10月13日，2021國(guó)家能源互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)在山東淄博會(huì)展中心正式拉開序幕。本屆大會(huì)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(guó)家號(hào)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(chǔ)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(yàn)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(shí)現(xiàn)行動(dòng)計(jì)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(huì)議并發(fā)表題為《面向雙碳目標(biāo)的源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃與運(yùn)行模擬平臺(tái)》的主題報(bào)告。他表示，未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)形成全新的形態(tài)，用四個(gè)詞去總結(jié)：隨風(fēng)逐日、泛在互聯(lián)、多能協(xié)同、靈活互動(dòng)。
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(lái)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(shí)驗(yàn)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(chǔ)協(xié)同規(guī)劃與運(yùn)行模擬平臺(tái)。今天非常榮幸有機(jī)會(huì)在大會(huì)的平臺(tái)下，發(fā)布我們平臺(tái)，同時(shí)也是向大家匯報(bào)一下近期所做的工作。
“雙碳”目標(biāo)之下，實(shí)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(huì)成為主要的電源品種。為了支撐風(fēng)電與光伏的消納，實(shí)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(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)形成全新的形態(tài)，我們用四個(gè)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(dòng)。
風(fēng)光的不確定性需要消納，我們的電力系統(tǒng)需要通過(guò)物理連接、機(jī)制激勵(lì)來(lái)去充分調(diào)動(dòng)電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)的多種能源形式，協(xié)同起來(lái)、互動(dòng)起來(lái)，為新能源的消納提供基礎(chǔ)。
在我們實(shí)現(xiàn)這張藍(lán)圖的過(guò)程當(dāng)中，實(shí)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(duì)較低的新能源滲透率下，實(shí)際上尚且能夠通過(guò)系統(tǒng)調(diào)度的優(yōu)化和市場(chǎng)機(jī)制的激勵(lì)，充分激發(fā)現(xiàn)有資源的響應(yīng)和互動(dòng)，去促成新能源的消納。然而在新能源的滲透率達(dá)到相對(duì)較高的狀態(tài)時(shí)，就需要對(duì)電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能等方面技術(shù)的建設(shè)和技術(shù)的升級(jí)開展相應(yīng)的工作。
這些建設(shè)和升級(jí)是會(huì)帶來(lái)成本的，這個(gè)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(lái)需要在源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)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(chǎng)景是什么樣的，將會(huì)帶來(lái)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(gè)相對(duì)的不足：
第一是缺少低碳規(guī)劃的模型。過(guò)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(duì)碳本身缺乏相應(yīng)的排放和碳流動(dòng)量化的過(guò)程。今天需要在規(guī)劃模擬模型當(dāng)中把碳作為一個(gè)重要的因素考慮進(jìn)去。
第二是無(wú)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(duì)他們的出力特點(diǎn)進(jìn)行全面考量。同時(shí)非常重要的是需要考慮相互之間的時(shí)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(guò)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(duì)電力系統(tǒng)提出的靈活性的要求，還是儲(chǔ)能的運(yùn)行特性，都是時(shí)間耦合的問題。因此我們新的工具必須要考慮8760個(gè)小時(shí)精細(xì)化持續(xù)模擬。這種考慮將會(huì)為計(jì)算帶來(lái)非常巨大的挑戰(zhàn)，因此還需要去實(shí)現(xiàn)提出新的技術(shù)方法，去實(shí)現(xiàn)高精度求解，來(lái)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(shí)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(lái)，其實(shí)已經(jīng)是一個(gè)非常大的難題。因此我們一方面需要通過(guò)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(guò)去的規(guī)劃工具，往往局限于把結(jié)果算出來(lái)進(jìn)行分析的層面。實(shí)際上我們知道規(guī)劃和運(yùn)行模擬的結(jié)果背后會(huì)帶來(lái)大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性需要通過(guò)很好的可視化方式挖掘出來(lái)。因此怎么對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行多維展示和評(píng)估也是需要重點(diǎn)解決的問題。
針對(duì)上述不足，提出了面向“雙碳”的源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃和運(yùn)行模擬解決方案，解決方案分成五個(gè)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(chǎng)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(lái)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(shí)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(jì)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(chǎng)景的預(yù)測(cè)、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(chǎng)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(chǎng)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(jì)院可以提供電源建設(shè)的基礎(chǔ)方案評(píng)估和項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)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(duì)電力系統(tǒng)自身發(fā)展趨勢(shì)的分析，以及相關(guān)的行業(yè)投資價(jià)值分析。
我們的平臺(tái)核心功能包含四大步驟：第一步是建模，第二步是計(jì)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(lái)，平臺(tái)里面將會(huì)預(yù)制常見的電網(wǎng)元件參數(shù)、場(chǎng)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(cè)算法和集群風(fēng)光出力的隨機(jī)性模擬算法，對(duì)未來(lái)的負(fù)荷需求和新能源出力進(jìn)行多場(chǎng)景預(yù)測(cè)，作為后面做計(jì)算的邊界條件。
第二步做計(jì)算，包括源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同一起的規(guī)劃計(jì)算，以及電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬。在規(guī)劃方面，我們支持對(duì)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(jì)單位，以及規(guī)劃的場(chǎng)景、約束等等全維度自定義的靈活配置。我們通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，去輸出帶有時(shí)序信息的相關(guān)結(jié)果。
在模擬層面能夠支持對(duì)當(dāng)前態(tài)、規(guī)劃態(tài)和研究態(tài)模型和場(chǎng)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(huì)通過(guò)場(chǎng)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(guò)場(chǎng)景校核，將會(huì)對(duì)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(guò)校核的場(chǎng)景一鍵轉(zhuǎn)換成約束條件添加到規(guī)劃方案里面去。
針對(duì)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(lái)這些指標(biāo)跟規(guī)劃計(jì)算時(shí)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(guò)修改前置的計(jì)算參數(shù)，為指標(biāo)的提升提供建議，這個(gè)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(duì)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(jì)算和自定義的可視化頁(yè)面的創(chuàng)建。這對(duì)于我們面向未來(lái)的規(guī)劃、未來(lái)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(gè)主題包括能源的供需結(jié)構(gòu)、三個(gè)流分析(能源流、成本流、碳流)、三個(gè)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(píng)估展示規(guī)劃展示方案以及電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景。
我們的產(chǎn)品特色總結(jié)成四個(gè)關(guān)鍵詞，首先這個(gè)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(gè)關(guān)鍵詞是“便捷易用”，這個(gè)非常重要。我們通過(guò)預(yù)制典型的模型參數(shù)來(lái)減少初始化數(shù)據(jù)的工作量，通過(guò)提供數(shù)據(jù)資源的靈活調(diào)用的能實(shí)現(xiàn)快速的、便捷式的組裝建模。通過(guò)高交互界面設(shè)計(jì)，包括向?qū)е敢浴⒉僮鞲惒巾憫?yīng)等交互設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)友好的頁(yè)面交互，提升易用性。
第二個(gè)方面是“高效智能”。我們規(guī)劃和模擬本質(zhì)上是一個(gè)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(jì)及時(shí)序信息的8760小時(shí)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(chǔ)能的時(shí)間耦合特性。其次為了提高長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行模擬的計(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果之外，還會(huì)輸出跟這個(gè)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(gè)方面是“靈活開放”，規(guī)劃跟模擬仿真實(shí)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(jì)，通過(guò)數(shù)據(jù)方面組織的靈活性，計(jì)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(gè)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(yè)面，幫助我們提示相應(yīng)的運(yùn)行情況。
目前我們的平臺(tái)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)區(qū)域，省級(jí)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(chéng)摯的邀請(qǐng)?jiān)蹅儤I(yè)界同仁，通過(guò)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(guó)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(huì)議現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言嘉賓的速記整理而成，未經(jīng)本人審核。)
