)字雙胞胎，也就是仿真系統(tǒng)，來優(yōu)化整體的控制策略方案。

最后這一層和二層的這些數(shù)據(jù)全部上升到第三個層次，來實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的分析，行業(yè)內(nèi)部以及行業(yè)內(nèi)部的信息共享和行業(yè)內(nèi)部的商務(wù)合作與能源交易。最終實現(xiàn)對接智慧城市。

首先說第一個層次，就是對自控系統(tǒng)進行一個梳理，對所有新建的能源中心會要求提出一個新的計量配置標準和自控的配置標準，來最終實現(xiàn)所有的三聯(lián)供系統(tǒng)、地緣熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和常規(guī)的鍋爐項目的就地控制和數(shù)據(jù)的獲取。這個已經(jīng)在我們副中心、環(huán)球影城這些項目上有所應(yīng)用。

第二個，對于已經(jīng)運行的項目實施計量整體的排查和改造，在我們現(xiàn)在集團的燃氣大樓和陜西寶雞，這個也是非常大的地緣熱泵的項目，對這個項目進行了一個自控改造，來實現(xiàn)這個系統(tǒng)的完善化。

到第二個層次就是智慧能源管控平臺，它這個主要有三塊核心的內(nèi)容，符合預(yù)測，也是結(jié)合現(xiàn)在這種大數(shù)據(jù)的手段；能源站本身專業(yè)性的角度，通過我們對用戶側(cè)的溫度、濕度進行計量來綜合目前信息化大數(shù)據(jù)的方法和專業(yè)的手段，來提出這么一個符合預(yù)測。在這個仿真模擬上，來進行比較，確定哪個策略最好，然后再運用到我們的二層平臺中心進行一個比較，最終得到一個比較好的智能調(diào)度。 

基于大數(shù)據(jù)和機理模型的原則，實現(xiàn)對不同工礦的仿真模擬提供最佳的策略，第三個是基于碳排放量最低，或者運行綜合費用最少等這些優(yōu)化原則來實現(xiàn) 多種能源的實施調(diào)度。

兩個結(jié)合起來，制定出比較好的運行策略，然后進入我們的仿真系統(tǒng)進行對比，拿出對比結(jié)果，到平臺上進行實施應(yīng)用，最后轉(zhuǎn)化成希望具體的運行策略，在項目上進行應(yīng)用。

這個是我們能效機房PDCA的管控體系的實現(xiàn)，就是從規(guī)劃設(shè)計開始，然后到施工調(diào)試，再到運維調(diào)度，最后提出一些比較好的改進建議，比如說是不是可以降低10%左右，再反饋到設(shè)計，來進行能效機房的提升。

因為我們能效中心比較多，所以建立了一個統(tǒng)一的指標體系，就是從經(jīng)濟到能效的一個指標體系，在后續(xù)還會有展開的介紹。

然后說到第三個層次，也就是這個企業(yè)級的能源管理運行中心，這個方面主要是基于這個大數(shù)據(jù)的技術(shù)對多個能源站，它的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)一的匯總，具體的功能包含了這四個模塊，下面我就分開進行一個闡述。

首先是能源管理，能源管理這個方面，我們首先是從項目上，把這個大數(shù)據(jù)收集上來，然后接下來就根據(jù)這個大數(shù)據(jù)對各個項目的能效進行一個分析，再接下來就是根據(jù)這個能效和大數(shù)據(jù)，以及能源的價格然后得到每個項目經(jīng)營的情況，最終從能效方面、經(jīng)濟方面來實現(xiàn)一個行業(yè)的整體對標。

從能源大數(shù)據(jù)上來講，我們收集的就是能源需求與消耗的這些數(shù)據(jù)，從而得到這個項目各個不同的業(yè)態(tài)，它的負荷和能效水平可以降低裝機大概20%。從這個上面就可以節(jié)省投資大概15%。

能效KPI這個方面，是收集不同項目，比如都是電制冷它分布在不同的項目上面，可能采用的是不同品牌的電制冷機，我們通過這些數(shù)據(jù)，然后再結(jié)合這個電熱冷機本身的造價和它運行維護的管理，從而可以得到我們不同品牌的設(shè)備，它用哪種會比較好？

再一個方面，通過能效的整體分析，然后我們可以判別出來不同的能源系統(tǒng)，在同一個站里面不同的能效系統(tǒng)它的能效水平分別是什么樣子的，從而提升整個能源中心的綜合能源利用率。

經(jīng)營方面，大家都比較容易理解，我通過成本和利潤的分析，來實現(xiàn)利潤持續(xù)的增長，最終這個行業(yè)對標就是我通過能效和整體的成本和利潤進行一個統(tǒng)一的對比，知道我們這個能源站在整個行業(yè)中的水平，找到差距，從而提升我們自己，也提升咱們整個行業(yè)的能效管理水平。

我們第三層平臺，第二個方面就是項目管理，這部分項目管理，可能和大多數(shù)目前在座的能源管理云平臺比較相像，比如說華興安泰本身也已經(jīng)做了這么一個平臺，包括我們參觀過很多公司所做的平臺，基本上都有這些情況，我就不統(tǒng)一說了。基本上包含了全局的狀態(tài)監(jiān)視，安全的管理，客戶關(guān)系的管理和設(shè)備的管理，我們在這兒有一點點不同就是在班組管理方面，因為我們也是實行幾班幾運轉(zhuǎn)，所以會對不同的班組進行不同的管理。我們通過班組的管理主要目的就是記錄每個班組在實際的運行中他的節(jié)能行為，從而能夠促進這個班組實現(xiàn)行為節(jié)能，在整個公司也進行一個考核。

我們建設(shè)這個能源管理云平臺，有兩個比較亮的亮點：

1、能源魔方，是指我們所有的能源中心它都有不同的屬性，包括它的建筑年代，它的業(yè)態(tài)，它的經(jīng)濟指標，或者是它的能效指標，它有不同的維度，我們通過這么一個能源魔方在平臺上的應(yīng)用，從而讓它作為一個不同的維度，對這個數(shù)據(jù)進行篩選和對比，從而能夠得到更加可靠的這么一個對比的數(shù)據(jù)。

2、數(shù)據(jù)庫指標體系，這個指標體系也是從上到下，分了大概四層，第一層次經(jīng)濟和節(jié)能環(huán)保類的，這個就是圍繞著我們能源項目建設(shè)的目標提出來的；再往下是能源類的指標；接著是能效指標；最終反饋到就是我們電壓、電流，還有溫度、壓力質(zhì)量類的指標，整體建設(shè)的指標系五大類22項158個。

下面說一下我們所做的智慧能源管理體系在北京城市副中心中的應(yīng)用，北京城市副中心，這個是我們目前在建設(shè)的6號站，它是要堅持世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位，建設(shè)一流的新能源示范中心。

北京城市副中心它最核心的其實就是地緣熱泵、蓄能，這個地方大概是占裝機比例60%以上，最終實現(xiàn)的效果就是清潔能源比例達到100%，可再生能源比例超過40%。

這是我們在副中心所搭建的這么一個平臺，就是智慧管理平臺的一個效果圖。我們將來會在副中心的6號站，它的智慧掌上中心進行統(tǒng)一的智慧能源管理平臺的展示。

我們這個副中心在這個方面所作的能效機房的應(yīng)用，也是從項目開始，規(guī)劃設(shè)計過程中，提出一個目標的指標體系和設(shè)計體系。通過BIM的設(shè)計來減少管道的交叉和碰撞，然后來實現(xiàn)施工。

這一塊我們將25種運行模式輸入到我們仿真系統(tǒng)，進行整體的規(guī)劃和管理。

我們是采用一個大倍率彎管和順水彎頭優(yōu)化，然后保證了這個項目本身的這些檢修空間。

這是我們當(dāng)時在設(shè)計階段所制定的北京城市副中心的運行策略，就是分別按照冬季和夏季進行一些分類，或者是地緣熱泵+電制冷，以及三聯(lián)供它具體的運行時間。在冬季也是同樣類似的情況，通過這樣的運行策略，核心也是保證可再生能源利用率，在這個基礎(chǔ)上是盡量降低運行成本。

我們現(xiàn)在所做的第一層次的自控系統(tǒng)，包含三聯(lián)供、地緣熱泵、蓄能、電制冷以及補水方面的自控系統(tǒng)。

上升到第二層次，就是把前面不同設(shè)備的控制策略，然后根據(jù)不同時段能源的價格，來制定出比較好的運行策略，剛才提到25種控制策略，輸入到我們雙胞胎的數(shù)字系統(tǒng)里面，進行一個整體的控制策略的計算，然后得到最佳的運行策略，再反饋到一層系統(tǒng)進行一個實施。

目前北京城市副中心建設(shè)之后，我們預(yù)計清潔能源利用率可以達到100%，地緣熱泵含蓄能裝機比例80%，然后整個系統(tǒng)所有效率大于3，節(jié)能率超過35%，整個系統(tǒng)的二氧化碳減排率能夠達到41%。

我的分享完畢，謝謝大家！