劉蕾:智慧能源體系建設和應用

編者按：2019年6月5～6日，"未來(lái)能源大會(huì )（FEC2019）暨第十五屆中國能源戰略投資論壇"在北京中奧馬哥孛羅大酒店召開(kāi)。本次未來(lái)能源大會(huì )匯集了國內外、中科院、工程院院士專(zhuān)家，共同探討"傳統能源"向"未來(lái)能源"轉型融合的趨勢。會(huì )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《智慧能源體系建設和應用》的主旨演講。

以下內容為中國能源網(wǎng)根據現場(chǎng)實(shí)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(lái)，所以委托我對我們智慧能源體系進(jìn)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(gè)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(zhuān)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(shuō)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這些項目的過(guò)程中，對能源進(jìn)行了一個(gè)轉型，就是從天然氣分布式轉到了技術(shù)領(lǐng)先型的情潔能源供應商。是提供從規劃設計、投資、建設、運營(yíng)一體化的這么一個(gè)商務(wù)模式，來(lái)實(shí)現區域內能源的統一調度和管理，保障區域內低碳、高效、低成本、可持續的發(fā)展。

這是現在能源發(fā)展有限公司所拓展的項目，目前運營(yíng)的有429個(gè)，在建的項目10個(gè)，運營(yíng)中的也有10個(gè)。分幾大類(lèi)，一個(gè)是區域項目，就是北京環(huán)球影城這些區域型的項目。第二類(lèi)就是酒店類(lèi)；第三類(lèi)是樓宇，包括數據中心和工業(yè)項目。這里面提到一個(gè)是中石油創(chuàng )新基地，這是獲得了國家能源局所批復的首批天然氣，就是組建了這么一個(gè)光伏+分布式能源的一個(gè)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(gè)方面：

1、建設背景；

2、核心理念；

3、能源管理平臺。

先說(shuō)建設背景，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(shuō)的多能協(xié)同，為什么提出這個(gè)概念？這個(gè)實(shí)際上我們在開(kāi)發(fā)北京城市副中心的過(guò)程中，提到要最大化的利用可再生能源，要使區域內的可再生能源利用率達到40%以上，40%這個(gè)數字是非常高的，相當于在全世界來(lái)講，這個(gè)數字都是還沒(méi)有達到呢，我們怎么提高這個(gè)可再生能源利用率呢？我們知道我們現在所用的可再生能源，包括風(fēng)能、光伏，它有不連續、不穩定的特點(diǎn)，我們現在沒(méi)有說(shuō)哪個(gè)項目敢于直接只用單獨的分布式能源，包括我們現在所說(shuō)的淺層地熱能，當然我不是說(shuō)淺層地熱能不好，咱們現在所有的淺層地熱的能源到現在為止也沒(méi)有敢直接只用淺層地熱，不耦合這種鍋爐或者其他的常規的能源系統來(lái)給用戶(hù)供熱。

所以說(shuō)我們?yōu)榱颂岣哌@個(gè)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(jìn)行一個(gè)耦合，也就是說(shuō)常規的可再生能源如果和鍋爐，就是跟鍋爐耦合它這個(gè)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)結合點(diǎn)的。我們知道相當于地緣熱泵，它需要消耗非常多的電，而這個(gè)天然氣三聯(lián)供系統能夠產(chǎn)生電，所以一個(gè)是需要，一個(gè)產(chǎn)生，所以這方面有一個(gè)耦合。

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

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

只是在能源的供應側，我們建了這么一個(gè)系統之后，在這個(gè)里面擁有多種能源系統，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(shí)際運行的時(shí)候，在不同的時(shí)刻都一塊運行還是先開(kāi)啟這個(gè)再開(kāi)啟那個(gè)，就是在不同的時(shí)刻它應該是有一個(gè)最佳的配比，我們如何實(shí)現這么一個(gè)配比？在我們現在的運行人員，可能技術(shù)水平還沒(méi)有到達一定的高度之前，我們可能還需要構建這么一個(gè)智慧化的能源運營(yíng)管理平臺。所以說(shuō)就引入到我們要建這么一個(gè)智慧化的運營(yíng)管理平臺來(lái)實(shí)現多能協(xié)同、智能耦合，給它提供這么一個(gè)技術(shù)手段。這是第二個(gè)方面。

其他的就比較少了，我們在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)統一的規劃建設和運營(yíng)，分布實(shí)施來(lái)進(jìn)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(gè)能效機房的概念，能效機房就是以最優(yōu)的技術(shù)路線(xiàn)，輔以恰當的技術(shù)模式，通過(guò)精細化的運營(yíng)管理來(lái)實(shí)現功能多目標優(yōu)化管理，所謂最優(yōu)的技術(shù)路線(xiàn)就是剛才前面所提到的我們會(huì )結合符合裝機，系統最優(yōu)化的設計，設備選型和控制方案，這是提供一個(gè)最優(yōu)的技術(shù)路線(xiàn)。第二個(gè)輔助一個(gè)恰當的商業(yè)模式可以搭配非常靈活的商務(wù)模式。

再一個(gè)，就是根據這個(gè)設計方案，剛才的多元耦合系統來(lái)對這個(gè)控制策略進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化設計，來(lái)確定最佳的可以是多樣化的，這也是根據這個(gè)項目本身它的政治特征，或者說(shuō)是我們用戶(hù)需要能源低成本的要求，我們會(huì )提供效益最大化，或者是用戶(hù)舒適型最大化，系統能效最大化。

通過(guò)整體能源機房的建設，預計可以提升系統效率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(hù)滿(mǎn)意度可以達到95%以上。

基于這么一個(gè)理念，我們提出能源管理云平臺的構架是三個(gè)層次的平臺，這也是基于我們現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狀，我們提出三個(gè)層次：

第一個(gè)層次，可能是大家都比較熟悉的，也就是常規的自控系統，我們實(shí)現里面多能系統。

在第二個(gè)層次能夠實(shí)現區域內多種能源系統的優(yōu)化調度，然后配合我們在這兒還提出一個(gè)對能源中心建立一個(gè)數字雙胞胎，也就是仿真系統，來(lái)優(yōu)化整體的控制策略方案。

最后這一層和二層的這些數據全部上升到第三個(gè)層次，來(lái)實(shí)現大數據的分析，行業(yè)內部以及行業(yè)內部的信息共享和行業(yè)內部的商務(wù)合作與能源交易。最終實(shí)現對接智慧城市。

首先說(shuō)第一個(gè)層次，就是對自控系統進(jìn)行一個(gè)梳理，對所有新建的能源中心會(huì )要求提出一個(gè)新的計量配置標準和自控的配置標準，來(lái)最終實(shí)現所有的三聯(lián)供系統、地緣熱泵系統、蓄能系統和常規的鍋爐項目的就地控制和數據的獲取。這個(gè)已經(jīng)在我們副中心、環(huán)球影城這些項目上有所應用。

第二個(gè)，對于已經(jīng)運行的項目實(shí)施計量整體的排查和改造，在我們現在集團的燃氣大樓和陜西寶雞，這個(gè)也是非常大的地緣熱泵的項目，對這個(gè)項目進(jìn)行了一個(gè)自控改造，來(lái)實(shí)現這個(gè)系統的完善化。

到第二個(gè)層次就是智慧能源管控平臺，它這個(gè)主要有三塊核心的內容，符合預測，也是結合現在這種大數據的手段；能源站本身專(zhuān)業(yè)性的角度，通過(guò)我們對用戶(hù)側的溫度、濕度進(jìn)行計量來(lái)綜合目前信息化大數據的方法和專(zhuān)業(yè)的手段，來(lái)提出這么一個(gè)符合預測。在這個(gè)仿真模擬上，來(lái)進(jìn)行比較，確定哪個(gè)策略最好，然后再運用到我們的二層平臺中心進(jìn)行一個(gè)比較，最終得到一個(gè)比較好的智能調度。 

基于大數據和機理模型的原則，實(shí)現對不同工礦的仿真模擬提供最佳的策略，第三個(gè)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(lái)實(shí)現 多種能源的實(shí)施調度。

兩個(gè)結合起來(lái)，制定出比較好的運行策略，然后進(jìn)入我們的仿真系統進(jìn)行對比，拿出對比結果，到平臺上進(jìn)行實(shí)施應用，最后轉化成希望具體的運行策略，在項目上進(jìn)行應用。

這個(gè)是我們能效機房PDCA的管控體系的實(shí)現，就是從規劃設計開(kāi)始，然后到施工調試，再到運維調度，最后提出一些比較好的改進(jìn)建議，比如說(shuō)是不是可以降低10%左右，再反饋到設計，來(lái)進(jìn)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(gè)統一的指標體系，就是從經(jīng)濟到能效的一個(gè)指標體系，在后續還會(huì )有展開(kāi)的介紹。

然后說(shuō)到第三個(gè)層次，也就是這個(gè)企業(yè)級的能源管理運行中心，這個(gè)方面主要是基于這個(gè)大數據的技術(shù)對多個(gè)能源站，它的數據進(jìn)行了統一的匯總，具體的功能包含了這四個(gè)模塊，下面我就分開(kāi)進(jìn)行一個(gè)闡述。

首先是能源管理，能源管理這個(gè)方面，我們首先是從項目上，把這個(gè)大數據收集上來(lái)，然后接下來(lái)就根據這個(gè)大數據對各個(gè)項目的能效進(jìn)行一個(gè)分析，再接下來(lái)就是根據這個(gè)能效和大數據，以及能源的價(jià)格然后得到每個(gè)項目經(jīng)營(yíng)的情況，最終從能效方面、經(jīng)濟方面來(lái)實(shí)現一個(gè)行業(yè)的整體對標。

從能源大數據上來(lái)講，我們收集的就是能源需求與消耗的這些數據，從而得到這個(gè)項目各個(gè)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(gè)上面就可以節省投資大概15%。

能效KPI這個(gè)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(guò)這些數據，然后再結合這個(gè)電熱冷機本身的造價(jià)和它運行維護的管理，從而可以得到我們不同品牌的設備，它用哪種會(huì )比較好？

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

經(jīng)營(yíng)方面，大家都比較容易理解，我通過(guò)成本和利潤的分析，來(lái)實(shí)現利潤持續的增長(cháng)，最終這個(gè)行業(yè)對標就是我通過(guò)能效和整體的成本和利潤進(jìn)行一個(gè)統一的對比，知道我們這個(gè)能源站在整個(gè)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(gè)行業(yè)的能效管理水平。

我們第三層平臺，第二個(gè)方面就是項目管理，這部分項目管理，可能和大多數目前在座的能源管理云平臺比較相像，比如說(shuō)華興安泰本身也已經(jīng)做了這么一個(gè)平臺，包括我們參觀(guān)過(guò)很多公司所做的平臺，基本上都有這些情況，我就不統一說(shuō)了?；旧习巳值臓顟B(tài)監視，安全的管理，客戶(hù)關(guān)系的管理和設備的管理，我們在這兒有一點(diǎn)點(diǎn)不同就是在班組管理方面，因為我們也是實(shí)行幾班幾運轉，所以會(huì )對不同的班組進(jìn)行不同的管理。我們通過(guò)班組的管理主要目的就是記錄每個(gè)班組在實(shí)際的運行中他的節能行為，從而能夠促進(jìn)這個(gè)班組實(shí)現行為節能，在整個(gè)公司也進(jìn)行一個(gè)考核。

我們建設這個(gè)能源管理云平臺，有兩個(gè)比較亮的亮點(diǎn)：

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(guò)這么一個(gè)能源魔方在平臺上的應用，從而讓它作為一個(gè)不同的維度，對這個(gè)數據進(jìn)行篩選和對比，從而能夠得到更加可靠的這么一個(gè)對比的數據。

2、數據庫指標體系，這個(gè)指標體系也是從上到下，分了大概四層，第一層次經(jīng)濟和節能環(huán)保類(lèi)的，這個(gè)就是圍繞著(zhù)我們能源項目建設的目標提出來(lái)的；再往下是能源類(lèi)的指標；接著(zhù)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(lèi)的指標，整體建設的指標系五大類(lèi)22項158個(gè)。

下面說(shuō)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用，北京城市副中心，這個(gè)是我們目前在建設的6號站，它是要堅持世界眼光、國際標準、中國特色、高點(diǎn)定位，建設一流的新能源示范中心。

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

這是我們在副中心所搭建的這么一個(gè)平臺，就是智慧管理平臺的一個(gè)效果圖。我們將來(lái)會(huì )在副中心的6號站，它的智慧掌上中心進(jìn)行統一的智慧能源管理平臺的展示。

我們這個(gè)副中心在這個(gè)方面所作的能效機房的應用，也是從項目開(kāi)始，規劃設計過(guò)程中，提出一個(gè)目標的指標體系和設計體系。通過(guò)BIM的設計來(lái)減少管道的交叉和碰撞，然后來(lái)實(shí)現施工。

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

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

這是我們當時(shí)在設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(jìn)行一些分類(lèi)，或者是地緣熱泵+電制冷，以及三聯(lián)供它具體的運行時(shí)間。在冬季也是同樣類(lèi)似的情況，通過(guò)這樣的運行策略，核心也是保證可再生能源利用率，在這個(gè)基礎上是盡量降低運行成本。

我們現在所做的第一層次的自控系統，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。

上升到第二層次，就是把前面不同設備的控制策略，然后根據不同時(shí)段能源的價(jià)格，來(lái)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字系統里面，進(jìn)行一個(gè)整體的控制策略的計算，然后得到最佳的運行策略，再反饋到一層系統進(jìn)行一個(gè)實(shí)施。

目前北京城市副中心建設之后，我們預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(gè)系統所有效率大于3，節能率超過(guò)35%，整個(gè)系統的二氧化碳減排率能夠達到41%。

我的分享完畢，謝謝大家！