天润低碳设计研究院资深电力市场研究员杨萌:精卫填海,面向低碳的源网荷储综合能源规划仿真平台

能见App 2023年10月20日 4636

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在17日下午召开的“碳视角下的新型电力系统”主题论坛上,天润低碳设计研究院资深电力市场研究员杨萌发表了题为《精卫填海:面向低碳的源网荷储综合能源规划仿真平台 》的主题演讲。

天润低碳设计研究院资深电力市场研究员杨萌

以下为发言全文:

大家好,今天非常高兴能再见到大家,上次在这讲综合能源规划的时候,我们平台只是做了demo版,中间隔了两年,重新和大家见面,这个平台成长了两年,可以说和风能展重新开幕是共同成长的过程,综合能源刚才领导和专家们都说了,“双碳”、各种能源系统,甚至我们希望风电具有一些同步机的能力或者让它具备一些传统电源调频的能力,其实你说到底每一个能源,每一个设备都有自己的特性,它善于干什么,不善于干什么,最直接的方式是把他们结合起来,所以去年咱们在这儿讲的时候,我做了一个魔方,把经济性、环保性、灵活性放在魔方里告诉大家可以拼在一起,现在大家都是老朋友了,我们就直接讲内容。

首先说到综合能源规划痛点,综合能源和仿真这个事我在金风从三年前开始做,到现在也是发现了一些痛点,我们把它总结为四个方面,12个度,具体工作碰到一些难题和大家分享一下。首先综合能源这个题目现在做源网荷储一体化,这些东西都是要为客户提供一些综合能源的方案,提供方案的时候我们这边作为设计院单位,经常会遇到不管是前端的研发人员、开发人员或者是客户需要我们比较快的报备一些具有合理性、比较科学的方案,这种方案如果我们做过实际的项目,就会发现这个东西综合能源的项目、微网的项目要落地,往往有点像抽盲盒,我们开始的时候想的非常好,风光储加在一块能配的很好,或者配储配一定比例,这个系统运行就没问题,实际项目落地的时候就会发现有非常多当时没想到的问题,我们认为其中一个卡点就是当时没有做非常多的量化计算,我们更多是定性的去说储能能够补一些风的波动,能够调节光,但是到底配多少,我们这个风光储应该怎么配,如果我们再加上一些制氢和储氢的设备,再加上热负荷又应该是怎样的组合,所以我们这个系统整个内核就是做这个事,怎么把并网友好型,系统运行经济性、环保性和整个规划设备之间的协调性,都集成在这个系统核心的底层模型中,去把它算出来,推荐一个这样的风、光、储,再配一点制氢,再配一点电发热的装置、储热装置,几种能源混在一起,它们之间是怎么流动的,之间的转换效率是什么。

我们做过更复杂一点的场景,就是风电、光电来制氢,制出来的氢再用另外的电分离空气中的氮,氢和氮再制成氨,用这个流程来做,这样就涉及到几条总线,一个电的总线,一个氢的总线,一个氮气的总线,最后是氨的总线,相当于每个总线之间就会有一个关联关系,甚至说会有三变一或者一变多的耦合的关系,所以我们要在这个系统中把它体现出来,从而能够把我们这些面临非常多的不确定场景、非常多的要求、设备、电网的限制和一些政策变化的限制,我们掌握可靠性的数据也少,确定性信息也少,应对的手段也少,我们作为企业,特别是我们作为制造业,对电网整个的把控能拿到的数据也是很有限的,当然我们的项目方,自己内部的同事要的也很急,所以我们从四个方面去着手来实现对这个业务的支撑,一方面是我们积累数据,因为大家都知道金风作为风机制造商,也作为很大的风电运营商有很多自己的气象和运营数据。

我们是起于风但不止于风,所以做了很多综合能源的尝试,包括中国第一个商业化微网,中国第一个商业化的制氢厂,这个都是我们很多年前也投了很多钱在做,就积累了一些历史数据,比如气象数据,包括每一个新的项目也要把它放在这个库里。

第二是生成一些快捷的工具,供客户和前端人员去使用,这个都比较好理解,后面就是模型的配置,因为我们说综合能源的规划和仿真,这个东西其实没有一个确定的东西,它现在还是一个发展中的业务,一个发展中的业务我们如何用数字化的手段把它定型了,这个相当于把业务做死了,所以我们这个平台更多是去做一些工具层面的东西,然后再基于我们的工具,像搭积木一样再搭出一些前端应用来,形成快速转弯,形成对新的场景的快速支持。第四个不断丰富场景,现在主要拓展的场景是一些绿色冶炼、绿色矿场和绿色甲醇、绿色氢气这方面工艺流程相对固定的用电设备,先把这方面做通,再往旁边去延伸,这是主要的思路。

第二这个平台的核心功能,简单说就是从一个坐标开始,逐渐延伸,成为一个完整的故事,而这个故事是带数的,它是一个全息的,并不是定性的故事,怎么理解呢,首先我们这个系统的建设理念往未来看不是对现在的系统做一个仿真,看现在的系统运行合理不合理,当然我们更多看未来以后每年有大风年小风年运行怎么样,储能如果运行了5年,循环次数到了,重置对我们成本有什么影响,光伏面板的衰减率对整个项目有什么影响,这都要做到仿真模型里,第二持续通过项目经验积累,第三个不停的扩充。

可以看到这几个动图,第一个动图是去选一个坐标,直接输入一个地名,比如有一个前端开发人员不是很懂电力系统,但是他和客户联系比较近,客户说我需要在这建一个源网荷储的系统,给我搞绿色农业,他就先圈出一片地方来,这个地方对应坐标我们后台就拿到了,拿到之后根据我们的风光数据库的积累,可以把一些典型年的分时到小时到分钟的风光出力拿到,这样我们就可以模拟出来,如果是在未来的某一年它是每个小时8560甚至5260点,联系起来风光出力怎么变化,这个变化之下储能什么时候充什么时候放,效率是最高的,在最理想情况下认为我们预知的未来得到最理想的情况,最理想的情况下你的风光储的配置如果是这样的话,你运行出来是什么样子,给你输出一个你的能流图,输出你的分光的渗透率、利用率、弃风弃光、减碳这些都出来了,因为这些数据是关联的,我们也可以对更复杂的场景进行模型的拖放,把风、光、氢、热各个母线连接起来,母线之间也有效率的转换以及上下游的关系,最终可以形成能流图是时序的图,从而形成整个项目经济评价和预可研的报表。

报表有两种方式,一个是做可替换的模板,把一些关键字标上号,再和前面计算的数字进行关联,每个关键字关联前面的结果,一点相当于把关键字段替换掉形成大概的报告,同时因为整个计算过程中也会形成非常多的图,用第二种方式可以把每个图和生成的数据,让它去指定在某个章节出现,相当于我不是用一个固定模板,是用一个竖状结构组织前面生成的结果,再由使用人员自己补充一些文字,也能快速的出一些报告,这是核心功能,其实就是从一个坐标开始找到一个地方,做一个什么事,这个事怎么做交给我们。

第三就是这个平台整体的情况,这个是我们平台登进去基本的界面,最核心的功能就是左上角综合能源仿真功能,后边都是一些附带的,根据前面的结果做一些消纳分析,做碳计算、做碳价格的追踪以及我们刚刚提到的经济模板这几个功能,它的东西首先单母线建模就是只关心电不关心别的,风光储只关心容量,它们的连接关系都连接到单母线上,没有必要再通过拖放的方式去做,我们就有一个线导,让大家一步一步去做,首先问这个电网有什么约束,上下网通道有多大的容量,电网对这个系统有没有上网电量、下网电量的限制,或者说上网+下网绝对值之和或者说上网减下网的绝对值、净交换值,到底是什么要求,我们做了很灵活的线导,对于风电、光伏、储能也是,你可以指定由它可以扩容,扩容的意思由平台来决定最优的容量是多少,也可以说这个地光伏最多就能布一百块板子,你就给设个上限或者指定一个容量,把扩容的钩去掉,这光伏就不动了,风电配多少自动算,再把可以扩容的钩打上就行了。

金风有自己的风资源工程师,比如他看到这台高了,比如他给的两千,我们工程师认为实际就是一千八,我们也可以在这个线导里通过折减系数的方式把利用小时数调下来,这是线导式的,就是比较简单,针对场景相对单一,但是它的好处是能快速出一个结果,上手比较容易。因为我们现在很多项目并不是说只要能做出来一个方案就行了,更多的时候是企业关心的是收益率,关心的是总投,我们在整个线导开始之前,有一套默认的,每一种设备成本,每一种设备的置换周期、使用寿命,置换的成本是多少,因为我们最后要计算的是一个线性模型或者混合模型,所以我们用LR直接代进去可能会有问题,我们就把它又变成了一个年化的概念,近似去结算LR,通过这个来实现。多母线我们刚才也提到了,就是通过这种母线的链接,把冷热电气氢多个母线之间的关系体现出来,土地图形的缩放来体现,这样除了建模过程和前面不一样,其他地方都差不多,只是我们有更多参数的选择和更灵活的拓扑的设置。

多时间颗粒度这个也是我们后来这段时间加上的,因为一开始我们认为就是8560去跑就行了,但是我们会遇到一些项目,这些项目它会要求你算我的20年的运营情况,20年我如果8560乘以20,这个维度就变得非常高,可能会使计算比较慢,甚至说有的时候会造成一些无解的情况,所以我们对于这种长周期二三十年的情况,我们会把这个时间颗粒度放大,比如说我们为了得到一个适应20年的方案的容量规划,我们把这个时间颗粒度放到4个小时,让它逐年去跑,这样跑下来得到一个结果,我们再想看到某一年或者说一个矿质炉5分钟一个周期或者10分钟一个周期去进行一些工艺,我们再把这个时间颗粒度缩小,5分钟的时间颗粒度跑24小时,跑几个典型日,甚至跑一年也能跑出来,这个时候把粗的和细的进行结合。多模态的应用可以用这个平台去产生一个完整的方案,从选坐标开始到最后,也可以从中间开始,比如说我们知道了一些风光出力的预测,从中间开始,并不一定完全按照线导来,所以这个应用是比较灵活的,可以挑出几个来,或者是从中间开始,可以插队,也可以倒着来。

我们这个平台其实是网页端的,服务器在后面,但是使用者用的是网页端,现在不管是PAD还是拿的其他移动设备都可以看,所以这比较好的就是给客户交流的时候,随时可以拿出手机来给他看,你这个项目,我如果建成这个样子,你每个小时的风光,哪些是发出来的,哪些是弃掉的,弃掉的时候储能已经充满了,因为我们储能遇到最大问题是容量是有限的,如果连续大风天或者连续有光照的时候充满了也充不上去了,这个情况通过SOC的曲线大家能很容易理解,如果客户看不到这些线,你光说他觉得你在忽悠他,这是我们实际交流中遇到的问题,我们也可以支持一些像微信上的案例分享,直接把我们的结果做成一个只读的文件,通过链接的方式通过邮件发给客户,让客户自己看,通过曲线的缩放看到这个曲线是这样的,所以我们用图像讲故事,用数字讲故事,而不是纯粹的空对空的给他讲用我的东西好,我们告诉他怎样好,怎样更好。

所以刚才我们说整个系统是为了干什么,为了让它更快适应新的业务场景,所以我们是通过模型的方式,通过底层模型、底层数据的积累以及我们建立了一个工具层,就是这个工具层,权限配置、算法库、模型库、接口、典型的逻辑,甚至我们一些不同项目的对比的维度放在这里面,这里面就是一个工具库,用工具库搭上面两层,一个搭后台计算,到底目标函数是经济性最优,还是可再生能源消纳力最高,还是说我们构建费用最小,还是IRR最大,这个我们可以配置。界面其实就是给业务人员使用的界面,这个现在已经开发的是准备数据、运行、精评、场景的生成、报告的生成这些东西,通过整个一套东西能够实现对经验的积累和未来场景的假想以及对上层应用快速的支撑。

最后,平台经过两年的发展得到了一些成果,一方面是拿到软著,最近是得到了一个科技成果的鉴定,一些功能已经达到了国际的先进水平,我们也是在整个开发过程中反复和一些先进的系统进行对比,我们的好处是站在一个市场中,游泳者的角色,我们遇到的实际场景是什么,实际需求是什么,还有自己掌握的数据和客户给我们直接提出的诉求,所以我们认为更多是从使用的角度去考虑怎么把这个东西做的更好,我们没有站在顶层设计或者是学术的高度去做这个事情,但是我们在这个过程中发了一些论文,申请了一些专利,得到了成果的鉴定。

今天就介绍到这儿,谢谢大家。

 

 

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

 

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