從變電站到能源綜合服務(wù)站:演化路徑探討
高正平1，劉昊宇2，李琥3，劉國(guó)靜3，王洪儒2，王琦2*，湯奕2
（1．國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司；2．東南大學(xué)電氣工程學(xué)院；3．國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院）
本文發(fā)表在《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》2021年第4期“能源轉(zhuǎn)型中的電力系統(tǒng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)及案例研究”專(zhuān)題上，歡迎點(diǎn)擊品讀。本文受?chē)?guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（5700-202018196A-0-0-00）資助。
文章導(dǎo)讀
能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)對(duì)多異質(zhì)能源調(diào)度和多源信息處理提出了更高要求。能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域能源一體化監(jiān)控、優(yōu)化控制和統(tǒng)一服務(wù)的能源綜合服務(wù)站成為新一代能源互聯(lián)網(wǎng)管控樞紐。以變電站現(xiàn)有資源為基礎(chǔ)，涵蓋多功能單位的能源綜合服務(wù)站將對(duì)規(guī)劃綜合能源系統(tǒng)的新型生態(tài)架構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。針對(duì)傳統(tǒng)變電站到能源綜合服務(wù)站的演化路徑，本文從建設(shè)規(guī)劃和站址改造角度提出了實(shí)體站與虛擬站兩種建設(shè)路徑，并深入分析了能源綜合服務(wù)站在能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)作用與關(guān)鍵技術(shù)，為能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型和數(shù)字賦能提供參考。
主要內(nèi)容
自中國(guó)明確提出力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和以來(lái)，“雙碳”目標(biāo)一直是全社會(huì)熱議的話題。隨著國(guó)家能源革命戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，建設(shè)以電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的能源互聯(lián)網(wǎng)成為能源系統(tǒng)融合發(fā)展的重要方向。如何推動(dòng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變是能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的一大難題。變電站作為傳統(tǒng)電網(wǎng)的電能樞紐，承擔(dān)著區(qū)域電力配電、電壓等級(jí)變換、電流匯集和電壓調(diào)整等重要作用。而能源綜合服務(wù)站作為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心，既是數(shù)據(jù)的集成中心，也是能源的調(diào)控中心，除了變電功能外，還實(shí)現(xiàn)了信息集成共享、能源協(xié)同調(diào)配等功能。變電站向集能源轉(zhuǎn)換設(shè)備、數(shù)據(jù)中心、無(wú)線基站等功能單位于一體的能源綜合服務(wù)站轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化了信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的融合，使傳統(tǒng)變電站由電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)向區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)樞紐節(jié)點(diǎn)演變，為區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供了核心支撐。
不同文獻(xiàn)對(duì)能源綜合服務(wù)站內(nèi)涵描述如表1所示。傳統(tǒng)能源站以多能管網(wǎng)為核心，通常側(cè)重實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型能源的基礎(chǔ)供應(yīng)。而能源綜合服務(wù)站立足于能源的綜合服務(wù)，起源于“多站融合”概念，所以在包含多能管控的基礎(chǔ)上，更加強(qiáng)調(diào)的是提供站址資源、通信資源、能源資源的綜合服務(wù)。
?表1 能源綜合服務(wù)站內(nèi)涵描述
能源綜合服務(wù)站內(nèi)涵描述
1、保證用戶(hù)基礎(chǔ)用能需求的同時(shí)，依托終端能源設(shè)備和能源管理手段，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、低碳、安全等目標(biāo)，提供用戶(hù)增值能源服務(wù)的能源站。
2、既滿(mǎn)足區(qū)域能源需求，又能提供輔助服務(wù)的能源站。
3、設(shè)立綜合能源服務(wù)商的能源站，可實(shí)現(xiàn)電-熱-氣能量轉(zhuǎn)換的綜合需求響應(yīng)和參與多能市場(chǎng)交易。
4、根據(jù)用戶(hù)能源消費(fèi)特征，以能源互聯(lián)網(wǎng)為載體，通過(guò)協(xié)調(diào)優(yōu)化區(qū)域內(nèi)各種能源資源配置來(lái)滿(mǎn)足終端用戶(hù)當(dāng)前或潛在能源需求服務(wù)的能源站。
5、擁有一定能量生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換設(shè)備的綜合柔性負(fù)荷組織實(shí)體，能夠向部分區(qū)域用戶(hù)供應(yīng)多種能源，同時(shí)聚合用戶(hù)綜合需求響應(yīng)資源。
6、基于綜合能源服務(wù)商，考慮綜合需求響應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，滿(mǎn)足用戶(hù)不同類(lèi)型用能需求的能源站。
注：具體文獻(xiàn)請(qǐng)參照原文
能源綜合服務(wù)站實(shí)現(xiàn)了能量流、信息流、業(yè)務(wù)流的耦合，按重新規(guī)劃場(chǎng)景還是基于現(xiàn)有站址改造分為實(shí)體站與虛擬站兩種。能源綜合服務(wù)站的規(guī)劃配置決定了能源綜合業(yè)務(wù)的效率與品質(zhì)。當(dāng)前有關(guān)實(shí)體站的文獻(xiàn)大多都在探討其選址定位、設(shè)備選型、容量配置、站網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃等問(wèn)題，以建成一個(gè)實(shí)體新站為目。較多研究都采用上下兩層規(guī)劃，大致規(guī)劃流程如圖1所示。
? 圖1 實(shí)體站雙層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
在能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)背景下，虛擬電廠也要朝著能源綜合服務(wù)虛擬站的方向轉(zhuǎn)變。虛擬站基于對(duì)綜合能源信息物理資源的抽象與整合，實(shí)現(xiàn)客觀的統(tǒng)一資源調(diào)度。圖2為虛擬站能量流-信息流-業(yè)務(wù)流多層次協(xié)調(diào)運(yùn)行架構(gòu)，在滿(mǎn)足用戶(hù)用能需求的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與分析為用戶(hù)提供相應(yīng)的能源增值服務(wù)，制定出合理的運(yùn)行方案。
? 圖2 虛擬站能量流-信息流-業(yè)務(wù)流多層次協(xié)調(diào)運(yùn)行架構(gòu)
如表2所示，實(shí)體站與虛擬站在建設(shè)與升級(jí)、通信調(diào)度難度、使用模型、需解決的問(wèn)題這幾方面進(jìn)行了對(duì)比。
? 表2 實(shí)體站與虛擬站的特征比較
目前，能源綜合服務(wù)站沒(méi)有形成完整的科學(xué)方法論和成套模型，難以在具體實(shí)踐中進(jìn)行有效的指導(dǎo)。在理論研究層面，對(duì)于能源綜合服務(wù)站規(guī)劃建設(shè)的研究不夠深入，較少有研究專(zhuān)門(mén)探討建設(shè)的優(yōu)勢(shì)。本文從工業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)中心、商業(yè)園區(qū)用戶(hù)3個(gè)典型場(chǎng)景分析能源綜合服務(wù)站建設(shè)的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)了能源綜合服務(wù)站在能源互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵作用。
能源綜合服務(wù)站的建設(shè)運(yùn)行需要在地理位置、設(shè)備配置、信息通信、增值業(yè)務(wù)等多個(gè)方面進(jìn)行融合。本文從配置融合、信息通信、業(yè)務(wù)融合3個(gè)角度進(jìn)行論述，其中配置融合為能源綜合服務(wù)站規(guī)劃建設(shè)提供了支撐，信息通信為數(shù)字管控提供了路徑，業(yè)務(wù)融合為協(xié)調(diào)運(yùn)行提供了方案。
結(jié)論
隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，以變電站現(xiàn)有資源為基礎(chǔ)，涵蓋多功能單位的能源綜合服務(wù)站將對(duì)規(guī)劃綜合能源系統(tǒng)的新型生態(tài)架構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文首先提出了能源綜合服務(wù)實(shí)體站和虛擬站2種形式的規(guī)劃建設(shè)特點(diǎn)，其中實(shí)體站主要考慮地價(jià)與管道線路配置，解決選址與定容問(wèn)題；虛擬站主要考慮通信可靠性，建設(shè)云管控平臺(tái)。其次分析了能源綜合服務(wù)站配置融合、信息通信與業(yè)務(wù)融合，能夠有效支撐規(guī)劃建設(shè)、數(shù)字管控與協(xié)調(diào)運(yùn)行的目標(biāo)。最后給出了工程應(yīng)用案例，實(shí)現(xiàn)從架構(gòu)融合向業(yè)務(wù)融合的轉(zhuǎn)變。本文通過(guò)對(duì)變電站向能源綜合服務(wù)站演化趨勢(shì)的探討，為能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型和數(shù)字賦能提供參考。
本文引文信息
高正平，劉昊宇，李琥，等. 從變電站到能源綜合服務(wù)站：演化路徑探討[J]. 全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2021，4(4)：411-423.
GAO Zhengping, LIU Haoyu, LI Hu, et al. From substation to integrated energy service station: discussion on the evolutionary path[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2021, 4(4): 411-423(in Chinese).
