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北京清能互聯(lián)CTO賴曉文:面向雙碳目標的源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同規(guī)劃與運行模擬平臺

2021-10-19 18:56  瀏覽:  

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 ,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《面向雙碳目標的源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同規(guī)劃與運行模擬平臺》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的源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同規(guī)劃與運行模擬平臺。今天非常榮幸有機會在大會的平臺下,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、機制激勵來去充分調(diào)動電源側(cè)、負荷側(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到相對較高的狀態(tài)時,就需要對電源、電網(wǎng)、負荷、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,將能夠達到怎么樣的效果,運行的場景是什么樣的,將會帶來多大的投資成本和運行成本。

我們急需面向新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運行模擬的技術(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,往往是安全性和經(jīng)濟性,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去。

第二是無法模擬新能源的隨機出力,規(guī)劃面向的是新的地理位置的新的風(fēng)和光的裝機,他們出力的隨機性怎么樣,是需要對他們的出力特點進行全面考量。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)果算出來進行分析的層面。實際上我們知道規(guī)劃和運行模擬的結(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)運行場景、風(fēng)光資源等等整合在一起。基于這些數(shù)據(jù)構(gòu)建出來六大模型,包括風(fēng)光出力隨機性模擬模型、投資規(guī)劃模型、時序運行仿真模型,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、運行場景的預(yù)測、協(xié)同規(guī)劃優(yōu)化、持續(xù)運行模擬、大數(shù)據(jù)挖掘分析,以及全景綜合展示。

這些應(yīng)用將進一步支撐不同用戶在不同場景下的規(guī)劃與運行模擬的解決方案,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、技術(shù)問題的研究。面向金融機構(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。其次基于負荷預(yù)測算法和集群風(fēng)光出力的隨機性模擬算法,對未來的負荷需求和新能源出力進行多場景預(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)運行模擬。在規(guī)劃方面,我們支持對規(guī)劃的目標、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)快速運行模擬,輸出系統(tǒng)的運行安全性、經(jīng)濟性、環(huán)保性等等方面的關(guān)鍵指標。

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。首先通過場景校核,將會對規(guī)劃方案進行典型運行方式的精細化安全分析,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,基于底層的數(shù)據(jù)分析去提示出來這些指標跟規(guī)劃計算時候的目標控制變量、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),為指標的提升提供建議,這個是能鏈決策方面。

最后一步就是進行展示。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(可靠性、經(jīng)濟性、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浴⒉僮鞲惒巾憫?yīng)等交互設(shè)計,實現(xiàn)人機友好的頁面交互,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行模擬的計算效率,內(nèi)嵌了基于機組聚類線性化方法,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。)
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