滕小果："多能協(xié)同，智能耦合"--打造綠色能源解決方案

編者按：2021年12月7-8日，以“雙碳目標下的智慧方案與行業(yè)機遇”為主題的第十七屆中國分布式能源國際論壇于西安召開(kāi)。本次會(huì )議由中國能源研究會(huì )分布式能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、中國能源網(wǎng)主辦，陜西分布式能源股份有限公司聯(lián)合主辦。會(huì )上，北燃能源技術(shù)研發(fā)部經(jīng)理助理、高級工程師滕小果發(fā)表了“‘多能協(xié)同，智能耦合’--打造綠色能源解決方案”的主旨演講。

以下內容根據大會(huì )演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

滕小果：各位領(lǐng)導，各位同仁，我叫滕小果，來(lái)自北京燃氣能源發(fā)展有限公司，今天和大家分享的題目是，多能協(xié)同，智能耦合--打造綠色能源解決方案。

我的分享包括三個(gè)部分，首先簡(jiǎn)單介紹一下我們企業(yè)。我們是北京燃氣集團的全資子公司，北京燃氣集團成立于1958年，到現在已經(jīng)有60多年的歷史，主要負責的是北京市天然氣投資、建設和運維，2020年天然氣的銷(xiāo)售量169億立方米，營(yíng)收428億元，利潤總額40億元，資產(chǎn)規模825億元。北京市是國內最大的耗資源城市，僅次于莫斯科，位居世界第二。2017年集團董事長(cháng)李?lèi)?ài)蘭女士當選國際燃氣聯(lián)盟2022-2025年任期主席。

北京燃氣能源發(fā)展有限公司是燃氣集團的全資子公司，成立于2011年12月，主要定位是區域清潔能源服務(wù)商，可以提供從規劃、設計、投資、建設、運維一體化商務(wù)模式。為用戶(hù)提供供熱、供冷、供電服務(wù)，公司打造的是以燃氣綜合利用為核心，多能源耦合的綜合能源系統，同時(shí)才有智慧能源管理，實(shí)現區域能源的統一調動(dòng)和管理。我們公司現在堅持的是深耕北京，布局全國發(fā)展戰略，從右下角的圖上可以看到，橙色的部分是現在有項目的城市和省份。"十四五"期間我們計劃投資100億元，主要拓展燃氣耦合、光伏、熱泵、分布式可再生能源等等業(yè)務(wù)類(lèi)型。

經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，公司已經(jīng)簽約面積3800萬(wàn)平米，總投資32億，已經(jīng)實(shí)現了燃氣供熱、燃氣三聯(lián)供、熱泵、續能、光伏、分布式和燃氣耦合等等清潔能源技術(shù)落地。下面簡(jiǎn)單介紹六個(gè)典型項目。

第一，雄安新區容東片區綜合能源項目，我們采用的是燃氣三聯(lián)供、地熱和光伏，以及儲能相耦合的能源形式，可再生能源利用率可以達到39%。

第二，今年剛開(kāi)源的環(huán)球影城項目，采取的三聯(lián)供、冰蓄冷和自然冷卻耦合的能源形式，這個(gè)項目主要特征是保證了四度的穩定低溫供冷，保障大負荷的快速響應，滿(mǎn)足用戶(hù)定制化的需求。

第三，南京信息工程大學(xué)冷熱項目，這個(gè)項目主要是開(kāi)創(chuàng )了南方集中供暖先例，采用的是余熱利用。

第四，中石油創(chuàng )新基地數據中心項目，這個(gè)項目是采用三聯(lián)供耦合自然冷卻能源形式，24小時(shí)不間斷的為數據中心攻關(guān)電和供冷。

第五，陜西寶雞冷熱項目，這個(gè)項目主要采用的是地源熱泵結合輔助熱源能源形式，目前是全球第二大單體地源熱泵項目，目前項目住地是綠色三星建筑。

第六，北京雁棲湖能源中心項目，這個(gè)項目采用的是燃氣三聯(lián)供與分布式光伏耦合能源供應形式。

接下來(lái)介紹技術(shù)發(fā)展路徑和落地措施。為了響應碳中和目標，我們提出了以系統節能為基礎，以超低碳耦合系統為過(guò)度，以零碳能源應用為目標的碳中和路徑。首先按照高碳、低碳、超低碳順序，實(shí)現清潔能源替代，同時(shí)我們要對建筑本身做好綠色建筑節能改造，供能系統要做好提質(zhì)增效。更為重要的是要大力發(fā)展可再生能源耦合天然氣儲能等超低碳能源系統，來(lái)實(shí)現系統節能減排，最終實(shí)現零碳能源替代，實(shí)現碳中和。

我們發(fā)展路徑和落地措施可以概括為技術(shù)理念、技術(shù)核心和技術(shù)體系三個(gè)部分。首先介紹技術(shù)理念，也就是多能協(xié)同、智能耦合，這是利用綜合能源技術(shù)，依托互聯(lián)網(wǎng)+信息化手段，以燃氣作為基礎能源保障，優(yōu)先利用可再生能源，并與各種新能源技術(shù)實(shí)現可持續低碳化、人性化、共享化區域能源供應，這種技術(shù)理念可以帶來(lái)五個(gè)方面的優(yōu)勢。

第一是能夠提高能源供應的安全性和可靠性，為可再生能源利用率提升提供基礎保障，這是因為我們是以天然氣作為基礎保障能源，可以彌補可再生能源不連續、不穩定的這些問(wèn)題，提高整個(gè)能源系統的安全和可靠性。第二針對大型區域可以實(shí)現統一規劃、分布實(shí)施，進(jìn)行分布式、組團式能源開(kāi)發(fā)和供應。第三耦合源網(wǎng)荷儲，可以提高系統能效，實(shí)現社會(huì )效益、經(jīng)濟效益等多重效益。第四配置了智能化能源管理平臺，可以實(shí)現負荷預測和智慧運行，同時(shí)在"3060"的大背景下，碳交易平臺也是未來(lái)的重要發(fā)展方向。第五我們可以提供整體式規劃、設計、投資、開(kāi)發(fā)、建設、運營(yíng)以及維護一體化商業(yè)模式，提供交鑰匙工程，即將全方位的整合。技術(shù)形式可以有煤改清潔能源，提升系統能效，能源積極利用，太陽(yáng)能、光伏、地源熱泵、多能源耦合技術(shù)等等。

接下來(lái)是兩大基礎核心能力，也就是規劃整合能力和智慧運營(yíng)能力。所謂規劃整合能力，也就是從商務(wù)模式上進(jìn)行整合，就可以提供規劃、設計、投資、開(kāi)發(fā)、建設、運營(yíng)，以及從這幾種里面挑幾種所進(jìn)行的商務(wù)模式靈活創(chuàng )新和改造。第二種整合是基礎措施整合，也就是通過(guò)整合能源公司三級三冊一體系的基礎措施，可以整體提高系統能效。再一個(gè)是行業(yè)資源整合。

第二個(gè)重要的核心能力是智慧運營(yíng)能力，它主要包括智慧調度、智慧管理和能源交易，我們還提出了一套技術(shù)體系作為支撐，也就是三級三冊一體系，三級也就是北燃能源資助研發(fā)的智慧能源管控體系及我們搭建了三級能源管理平臺，通過(guò)它可以靈活的切換綜合能源系統的多種模式，提升綜合能效，也可以從技術(shù)上保證能源站能夠減人值守，甚至是無(wú)人值守，降低人工成本。

另外通過(guò)平臺的支撐，可以合理地確定運行指標，不斷地優(yōu)化投資方案。三冊也就是我們所做的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)手冊、工程管理手冊、運營(yíng)安全手冊，可以針對項目全周期開(kāi)發(fā)、建設、運營(yíng)三個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域全方位的指導。

一體系是指項目全生命期的指標體系，它是貫穿項目全周期的依據和標準，在項目開(kāi)發(fā)階段，我們要鎖定項目的定位和商務(wù)模式，制定經(jīng)濟、環(huán)保、科學(xué)、高標準的指標體系。在實(shí)施階段是以既定的指標體系為目標，嚴格設計選型、采購和驗收。在運營(yíng)階段，我們再分解指標，指導生產(chǎn)和運行。最后對項目進(jìn)行評價(jià)反饋的階段，就依托于智慧能源管理平臺，可以監督每個(gè)指標的實(shí)現。

最后，我給大家重點(diǎn)介紹低碳綜合能源系統的案例，也就是北京城市副中心六號站的情況。北京城市副中心六號站，我們所采用的健康目標跟前面的技術(shù)理念是相互呼應的。

一是采用多能協(xié)同，智能耦合的綜合能源技術(shù)，使清潔能源利用率達到100%，可再生能源利用率超過(guò)40%。

二是實(shí)現分布式組團式的能源開(kāi)發(fā)和供應，組建區域內冷、熱、電一體化的微能網(wǎng)，實(shí)現能源的雙向互動(dòng)。
三是建設能效機房。

四是打造智慧化的能源運營(yíng)管理交易平臺，完成數據的實(shí)時(shí)監控，系統的自動(dòng)控制和信息化調節，及時(shí)告警、提醒等技術(shù)，實(shí)現無(wú)人值守乃至少人值守的能源中心。

五是構建一體化的商務(wù)模式，實(shí)現項目整體的規劃、設計、投資、開(kāi)發(fā)、建設、運營(yíng)，全方位的整合，優(yōu)化能源供應結構，提升整體的能效。

項目的技術(shù)方案是以燃氣三聯(lián)供為基礎能源保障，有限利用地熱，也就是地源熱泵和儲能系統，并且有鍋爐和電制冷進(jìn)行調峰。功能面積是56.56萬(wàn)平米，冷負荷37.46兆瓦，熱負荷18.34兆瓦。

接下來(lái)我們以冬季供暖為例介紹一下這個(gè)項目的供應系統。冬季的供熱主要分為四個(gè)系統：地源熱泵系統、燃氣三聯(lián)供系統、儲能水池蓄能系統、燃氣鍋爐調峰系統。四個(gè)系統通過(guò)混合之后，向各個(gè)地塊供應低溫的熱水。這樣供應流程充分展現了能源的梯隊利用，對于一千二百度的高溫優(yōu)先用來(lái)發(fā)電，發(fā)電之后的高溫煙氣大概有四百五十度，我們是通過(guò)余熱機降低到一百二十度來(lái)供暖和供冷。

一百二十度的煙氣經(jīng)過(guò)冷凝之后，于地源熱泵低溫側的熱水進(jìn)行換熱，一方面可以把煙氣降低到三十度，實(shí)現消白和深度余熱回收；另一方面可以有效地避免地源熱泵保護的問(wèn)題，提升地源熱泵的效能，大概能提升3%-5%。

接下來(lái)從數據上來(lái)看能效提升的效果，我們將耦合能源系統和單純使用地源熱泵系統供熱相比。對于同樣100份的燃料，耦合系統可以產(chǎn)生202份的熱，而單純使用地源熱泵僅能夠提供138份的熱，從這個(gè)方面來(lái)看，能效提升了46%。

由于整個(gè)綜合能源系統由地源熱泵、燃氣三聯(lián)供、儲能和調峰系統構成，系統相對復雜，所以我們需要匹配智能化的手段來(lái)實(shí)現多能協(xié)同，智能耦合。針對于北京城市副中心六號站的項目，我們對夏季和冬季提供了25種運行模式，這25種運行模式在不同時(shí)段，不同負荷條件下，它的綜合能效和單位的供能成本都是不一樣的。我們可以根據實(shí)際的需求來(lái)進(jìn)行靈活的選擇，選擇可以基于自由化的算法，基本的流程是提前一天或者提前幾個(gè)小時(shí)，由平臺軟件進(jìn)行負荷預測。

根據最優(yōu)經(jīng)濟模式或者是最優(yōu)可再生能源利用率來(lái)制定運行策略，下發(fā)表單給自控系統。自控系統進(jìn)入到表單之后，就把它分解成溫度調節這些控制變量進(jìn)行執行，執行之后再將能耗和成本信息反饋給平臺軟件，實(shí)現優(yōu)化調度。最終平臺軟件根據反饋結果，持續優(yōu)化最優(yōu)化的數據模型，使理論結果和實(shí)際趨于一致。

在這里說(shuō)一下我們實(shí)現優(yōu)化調度和負荷預測是基于仿真系統和智慧能源管理平臺，這兩者是一起聯(lián)合打造了數字雙胞胎系統。利用這種數字雙胞胎系統可以在線(xiàn)模擬不同情況下，能源站的運行策略，輔助二級平臺，實(shí)現平臺策略庫數據相互交互、共享，兩者相互驗證，相輔相成。

仿真系統還具備教練培訓功能，項目人員通過(guò)該項功能可以快速地認識能源站的系統設備，了解系統的動(dòng)態(tài)特性，熟練各種工況。這是我們構建的整體指標體系，有四級。如今在六號站上實(shí)現了一次綜合能效是2.36，清潔能源利用率是100%，可再生能源利用率是41%，系統節能率達到了29%。

最后，我們用五個(gè)關(guān)鍵詞來(lái)總結打造的超低碳綜合能源系統，也就是節能、低碳、經(jīng)濟、安全、智慧。節能是節能率達到29%，低碳是可再生能源利用率達到41%，減排率達到26%，經(jīng)濟方面可以為用戶(hù)提供優(yōu)惠的能源價(jià)格，安全方面是具備多重的能源保障。