山西省研發(fā)能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)應(yīng)用廣泛
來源：山西日報(bào) 時(shí)間：2024-05-20 18:28
能源保障和安全事關(guān)國計(jì)民生，是須臾不可忽視的“國之大者”。作為數(shù)字革命與能源革命深度融合的產(chǎn)物，能源互聯(lián)網(wǎng)是支撐我國能源革命和碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)達(dá)成的顛覆性技術(shù)。山西是全國能源革命綜合改革試點(diǎn)省份，肩負(fù)著從傳統(tǒng)能源大省邁向新型綜合能源大省的重大使命，近年來新型能源體系建設(shè)和能源綠色低碳轉(zhuǎn)型蹄疾步穩(wěn)，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新與新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展方興未艾。
太原理工大學(xué)黨委副書記、副校長，山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院首席科學(xué)家孫宏斌教授團(tuán)隊(duì)攻克了能源互聯(lián)網(wǎng)“智慧大腦”核心技術(shù)——“多能流綜合能量管理關(guān)鍵技術(shù)”“能碳聯(lián)合協(xié)同調(diào)控技術(shù)”，突破多能流和碳流的分析計(jì)算、安全評估、優(yōu)化調(diào)控三大技術(shù)瓶頸。基于該技術(shù)研發(fā)的世界首套規(guī)模化多能流綜合能量管理系統(tǒng)（IEMS），目前已在全國8個(gè)省份、30余個(gè)智慧城市、百余個(gè)低碳園區(qū)和共建“一帶一路”國家應(yīng)用，服務(wù)近3萬家重點(diǎn)用能企業(yè)，在提升綜合能源利用效率、最大化消納可再生能源、保障綜合能源系統(tǒng)安全性等方面取得顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
攻克關(guān)鍵核心技術(shù)
實(shí)現(xiàn)多能流互聯(lián)互通互補(bǔ)
孟夏之月，萬物并秀。我省首個(gè)低碳機(jī)場——朔州滋潤機(jī)場內(nèi)人流如織、秩序井然。航站樓里，采光玻璃屋頂將自然光源源不斷引入室內(nèi)。航站樓前，1萬平方米的停車場頂棚由3433塊光伏板搭建而成，內(nèi)設(shè)新能源車位45個(gè)。機(jī)場西側(cè)，一排排碩大的集裝箱里配置著先進(jìn)的全釩液流電池儲能系統(tǒng)。“該系統(tǒng)由山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院研發(fā)，可將光伏電能儲存起來，不僅安全、環(huán)保，而且容量大、壽命長。”5月14日，朔州機(jī)場建設(shè)管理公司黨委專職副書記蘇慧明介紹，“我們還采用地?zé)嶝?fù)責(zé)主體冷熱雙供、電鍋爐進(jìn)行補(bǔ)熱的供熱冷模式。”
光伏、地?zé)帷δ堋㈦婂仩t、充電樁……對機(jī)場電、熱、冷等多種能源的發(fā)輸配用儲全過程進(jìn)行綜合調(diào)控的，正是多能流綜合能量管理系統(tǒng)。在朔州機(jī)場智慧能源管理系統(tǒng)的可視化大屏上，清晰顯示著能源島、光伏、儲能、充電站的精準(zhǔn)運(yùn)行情況和用電負(fù)荷、能耗、碳排監(jiān)測等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。“通過多能優(yōu)化調(diào)度功能，實(shí)現(xiàn)不同能源類型耦合互補(bǔ)與最優(yōu)能流，并對能耗、碳排進(jìn)行監(jiān)測分析，提供智能在線運(yùn)行控制解決方案，構(gòu)筑起節(jié)能降耗、清潔低碳的用能模式。”山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院能量管理與運(yùn)行控制中心技術(shù)總監(jiān)夏天介紹。
多種能源形式綜合利用是支撐我國能源革命和“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)路徑。近十年來，綜合能源系統(tǒng)發(fā)展迅猛，但由于缺乏協(xié)同性，普遍存在“綜合有余、智慧不足”的問題，導(dǎo)致能效提升受限。夏天認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)多能流綜合能量管理主要面臨兩大挑戰(zhàn)，“一是電、熱、冷、氣等異質(zhì)能源網(wǎng)建模和分析的學(xué)科基礎(chǔ)不同，學(xué)科交叉融合困難；二是傳統(tǒng)求解理論無法滿足城市級大規(guī)模綜合能源系統(tǒng)在線計(jì)算的實(shí)時(shí)性和可靠性等要求。”
歷經(jīng)多年艱難攻關(guān)，孫宏斌教授團(tuán)隊(duì)突破異質(zhì)能流模型差異大、大規(guī)模系統(tǒng)無法高效可靠求解的重大難題，將能量管理對象從“純電流”拓展為煤、電、熱、冷、氣、氫等“多能流”，研發(fā)了世界首套規(guī)模化多能流綜合能量管理系統(tǒng)（IEMS）。作為綜合能源系統(tǒng)的“智慧大腦”，它統(tǒng)領(lǐng)信息流，調(diào)控能量流，協(xié)同碳流，保障各類規(guī)模綜合能源系統(tǒng)綠色低碳、安全高效運(yùn)行，是支撐“雙碳”目標(biāo)達(dá)成的重大標(biāo)志性技術(shù)突破。由6位院士領(lǐng)銜的科技成果鑒定委員會專家一致認(rèn)為：“項(xiàng)目取得重大原創(chuàng)性科研成果，屬于國際首創(chuàng)。”
轉(zhuǎn)化應(yīng)用場景廣闊
綠色低碳成效凸顯
北京時(shí)間2023年12月14日下午，孫宏斌教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“風(fēng)—光—?dú)洹獌Α伞鼻鍧嵞茉次⑾到y(tǒng)在南極中山站附近安裝調(diào)試成功，發(fā)出第1度“綠電”，點(diǎn)亮南極冰蓋。
“極地零碳能源系統(tǒng)只是多能互聯(lián)的微網(wǎng)系統(tǒng)。”夏天見證了“智慧大腦”從萌芽吐綠到枝繁葉茂的成長歷程：“多能流綜合能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用場景十分廣闊，目前已實(shí)現(xiàn)從‘小規(guī)模’系統(tǒng)到‘大規(guī)模’系統(tǒng)的迭代升級，并在山西、北京、江蘇、吉林、浙江等省市的智能樓宇、低碳園區(qū)、智慧城市以及省域獲得成功應(yīng)用。”
“該系統(tǒng)近3年銷售額破億元，實(shí)現(xiàn)典型北方城市供熱季減少棄風(fēng)上億千瓦時(shí)，典型園區(qū)年均節(jié)能30%，碳排放降低14%。”盤點(diǎn)“智慧大腦”的應(yīng)用“成績單”，山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院院長助理兼科技創(chuàng)新部部長薛屹洵熟稔于心、如數(shù)家珍。
在陽泉市高新區(qū)，以IEMS系統(tǒng)和能碳聯(lián)合協(xié)同調(diào)控技術(shù)為基礎(chǔ)建設(shè)的“數(shù)智雙碳”產(chǎn)業(yè)平臺，已成為陽泉市數(shù)智新城建設(shè)的“三張名片”之一。
作為國內(nèi)外首套園區(qū)級能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，北京北科產(chǎn)業(yè)園運(yùn)用IEMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種能源互補(bǔ)融合、互聯(lián)集成，年均節(jié)能近30%、每年減少碳排放638噸，入選我國“能源數(shù)字化示范工程”。
“城市是能源消耗的主體。我國城市能源設(shè)施升級改造參差不齊、行業(yè)條塊分割、智能化程度不高，導(dǎo)致整體能耗、碳排放偏高，能效偏低。”夏天介紹，IEMS系統(tǒng)在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“城市綜合能源智慧物聯(lián)管控技術(shù)研究及應(yīng)用示范”中也大顯身手，相關(guān)成果已在江蘇省南京市江北新區(qū)展開應(yīng)用。“系統(tǒng)全面覆蓋了該區(qū)樓宇群、大學(xué)校園、電動汽車充電站、地下空間、工業(yè)企業(yè)及園區(qū)等復(fù)雜場景，幫助用戶實(shí)現(xiàn)光伏全消納、削峰填谷、降本增效，為打造綠色智慧城市做出示范。”項(xiàng)目牽頭單位國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司現(xiàn)場項(xiàng)目經(jīng)理汪良對示范成效頗感欣慰。
通過城市級IEMS電熱協(xié)同調(diào)控，吉林省長春市接入熱電廠7座、換熱站853個(gè)，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)、企業(yè)和分布式資源與風(fēng)電等可再生能源的聯(lián)動，挖掘新型靈活性資源，促進(jìn)可再生能源消納，近3年在供熱季共計(jì)減少棄風(fēng)5.67億千瓦時(shí)，相當(dāng)于減少碳排放61.38萬噸。
浙江省以能碳協(xié)同調(diào)控技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了國內(nèi)首個(gè)省級綜合能源管理平臺，包含電、煤、油、氣、熱五大品類，覆蓋29773家重點(diǎn)用能企業(yè)。平臺在全國首創(chuàng)“電碳一張圖”，實(shí)現(xiàn)貫穿“電力—能源—碳排放”協(xié)同路徑，探索能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)全過程碳軌跡追蹤、新型能源系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲高效互動，獲第48屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高榮譽(yù)“評審團(tuán)特別嘉許金獎”。
如今，從燈火璀璨的都市到冰雪覆蓋的極地，從精密運(yùn)轉(zhuǎn)的工廠到暖意融融的家庭，“智慧大腦”正悄然影響著生活的每個(gè)角落。
突破壁壘加力創(chuàng)新
構(gòu)建智慧開放能源生態(tài)
“您現(xiàn)在看到的是我們搭建的多能互補(bǔ)綜合園區(qū)能量管理系統(tǒng)的驗(yàn)證與仿真平臺。”5月15日，山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院的成果展示屏前，該院黨政辦主任張佳惠正在講解。作為我省能源互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)建設(shè)的人才和技術(shù)匯聚平臺，研究院的成長壯大伴隨著我省能源互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的鏗鏘步履。
2023年，山西煤炭產(chǎn)量13.78億噸，年末全省發(fā)電裝機(jī)容量1.33億千瓦，其中風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)4989萬千瓦，新能源和清潔能源裝機(jī)占比達(dá)到45.8%。我省能源系統(tǒng)整體呈現(xiàn)體量巨大、互補(bǔ)性強(qiáng)的顯著特征，建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)條件良好，需求迫切。
省委、省政府高度重視能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作，連續(xù)4年將“能源互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)”寫入省政府工作報(bào)告，成立了以省長為組長的專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組，先期采取“1省域+3城市+N園區(qū)”的試點(diǎn)專項(xiàng)建設(shè)方案，實(shí)行首席科學(xué)家負(fù)責(zé)制，高位推動試點(diǎn)工作，取得積極成效。
2021年，山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院成立。攻克“智慧大腦”核心技術(shù)的同時(shí)，該院還自主研發(fā)出能源大數(shù)據(jù)融合智能與安全技術(shù)、全釩液流電池新型儲能技術(shù)、虛擬電廠、負(fù)荷預(yù)測、“云—端協(xié)同”無人機(jī)自主巡檢等一系列能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，交出科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化的亮眼成績單。
在不斷開展前瞻性探索、推動核心技術(shù)拓展應(yīng)用的同時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)也清醒認(rèn)識到能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)面臨的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。夏天直言：“目前，能源領(lǐng)域煤、電、熱、冷、氣、氫等多行業(yè)，源、網(wǎng)、荷、儲等多主體的各類能源數(shù)據(jù)相互割裂、壁壘林立，海量的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)形成一個(gè)個(gè)信息孤島無法匯集。各能源主體參與協(xié)同的意愿不足、激勵(lì)不夠，協(xié)同機(jī)制和碳市場機(jī)制有待完善。”
“能源互聯(lián)網(wǎng)旨在通過能量互聯(lián)、信息互聯(lián)、價(jià)值互聯(lián)、碳排互聯(lián)，打破能源系統(tǒng)間的技術(shù)壁壘、數(shù)據(jù)壁壘、市場壁壘和體制機(jī)制壁壘，有效支撐能源安全高效供給與綠色低碳發(fā)展。”薛屹洵期待，盡快建立標(biāo)準(zhǔn)化能源數(shù)據(jù)接口，打造能源數(shù)據(jù)底座，打通各類能源間及能源系統(tǒng)產(chǎn)、輸、儲、用全環(huán)節(jié)、全鏈路數(shù)據(jù)壁壘；建立能源數(shù)據(jù)共享制度和體系，以價(jià)值為驅(qū)動激發(fā)各方參與積極性，構(gòu)建多能協(xié)同的全國統(tǒng)一能源市場，促進(jìn)能源市場和碳交易市場協(xié)調(diào)發(fā)展，打造全景全域全方位的能源互聯(lián)網(wǎng)。
“能源互聯(lián)網(wǎng)將創(chuàng)新性技術(shù)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)賦能傳統(tǒng)能源行業(yè)，牽引能源跨領(lǐng)域深度融合創(chuàng)新，是助力能源轉(zhuǎn)型的代表性新質(zhì)生產(chǎn)力。”孫宏斌表示，能源互聯(lián)網(wǎng)正在以重大發(fā)展戰(zhàn)略需求和巨大藍(lán)海市場前景迎來加速起勢的“風(fēng)口期”。以能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為切入點(diǎn)和突破口，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)下好能源綜合利用“一盤棋”，必將有力支撐山西打造綠色低碳、安全高效、開放共享的能源生態(tài)，助力我省能源革命在新一輪產(chǎn)業(yè)變革中實(shí)現(xiàn)新突破，奮力書寫能源高質(zhì)量發(fā)展新篇章。（鄔帥莉）
責(zé)任編輯：江蓬新
