互联网时代的用能想象

广州供电局“面向特大城市电网能源互联网”的探索

信息来源:南方电网报  发布时间2019-07-09

  南沙微电网项目全景。白珍妮 摄

  智慧路灯示意图。

 

  每年夏天,许苑就有点儿紧张。尤其前几年,广州市城中村停电的新闻经常见诸报章,许苑也跟着着急。不是因为“舆情”,而是广州如此炎热的天气,停电真的“累街坊”。

  据不完全统计,广州市300多个城中村里,聚居着800多万人口。村社很难提供新建电房位置和电缆走廊用地,停电成为难于根治的问题。最近几年随着广州市政府、广州供电局、村社(自投资金)加大投入,进行城中村用电改造,情况有所好转。广州供电局计划发展部主网规划科副科长许苑一直从事计划工作。当时她便思考,有没有另外的方法解决城中村停电难题。

  2016年中,广州供电局提出“面向特大城市电网能源互联网”的课题,并申请国家能源局首批“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目。其中“通信基站闲散储能示范”这一创新业态解决了城中村供电能力受限问题。不仅这一创新业态,示范项目里的每一个细节,都是从广州的用能情况出发,探讨综合解决广州峰谷差大、用能过于依赖外部、能源综合利用效率低等问题。

  项 目2017年6月获批,2019年5月通过验收。它很好地展示了在工业园区怎样实现电、热多元互动,微电网模型化建造且易复制,电动汽车、智慧路灯等特大城市能源系统核心元素均列入其中。从某种意义上讲,这是以广州为代表的特大城市未来用能的预演。

  创新业态:盘活闲散资源共享创造效益

  有一段时间,许苑喜欢研究广州的负荷数据,“你会清晰地发现广州用能的峰谷差非常大,很多线路重过载。”许苑分析:“广州低谷只有高峰负荷的35%。建设大量变电站和线路如果只在高峰使用,非常不经济。所以我们要尽可能把存量资产盘活起来。”广州供电局在做这个项目时如同精打细算的家庭主妇,把共享蕴含的减少浪费、互惠共赢的优点发挥到了极致。

  中国铁塔有限公司广州公司(以下简称“广州铁塔公司”)有2万多个通信基站,机房里配有超过400兆瓦时的备用电池储能资源。这些储能全寿命周期可以充放电500次,实际上平均只用到4—6次。5G到来后,基站功耗、布点密度将为4G的3—4倍,根据测算,仅广州可利用的储能将可达到8000—10000兆瓦时。

  在这样的背景下,广州供电局和广州铁塔公司合作“通信基站闲散储能示范”项目建设。在保证基站应急用电和安全的基础上,利用电池剩余容量30%—50%开展电网调峰服务。现在这一项目以白云区供电形势严峻的城中村区域为建设范围,选取100个基站点,利用基站退役电池建设480千瓦/3.94兆瓦时的电池储能系统。“通信基站闲散储能示范”通过软件定义能量交换机及云平台进行储能资源的数字化、虚拟化处理,实现退役电池无拆解情况下的均衡充电、拓扑结构自动重构等。

  “我们现在仍然在优化这一示范项目,做更好的模型设计,最大范围为电网削峰填谷,提高社会资源利用率。这一部分资源也会通过数字能量交换系统转化为新型网络资产,依托云储能管控平台开展大规模分布式电池能量管控服务。到时可以调度云储能系统参与调峰、调频、备用等辅助服务市场。”

  目前,中国铁塔公司成立了铁塔能源有限公司,注册资本50亿元,已确定以基站备电储能业务为切入点,进入新能源领域。这也预示着电网与铁塔公司的合作方式将更加多元化。

  城市层面充电设施示范则很好地彰显了如何最大化地做好资源配置。根据广州市发改委要求,2020年广州将全面实现公交车100%电动化。截至2019年1月,广州供电局建成充电站245座,充电桩9020个,可服务5万辆电动汽车。除了已建成面向全市的充电设施智能管理平台,支持1万个充电设施的数据终端接入外,广州供电局在这个示范项目中还重点解决了车网协同的问题。

  位于广州市梅东路大桥底下的充电桩,全部安装了有序充电管控装置。许苑介绍,每个管控装置可控制的充电桩数量可达30个以上。“这个装置可以避免瞬时充电过大,局部重过载。现在土地资源非常宝贵,为了尖峰负荷配置更多的电网设备并不划算。”现在这个装置不仅可以读取数据,还能够自主学习。“这样等电力市场交易品种更加丰富时,我们可以根据电力市场的价格,建议用户到合适的地方充电,也能起到调峰的作用。”

  智慧路灯的示范也是这种合理配置资源的思路。在广州天河南二路,原来52杆路灯缩减至35杆,但原有功能还增加了。市民可以随时使用路灯杆内置的大功率直流充电桩充电。杆上还叠加了手机充电、信息智能检索、广播、监控等功能,在路灯杆防漏电保护方面也有了新的作为。广州市政府已经决定,2019年以后新建道路将全面配置智慧路灯,广州塔等地周边重要路段也逐步开始了智慧路灯的改造。

  智慧园区:探索一揽子用能解决方案

  整个示范项目中,从化明珠工业园多元互动示范区、中新知识城高可靠示范区、南沙高可靠性低碳微电网分别代表传统园区升级、智慧新城、新型保底微电网,是电网企业在向综合能源服务商转型中的示范。

  南沙微电网示范项目选址在广州供电局供用技术研发基地,濒临蕉门水道,近珠江入海口,是台风自然灾害多发区域。目前已建成的南沙微电网示范项目可实现离网孤岛长期运行,“里面包含的太阳能光伏发电系统、新电池储能系统及退役电池梯次利用系统等可以保证重要用户不间断供电,并在灾后迅速恢复重要负荷供电,有黑启动能力。”广州供电局计划发展部能源互联网项目管理部技术助理专责陈坤介绍。

  广州供电局还借微电网项目探索微电网标准设计、可复制推广的商业模式和运营模式。“也就是说,我们的南沙微电网示范项目实现了70%的模块化,如果有客户需要,我们可以独家为他们订制,且能快速建成。”这意味着一旦微网内部关键成本降低、市场环境成熟后,广州供电局可以在综合能源市场上抢占先机。

  微电网与储能技术的发展密不可分。未来电网形态很有可能过渡到集中与分散并存的状态。在储能发展比较发达的美国得克萨斯州,微网级的储能项目不仅作为自身的保底电网应对极端天气,而且能够响应服务公用电网的调频、平滑可再生能源电力输出等。

  “现在,我们的微电网主要还是作为保底电网存在,未来,它也会像国外的微电网一样参与调峰等,在电力交易市场上获得一定的收益。对我们电网来说,则能降低延缓电网投资。”陈坤说道。

  在从化明珠工业园多元互动项目里,广州供电局探讨面向工业园区的综合能源服务,项目通过分析园区企业用能特点以及附近可使用的能源,联合多方主体建设含光伏发电、冷热电三联供、储能、溴化锂吸收式制冷机等在内的综合能源系统,并提出运行优化措施,年用能成本可节约21%。以园区中万力轮胎公司为例,它的密炼工艺由11台密炼机组成,用电占万力轮胎公司总用电的50%以上。广州供电局系统运行部配网分析专责曾顺奇展示了几组工艺曲线,当无序生产控制1小时,11台密炼机最大高功率达到6200千瓦;通过识别每台密炼机典型工艺过程的负荷曲线进行有序控制,并设置不同的平移时间,当平移时间20秒时,最大功率已变为5000千瓦,削峰比例19%。

  “在负荷尖峰时段,这个过程对万力轮胎公司的生产基本没有影响,但是通过这样的调节,最高能削减尖峰负荷35%。”这样复杂的数学计算背后带来的是能源的高效利用。“对企业来说可以减少成本,对电网来说可以延缓电网建设投资,不用为了尖峰而扩建,对政府,则可以减少碳排放等社会效益。”对于这样一举三得的项目在推广时还是面临着一些难题。“技术原理已经基本成熟,我们可以根据工业园区提供符合他们特性的最佳综合能源服务方案,但是如何取得企业的信任,这中间还需要策划能够实现多方共赢的合作模式。”曾顺奇说道。比起南沙、从化明珠工业园的两个示范项目,中心知识城智慧新区项目更容易理解,也与普通市民生活更贴近。这个智能小区是南方电网公司首个“互联网+智慧用能综合示范小区”。在该智能小区中,广州供电局通过利用低压电缆复合光缆代替原电力传输电缆,实现了光缆与电缆同步铺设入户,涵盖1454户。

  值得一提的是,在这个小区中,广州供电局与广州电信、移动、联通三大运营商合作,在满足用户智能用电需求的同时,还为电信网、广播电视网、互联网的信号传输提供了便捷通道,推动了电网、电信网、广电网和互联网四网的深度融合。此外,广州供电局还联合广州市水投集团、燃气公司在该小区内示范了三表(电、水、煤气)集抄业务。

  “总体来说,我们的工业企业用能成本偏高、整体综合能效偏低,我们的三个智慧园区示范项目着重点在于通过‘集装箱’式的方法,打造可复制的模型,未来可推广至更多的园区。”许苑总结道。

  延伸方向:打造数据平台 未来用能更美好

  构建数据模型是每个示范项目中很重要的一部分,采访中,许苑、曾顺奇均屡次提到“大数据”,“因为你要处理的信息很多,在一个工业园区里,大家有不同的用能需求。放到一个特大型城市里,当可调配的分布式能源即加入的变量越多,你如何算出最佳方案?”这一切都得有更多的示范项目打底。

  基于这3个智慧园区、3个创新业态示范项目,广州供电局搭建了“互联网+”智慧能源综合服务平台。通过这个平台,广州供电局可以累积大量有用的数据,对大规模闲散储能电池资源进行自动巡检和能量调度,降低运维成本,提高闲置电池资产利用效率,同时解决电网公司在配网侧和用户侧部署储能系统所面临的场地和成本等行业痛点问题。通过这个平台下的广州市充电设施运营监控运营管理平台和羊城充APP,实现全市充电运营商的统一接入、电动汽车充电预约、充电引导、便捷支付等功能。

  “未来这个平台会和现有的调度平台打通。也就是铁塔公司的基站储能资源,多个地方的自有微网等都可以入网参与调度。随着储能等市场的拓展,这会是一个大的趋势。到时这也可以改变广州市高度依赖外部能源(现在本地能源自给率只有35%)、峰谷差比较大的现状。”许苑对未来抱有很大的期待。

  同样值得期待的还有各行业的打通。负责项目验收的专家、清华大学能源互联网研究院院长康重庆提到,广州供电局和政府、企业在项目实施过程中签署的各类合作协议,是他在别的项目没见到的。“广州供电局的项目实现了电网企业牵头,地方政府、相关企业、公众共同参与,推动能源互联网项目落地,像智慧路灯把十多个功能融合到一起,公众可以给电动车、手机充电,查询地图,示范效果非常好,达到国家能源局设定的目标。”

  对此,许苑说出了初衷:“只考虑对我们有好处,人家不会配合的。在合作的过程中,我们要找到几方都能接受的临界点。因为示范项目也要考虑未来的商业模式。”这在国外的综合能源服务中早已是常态。东京电力公司为了补齐综合能源服务业务、能源消费侧技术短版,选择跨界合作,共同开拓综合能源服务市场。在推广智能家居改造等新商业模式中,东京电力便与索尼电子电器公司等开展战略合作。

  这次广州供电局“面向特大城市电网能源互联网项目”做出了很好的“共享合作示范”。下一步要考虑的则是由多点到面,示范变成一种效仿,最终得以推广。

  南网传媒全媒体记者 刘杰 通讯员 何靖治

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