推动建设智慧用能体系 促进能源消费转型

来源:国家电网报 作者:陈宋宋 发布时间:2022-03-30 09:51 关键词: 用电负荷电能替代智慧用能
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核心提示 在“双碳”目标的驱动下,我国对智慧用能相关技术研究和工程应用的需求更加迫切。目前,智慧用能技术研究主要集中在智能用电、综合能源、电能替代、新能源汽车充换电等方向,并取得了一定的应用成果。中国电科院相关领域专业人士认为,应从政策机制、技术支撑、商业模式、标准规范、示范建设等方面入手,推动建立智慧用能体系。


智慧用能的主要特征


能源是国民经济的重要物质基础,包含生产、传输、存储、消费等环节。当信息与能源深度融合时,能源被赋予了“智慧”的特征。里夫金在《第三次工业革命》一书中,描述了可再生能源、建筑微型发电厂、氢能及其他储能、能源共享网络、插电式汽车等五大支柱,以及“任何能源生产者都能够将所生产的能源通过一种外部网格式的智能型分布式电力系统与他人分享”的场景。


可再生、分布式、智能电网、友好互动、开放共享……结合诸多要素,智慧用能可以理解为将先进的信息通信技术与能源技术深度融合,借鉴互联网思维,为终端能源使用者提供能效诊断、需求响应、智能运维、多能互补、用能安全、能源交易等多种服务,打造能源互联共享新模式,延伸用能服务价值边界,实现高效率能源使用、高比例清洁能源消纳、高可靠能源供给等目标。


智慧用能这一概念引入国内后,与之相关的技术研究也逐渐兴起。2012年,中国电力科学研究院成立了用电与能效研究所,开展智慧用能技术领域的基础理论与重大关键技术研究,以及核心装备研发。2015年,清华大学、华北电力大学等高校相继成立能源互联网创新研究院、能源互联网研究中心等,聚焦智慧用能等关键技术开展跨专业科研攻关。


智慧用能技术研究应用取得成效


当前,我国智慧用能技术研究主要集中在智能用电、综合能源、电能替代、新能源汽车充换电等方向。


在智能用电领域,我国主要开展了用电大数据挖掘、需求响应资源协调优化运行、分布式能源系统优化运行、有序用电和负荷管理等技术研究。中国电科院研发的自动需求响应终端设备、典型需求响应资源接口模型等在浙江、河北等地应用,支撑了当地钢铁、水泥、建材、纺织、印染、金属制造等工业用户,以及酒店、商场、办公楼等楼宇用户参与电网运行调节。


在综合能源领域,相关研究聚焦用能系统能效测评与分析、综合能源系统规划与运维、需求侧多能互补与节能低碳等方面。国家电网公司电力需求侧协调控制技术联合实验室研发的综合能源系统仿真平台,在支撑工商业园区、工业企业多品类能源接入规划、能源资源综合利用、用能系统优化运行等方面发挥了较好作用。此外,我国多地打造了综合能源示范项目,通过能源系统改造、能源托管等降低用户的用能成本。


在电能替代领域,相关研究主要包括多领域电能替代潜力挖掘、电能服务管理、电氢转换等。长江沿线省份大力推广港口岸电技术。江苏则在粮食电烘干、全电厨房等方面开展了较成熟的应用实践。


在新能源汽车充换电领域,我国主要开展了新能源汽车有序充电、车网互动、即插即充等技术研究。国网上海电力在新能源汽车参与需求响应方面开展了常态化应用。国网电动汽车公司组织北京、天津、河北等地的新能源汽车负荷参与华北电力调峰辅助服务市场交易,促进了清洁能源消纳。


在“双碳”目标驱动下,电网企业对智慧用能开展了有益探索。国家电网公司提出建设能源互联网,构建以客户为中心的智慧能源综合服务体系,包括负荷管理提升、节能提效深化、用能低碳转型、用电安全保障等内容。南方电网公司提出建设数字电网,通过先进数字技术与能源生态深度融合提高能源领域数字化、智能化、网络化、低碳化水平。除了电网企业,其他企业也进军智慧用能领域,如一些互联网企业和科技企业提出构建智能物联操作系统,利用新能源微网、储能电站和智慧能源管理系统提升可再生能源利用比例等。


推动建立智慧用能体系至关重要


目前,智慧用能技术实际应用的规模仍较小,在政策机制、技术支撑、商业模式、标准规范、示范建设等方面面临诸多挑战。因此,推动建立智慧用能体系至关重要。


一是建立健全相关政策。智慧用能领域参与的主体多,包括电网公司、售电公司、负荷聚合商、终端用户等。目前,政策层面尚未形成有利于主体培育、健康发展的体系性要求。需要进一步完善终端能效精准管控、可再生能源消纳、需求响应市场机制、分布式能源利用、用户参与电力市场等相关配套、细化政策,制定助力分布式能源、智能电网、储能、多能互补、氢能等关键领域发展的产业政策。


二是加强关键技术攻关。应加强信息理论、能量管理、材料科学等基础理论研究,深化大云物移智链等数字化技术攻关,以及量子通信、纳米材料、高温超导等前沿技术与传统能源技术的融合研究,着力构建一个信息、能量高度耦合的开放式能源互联网系统。这一系统在能源的获取方面,可实现风、光、水、核、氢、冷、热、储的全面高效利用和互补转换;在能源传输方面,可实现交直流电力网络、无线能量传输、分布式边缘灵活传输等方式普及应用;在能源使用方面,打造能源系统管理、设备即插即用、能源综合利用、负荷优化调节、节能低碳运行、自由市场交易等个性化方案。


三是加快完善商业模式。推动建立各方参与的市场化机制,在用户侧引入用能权交易、碳交易、辅助服务交易、现货交易等模式,还原能源及其衍生品的商品属性,调动市场主体的积极性。在智慧能源服务机制下,相关参与方可以基于能源互联网平台提供或享受能源、信息服务;供方、需方主体之间依托灵活的投融资手段、“类互联网”的服务模式和开放共享的市场交易模式,开展自主、高效、智能的商业化用能行为,最终形成基于能源互联网多类型交易的智慧用能生态圈。


四是强化标准规范实施。当前,智慧用能项目建设、业务运行的规范化程度不高,导致系统运行效率较低,项目难以得到大规模推广。从源头上解决该问题的方法就是加强标准化应用。一方面要持续完善行业能效、需求响应、分布式电源并网、绿色用能等标准规范;另一方面要提升检验检测能力,对涉及用能领域尤其是关系到用能安全、能耗指标、碳排放指标的系统、终端(如储能设备、需求响应终端、并网设备等)开展强制性功能性能检测,淘汰不合格产品,增强产品复用性、互联性。


五是推进示范工程建设。示范项目建设主要是对上述四项举措进行验证。针对政策机制,重点在于根据实施效果及时评估和调整政策;针对关键技术,需要加强成果研发,在园区、工厂、楼宇、乡村等多场景开展试点应用,畅通成果转化路径;针对商业模式,应更加注重培育创新型企业、创新机制;针对标准规范,要评估标准应用实施的效益,结合政策要求,加快推动相关领域标准化产品的推广应用。


智慧用能的最终目的是清洁、高效、安全、可持续地使用能源,智慧用能将伴随政策完善、技术进步、模式创新、标准规范和示范建设不断发展,成为能源革命的驱动力。


(作者单位:中国电力科学研究院有限公司)


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