10月13日，2021國家能源互聯(lián)網(wǎng)大會在山東淄博會展中心正式拉開序幕。本屆大會以“聚力雙碳目標(biāo) ，清潔能源互聯(lián)創(chuàng)新”為主題。旨在積極響應(yīng)國家號召，圍繞能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型、新能源高質(zhì)量發(fā)展、新型電力系統(tǒng)建設(shè)、氫能/儲能技術(shù)發(fā)展、能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)/示范落地/推廣應(yīng)用等展開研討、交流與成功經(jīng)驗分享，為匯聚更多相關(guān)企事業(yè)單位加快新型電力系統(tǒng)建設(shè)、推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)新產(chǎn)品應(yīng)用、積極參與“雙碳”目標(biāo)早日實現(xiàn)行動計劃等指引方向。
北京清能互聯(lián)科技有限公司CTO賴曉文出席會議并發(fā)表題為《面向雙碳目標(biāo)的源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同規(guī)劃與運(yùn)行模擬平臺》的主題報告。他表示，未來電力系統(tǒng)的發(fā)展將會形成全新的形態(tài)，用四個詞去總結(jié)：隨風(fēng)逐日、泛在互聯(lián)、多能協(xié)同、靈活互動。
以下為發(fā)言全文：
賴曉文：各位領(lǐng)導(dǎo)、專家，大家上午好!我來自于清能互聯(lián)。近期清能互聯(lián)和清華大學(xué)電機(jī)系智能能源實驗室，以及清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，聯(lián)手打造了面向雙碳目標(biāo)的源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同規(guī)劃與運(yùn)行模擬平臺。今天非常榮幸有機(jī)會在大會的平臺下，發(fā)布我們平臺，同時也是向大家匯報一下近期所做的工作。
“雙碳”目標(biāo)之下，實際上電力系統(tǒng)面臨著全新的發(fā)展要求。風(fēng)電與光伏將會成為主要的電源品種。為了支撐風(fēng)電與光伏的消納，實際上電力系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)體系也亟待全面革新。未來電力系統(tǒng)的發(fā)展將會形成全新的形態(tài)，我們用四個詞去總結(jié)，叫做隨風(fēng)逐日、泛在互聯(lián)、多能協(xié)同、靈活互動。
風(fēng)光的不確定性需要消納，我們的電力系統(tǒng)需要通過物理連接、機(jī)制激勵來去充分調(diào)動電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)的多種能源形式，協(xié)同起來、互動起來，為新能源的消納提供基礎(chǔ)。
在我們實現(xiàn)這張藍(lán)圖的過程當(dāng)中，實際面臨著諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)。這張圖展示了在不同的新能源滲透率上可選擇的技術(shù)、集成措施，以及它們的先進(jìn)性。我們可以看到，在相對較低的新能源滲透率下，實際上尚且能夠通過系統(tǒng)調(diào)度的優(yōu)化和市場機(jī)制的激勵，充分激發(fā)現(xiàn)有資源的響應(yīng)和互動，去促成新能源的消納。然而在新能源的滲透率達(dá)到相對較高的狀態(tài)時，就需要對電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲能等方面技術(shù)的建設(shè)和技術(shù)的升級開展相應(yīng)的工作。
這些建設(shè)和升級是會帶來成本的，這個成本還不低。我們現(xiàn)在就非常急需技術(shù)手段和工具，去分析將來需要在源-網(wǎng)-荷-儲做好怎么樣的資源配置，將能夠達(dá)到怎么樣的效果，運(yùn)行的場景是什么樣的，將會帶來多大的投資成本和運(yùn)行成本。
我們急需面向新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行模擬的技術(shù)方法和工具，但是當(dāng)前傳統(tǒng)的規(guī)劃和模擬工具總結(jié)有五個相對的不足：
第一是缺少低碳規(guī)劃的模型。過去傳統(tǒng)的規(guī)劃和模擬的主要目標(biāo)，往往是安全性和經(jīng)濟(jì)性，對碳本身缺乏相應(yīng)的排放和碳流動量化的過程。今天需要在規(guī)劃模擬模型當(dāng)中把碳作為一個重要的因素考慮進(jìn)去。
第二是無法模擬新能源的隨機(jī)出力，規(guī)劃面向的是新的地理位置的新的風(fēng)和光的裝機(jī)，他們出力的隨機(jī)性怎么樣，是需要對他們的出力特點進(jìn)行全面考量。同時非常重要的是需要考慮相互之間的時空相關(guān)性，才能夠精確地去衡量隨機(jī)性的特征。
第三是過去的規(guī)劃模擬工具通常是面向電力系統(tǒng)的典型運(yùn)行方式去開展的，但是高比例新能源接入情況下，不管是新能源自身對電力系統(tǒng)提出的靈活性的要求，還是儲能的運(yùn)行特性，都是時間耦合的問題。因此我們新的工具必須要考慮8760個小時精細(xì)化持續(xù)模擬。這種考慮將會為計算帶來非常巨大的挑戰(zhàn)，因此還需要去實現(xiàn)提出新的技術(shù)方法，去實現(xiàn)高精度求解，來滿足應(yīng)用的需要。
第四是數(shù)據(jù)輸入量大，規(guī)劃跟模擬實際上是需要大量的模型數(shù)據(jù)、邊界條件的數(shù)據(jù)等等。如此之多的數(shù)據(jù)，我們將它輸入工具后怎么樣維護(hù)起來，其實已經(jīng)是一個非常大的難題。因此我們一方面需要通過積累高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集，第二方面是需要去優(yōu)化工具本身的數(shù)據(jù)維護(hù)和交互的方式，為使用去提供足夠的便利。
第五是可視化程度低。過去的規(guī)劃工具，往往局限于把結(jié)果算出來進(jìn)行分析的層面。實際上我們知道規(guī)劃和運(yùn)行模擬的結(jié)果背后會帶來大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性需要通過很好的可視化方式挖掘出來。因此怎么對計算結(jié)果進(jìn)行多維展示和評估也是需要重點解決的問題。
針對上述不足，提出了面向“雙碳”的源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同規(guī)劃和運(yùn)行模擬解決方案，解決方案分成五個層次，最底層是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將設(shè)備參數(shù)、電網(wǎng)運(yùn)行場景、風(fēng)光資源等等整合在一起?；谶@些數(shù)據(jù)構(gòu)建出來六大模型，包括風(fēng)光出力隨機(jī)性模擬模型、投資規(guī)劃模型、時序運(yùn)行仿真模型，以及傳統(tǒng)的電網(wǎng)潮流模型、碳排放模型和成本流模型。將這些模型和數(shù)據(jù)進(jìn)一步聚合成服務(wù)，在數(shù)據(jù)層、計算層和展示層提供相應(yīng)的服務(wù)支撐能力，從而支撐上層的六大應(yīng)用，包括電網(wǎng)的模型構(gòu)建、運(yùn)行場景的預(yù)測、協(xié)同規(guī)劃優(yōu)化、持續(xù)運(yùn)行模擬、大數(shù)據(jù)挖掘分析，以及全景綜合展示。
這些應(yīng)用將進(jìn)一步支撐不同用戶在不同場景下的規(guī)劃與運(yùn)行模擬的解決方案，面向電網(wǎng)企業(yè)能夠提供電源和電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃分析，以及電力系統(tǒng)多場景的運(yùn)行推演，面向發(fā)電企業(yè)可以提供“雙碳”發(fā)展的轉(zhuǎn)型路徑分析，以及電源、投資改造的建設(shè)分析和運(yùn)行模擬。面向設(shè)計院可以提供電源建設(shè)的基礎(chǔ)方案評估和項目的經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)險收益分析。面向科研單位，可以支撐電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型的場景分析和相應(yīng)的政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)問題的研究。面向金融機(jī)構(gòu)，可以支撐對電力系統(tǒng)自身發(fā)展趨勢的分析，以及相關(guān)的行業(yè)投資價值分析。
我們的平臺核心功能包含四大步驟：第一步是建模，第二步是計算，第三步是分析，第四步是展示。
在建模層面，首先要把電網(wǎng)模型構(gòu)建出來，平臺里面將會預(yù)制常見的電網(wǎng)元件參數(shù)、場景數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等能夠支撐模型的快速構(gòu)建。其次基于負(fù)荷預(yù)測算法和集群風(fēng)光出力的隨機(jī)性模擬算法，對未來的負(fù)荷需求和新能源出力進(jìn)行多場景預(yù)測，作為后面做計算的邊界條件。
第二步做計算，包括源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同一起的規(guī)劃計算，以及電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬。在規(guī)劃方面，我們支持對規(guī)劃的目標(biāo)、視角，你是發(fā)電企業(yè)做規(guī)劃，還是電網(wǎng)企業(yè)做規(guī)劃，還是設(shè)計單位，以及規(guī)劃的場景、約束等等全維度自定義的靈活配置。我們通過優(yōu)化計算，去輸出帶有時序信息的相關(guān)結(jié)果。
在模擬層面能夠支持對當(dāng)前態(tài)、規(guī)劃態(tài)和研究態(tài)模型和場景的連續(xù)快速運(yùn)行模擬，輸出系統(tǒng)的運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等等方面的關(guān)鍵指標(biāo)。
第三步是做分析，我們會通過場景的校核智能決策，提示出規(guī)劃方案到底有沒有問題，做的好不好，如何改進(jìn)。首先通過場景校核，將會對規(guī)劃方案進(jìn)行典型運(yùn)行方式的精細(xì)化安全分析，并且能夠?qū)]有通過校核的場景一鍵轉(zhuǎn)換成約束條件添加到規(guī)劃方案里面去。
針對規(guī)劃方案的各方面的指標(biāo)，基于底層的數(shù)據(jù)分析去提示出來這些指標(biāo)跟規(guī)劃計算時候的目標(biāo)控制變量、邊界條件等等方面存在什么樣的聯(lián)系，如何通過修改前置的計算參數(shù)，為指標(biāo)的提升提供建議，這個是能鏈決策方面。
最后一步就是進(jìn)行展示。首先展示之前第一步是對數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行透視分析，內(nèi)嵌了BI數(shù)據(jù)可視化分析引擎，能夠支撐自定義的指標(biāo)計算和自定義的可視化頁面的創(chuàng)建。這對于我們面向未來的規(guī)劃、未來模擬的諸多需求的靈活性適配是非常關(guān)鍵的。其次，我們自身也內(nèi)置了多類多層次的駕駛艙的大屏展示儀表板，從多個主題包括能源的供需結(jié)構(gòu)、三個流分析(能源流、成本流、碳流)、三個層面的指標(biāo)(可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性)等等，諸多維度去綜合評估展示規(guī)劃展示方案以及電網(wǎng)運(yùn)行場景。
我們的產(chǎn)品特色總結(jié)成四個關(guān)鍵詞，首先這個工具是非常復(fù)雜的，背后的數(shù)據(jù)量非常大，模型邏輯非常復(fù)雜，因此第一個關(guān)鍵詞是“便捷易用”，這個非常重要。我們通過預(yù)制典型的模型參數(shù)來減少初始化數(shù)據(jù)的工作量，通過提供數(shù)據(jù)資源的靈活調(diào)用的能實現(xiàn)快速的、便捷式的組裝建模。通過高交互界面設(shè)計，包括向?qū)е敢?、操作跟異步響?yīng)等交互設(shè)計，實現(xiàn)人機(jī)友好的頁面交互，提升易用性。
第二個方面是“高效智能”。我們規(guī)劃和模擬本質(zhì)上是一個優(yōu)化問題，因此背后的模型算法高效性和智能性非常重要。首先內(nèi)嵌的是計及時序信息的8760小時連續(xù)運(yùn)行模擬模型，能很好地考慮新能源和季節(jié)性儲能的時間耦合特性。其次為了提高長時間運(yùn)行模擬的計算效率，內(nèi)嵌了基于機(jī)組聚類線性化方法，為內(nèi)核的計算加速提供支撐。
我們的規(guī)劃和模擬的優(yōu)化求解不再是黑匣子，除了輸出計算結(jié)果之外，還會輸出跟這個結(jié)果緊密相關(guān)的靈敏度的信息，從而為后續(xù)的方案提升給出啟發(fā)性的建議。
第三個方面是“靈活開放”，規(guī)劃跟模擬仿真實際上需求是千變?nèi)f化的，工具應(yīng)該具備靈活性，我們提出了“三靈活”設(shè)計，通過數(shù)據(jù)方面組織的靈活性，計算方面模型參數(shù)設(shè)置的靈活性，以及展示層面指標(biāo)的定義，以及可視化展示方式的靈活性，去支撐到前端靈活多變的業(yè)務(wù)需求。
第四個方面是“全景展示”。規(guī)劃和模擬仿真大量的數(shù)據(jù)結(jié)果都需要進(jìn)行挖掘，從而提示相關(guān)的系統(tǒng)規(guī)劃的方案和系統(tǒng)模擬情況，我們內(nèi)置了結(jié)構(gòu)分析、流分析、多維展示、連續(xù)播放的方案等等專題的分析頁面，幫助我們提示相應(yīng)的運(yùn)行情況。
目前我們的平臺已經(jīng)應(yīng)用于多個區(qū)域，省級電網(wǎng)的“雙碳”轉(zhuǎn)型路徑分析，以及電源和電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃的工作當(dāng)中。在此也是誠摯的邀請咱們業(yè)界同仁，通過多種合作形式包括軟件方面、數(shù)據(jù)方面的、咨詢方面的合作形式，能夠跟我們一道為我國電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量，謝謝大家!
(本文根據(jù)會議現(xiàn)場發(fā)言嘉賓的速記整理而成，未經(jīng)本人審核。)
