雙碳目標(biāo)下綜合智慧能源系統(tǒng)需求側(cè)能效管理分析

年南理工大學(xué)年南理工大學(xué)篤明慎博行辨思學(xué)雙碳目標(biāo)下綜合智慧能源系統(tǒng)需求側(cè)能效管理分析IEEEFellow,IETFellow,CSEEFellow2024年9月28日，中國(guó)廣州主要內(nèi)容背景-雙碳目標(biāo)綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源綜合智慧能源系統(tǒng)需求側(cè)能效管理結(jié)論及前景展望版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)主要內(nèi)容背景-雙碳目標(biāo)綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源綜合智慧能源系統(tǒng)需求側(cè)能效管理結(jié)論及前景展望3版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)31背景-雙碳目標(biāo)和。向全世界展示了應(yīng)對(duì)氣候變化的中國(guó)雄心和大國(guó)擔(dān)當(dāng)，使我國(guó)從應(yīng)對(duì)氣候變化的積極參與者、努力貢獻(xiàn)者，逐步成為關(guān)鍵引領(lǐng)者。1背景-雙碳目標(biāo)愛思科研究中心1背景-雙碳目標(biāo)碳達(dá)峰的概念，并不單指在某一年達(dá)到最大排放量，而是一個(gè)過程，即碳排放首先進(jìn)入平臺(tái)期并可能在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，然后進(jìn)入平穩(wěn)下降階段。具體就是在2030年前，二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)，達(dá)到峰值之后再慢慢減通過植樹造林、節(jié)能減排等形式抵消掉自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量。具體就是在2060年前，針對(duì)排放的二氧化碳，要采取碳捕捉、植樹、節(jié)能減排等各種方式全部抵1背景-雙碳目標(biāo)1背景-雙碳目標(biāo)2015年《巴黎協(xié)定》設(shè)定了本世紀(jì)后半葉實(shí)現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)。越來越多的國(guó)家政府正在將其轉(zhuǎn)化為國(guó)家戰(zhàn)略，提出了無碳未來的愿景。全球國(guó)家已陸續(xù)設(shè)立了符合各國(guó)國(guó)情的雙碳目標(biāo)。目前已有138個(gè)國(guó)家設(shè)定了碳中和目標(biāo)，其余的國(guó)家設(shè)定了碳減排量目標(biāo)，以及國(guó)家和地區(qū)已實(shí)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)法國(guó)英國(guó)韓國(guó)/日本德國(guó)瑞士挪威美國(guó)愛思科研究中心1背景-雙碳目標(biāo)由可再生能源電力生產(chǎn)?！?023年3月16日，歐盟委員會(huì)出臺(tái)《凈零工業(yè)法案》,提出到2030年歐盟戰(zhàn)略性凈愛思科研究中心1背景-雙碳目標(biāo)了到2050年減少交通部門溫室氣體排放的里程碑式戰(zhàn)略，旨在·2023年2月15日，美國(guó)政府發(fā)布美國(guó)電動(dòng)汽車(EV)充電網(wǎng)絡(luò)·2023年3月29日，美國(guó)能源部(DOE)發(fā)布《推進(jìn)美國(guó)海上風(fēng)能：實(shí)現(xiàn)并超越30吉瓦目標(biāo)的戰(zhàn)略》,旨在實(shí)現(xiàn)美國(guó)到2030年1背景-雙碳目標(biāo)進(jìn)國(guó)際航運(yùn)脫碳；得公共、私人和慈善機(jī)構(gòu)的支持；修正案》(KigaliAmendment)規(guī)1背景-雙碳目標(biāo)(三)中國(guó)碳中和政策版權(quán)歸愛思科研究中心所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)維合智道能驟不統(tǒng)優(yōu)化道行與技時(shí)維合智道能驟不統(tǒng)優(yōu)化道行與技時(shí)(三)中國(guó)碳中和政策上線交易啟動(dòng)上線交易啟動(dòng)n轉(zhuǎn)型的總抓手，強(qiáng)化源頭治理、系統(tǒng)治理、綜n版權(quán)歸愛思科研究中心所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)背景綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源綜合智慧能源系統(tǒng)需求側(cè)能效管理結(jié)論及前景展望版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)2綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源愛思科研究中心維合智道能驟系統(tǒng)優(yōu)化道行與孩時(shí)需求側(cè)廣義儲(chǔ)能資源：版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)愛思科研究中心2綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源維合智延能驟系統(tǒng)優(yōu)化道行與技時(shí)2綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源電氫耦合2綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)愛思科研究中心縮合智題趣驟不統(tǒng)優(yōu)化道行與擅時(shí)規(guī)模大、容量小行為高度不確定123“N1參數(shù)非齊次e旦多學(xué)科交叉能量約束成本結(jié)構(gòu)復(fù)雜多學(xué)科交叉能量約束物理系統(tǒng)的勞損、人的舒適性等成本難以刻畫母2綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源愛思科研究中心維合智道能驟系統(tǒng)優(yōu)化道行與孩則分布式儲(chǔ)能率四移儲(chǔ)儲(chǔ)儲(chǔ)儲(chǔ)借電動(dòng)汽車具有儲(chǔ)能潛力預(yù)計(jì)到2030年：僅電動(dòng)汽車的電池容量將達(dá)到57億kWh,電池容量約為全網(wǎng)用電量(約170kwh)的三分之一；集中式儲(chǔ)能也將達(dá)到10億kWh。愛思科研究中心維合智道能驟系統(tǒng)優(yōu)化道行與孩則集中式儲(chǔ)能2綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源供需不平衡供需不平衡靈活性資源不足負(fù)荷變化曲線靈活性資源不足負(fù)荷變化曲線因靈活調(diào)節(jié)能力不足造成棄電靈活調(diào)節(jié)能力需求不確定性電源發(fā)電曲線可調(diào)節(jié)電源發(fā)電曲線綜合智題起驟系統(tǒng)優(yōu)化適行與擅則主要內(nèi)容背景-雙碳目標(biāo)綜合智慧能源系統(tǒng)中需求側(cè)資源綜合智慧能源系統(tǒng)需求側(cè)能效管理結(jié)論及前景展望版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)需求側(cè)能效管理是以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)必不可少的內(nèi)容，它反映了更加科學(xué)的電力系統(tǒng)管理思路。數(shù)字電網(wǎng)將引導(dǎo)用電側(cè)的用電用戶合理用電，積極參與電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)和●虛擬電廠：利用數(shù)字技術(shù)在線組建虛擬電廠，將分散的電源和柔性負(fù)荷聚小成多，能促進(jìn)發(fā)電●微電網(wǎng)：配電網(wǎng)呈現(xiàn)交直流混合柔性電網(wǎng)與微電網(wǎng)等多種形式協(xié)同發(fā)展態(tài)勢(shì)。微電網(wǎng)技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)經(jīng)濟(jì)、共享經(jīng)濟(jì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)新模式新業(yè)態(tài)，有助于提高服務(wù)效率和客戶體驗(yàn)，支撐業(yè)務(wù)創(chuàng)新，幫助用戶不斷釋放需求潛能。智能微電網(wǎng)能夠提高供電可靠性●交通電氣化：電動(dòng)汽車規(guī)?；鲩L(zhǎng)將促進(jìn)路網(wǎng)與電網(wǎng)的深度融合，為能夠適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通電氣化需求，未來將打造電動(dòng)汽車+數(shù)字電網(wǎng)深度互動(dòng)的智慧能源網(wǎng)●本章節(jié)先提出需求側(cè)能源系統(tǒng)面臨的主要問題，并從虛擬電綜合智慧能源系統(tǒng)可以有效地提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)可再生能源的規(guī)?；_發(fā)，實(shí)現(xiàn)能源的可持口需求側(cè)能源系統(tǒng)面臨的六個(gè)問題促進(jìn)新能源就地消納。2綜合能源服務(wù)成本較高成本，阻礙多能耦合發(fā)展。策支持?？谛枨髠?cè)能源系統(tǒng)面臨的六個(gè)問題源市場(chǎng)機(jī)制。5新能源汽車的接入產(chǎn)生新要求。的調(diào)度控制、充能設(shè)施規(guī)劃產(chǎn)生新要求。主要體現(xiàn)在多能源、多環(huán)節(jié)、多時(shí)間尺度、多目標(biāo)、大規(guī)模、非線性等。6需求側(cè)協(xié)同調(diào)度理論及優(yōu)化方法復(fù)雜性主要體現(xiàn)在多能源、多環(huán)節(jié)、多時(shí)間尺度、多目標(biāo)、大規(guī)模、非線性等。州內(nèi)州內(nèi)電③熱冷3.2虛擬電廠技術(shù)愛思科研究中心德電網(wǎng)德電網(wǎng)一個(gè)典型的含分布式能源的VPP架構(gòu)說明：VPP可能包括許多發(fā)電單元，儲(chǔ)能單元以及負(fù)荷單元。這些單元可以分布在廣闊的地理區(qū)域。VPP系統(tǒng)中通過通信媒介與VPP管控系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)VPP各單元的統(tǒng)一調(diào)度管理與控制。●利用數(shù)字技術(shù)在線組建的虛擬電廠可以看作一個(gè)由分布式能源、可控負(fù)載和分布式儲(chǔ)能設(shè)施有機(jī)組合形成的綜合控制載體。虛擬電廠可用于參與電力市場(chǎng)或聚合輔助服務(wù)?！裢ㄟ^虛擬發(fā)電廠的運(yùn)行機(jī)制實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)能源與新能源之間的互補(bǔ)協(xié)同調(diào)度與電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行，以最大程度地平抑新能源電力的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性，提高新能源的利愛思科研究中心3.2虛擬電廠技術(shù)3.2虛擬電廠技術(shù)虛擬電廠通過先進(jìn)的信息通信技術(shù)和軟件，將分布式發(fā)電機(jī)組、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車等結(jié)合起來，作為一個(gè)獨(dú)立的特殊的電廠進(jìn)行操作運(yùn)行。e●虛擬電廠組合優(yōu)化與容量配置a)單一時(shí)段容量配置。b)考慮出力偏差懲罰的容量配置。c)多時(shí)段容量配置?！裉摂M電廠組合優(yōu)化與協(xié)同a)虛擬電廠內(nèi)部可控單元組合優(yōu)化與協(xié)同一個(gè)典型的含分布式能源的VPP架構(gòu)b)參與市場(chǎng)交易的虛擬電廠的組合優(yōu)化與協(xié)同3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)愛思科研究中心口微電網(wǎng)四個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)口微電網(wǎng)四個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)傳統(tǒng)微電網(wǎng)隨著智慧控制并網(wǎng)/離網(wǎng)容量與能量風(fēng)-光為主儲(chǔ)能協(xié)調(diào)補(bǔ)償面向多用戶非可再生能源補(bǔ)償、應(yīng)急用能隱私用能經(jīng)濟(jì)用能舒適多能存儲(chǔ)多能轉(zhuǎn)換電氣冷熱柴油發(fā)電機(jī)綜合能源微網(wǎng)住宅微電網(wǎng)能源產(chǎn)消者高滲透可再生能源微網(wǎng)面向多網(wǎng)協(xié)同面向主電網(wǎng)能源共享3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)愛思科研究中心口新能源微電網(wǎng)面臨挑戰(zhàn)1:源荷雙側(cè)功率波動(dòng)口新能源微電網(wǎng)面臨挑戰(zhàn)1:源荷雙側(cè)功率波動(dòng)功率波動(dòng)源樸18kWh,30kW三◎Pb●能量型蓄電池參與經(jīng)濟(jì)調(diào)度、平緩并網(wǎng)功率波動(dòng)?！窆β市统?jí)電容實(shí)時(shí)抑制 滾動(dòng)優(yōu)化的每一步調(diào)度都會(huì)根據(jù)最新系統(tǒng)狀態(tài)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋校正，可以更好地適用于實(shí)際系統(tǒng)，具有更強(qiáng)的魯棒性?？谛履茉次㈦娋W(wǎng)面臨挑戰(zhàn)2:分布式新能源消納能源共享實(shí)現(xiàn)新能源消納美國(guó)能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米·里夫金在他的《第三次工業(yè)革命》一書中認(rèn)為，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將與可再生能源相結(jié)合，在能源生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)上實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣域能源共享。作為一種新興商業(yè)模式，共享能源機(jī)制要求使用權(quán)和所有權(quán)相分離。目前，隨著共享單車在全國(guó)各大城市迅速鋪開，“共享經(jīng)濟(jì)”的概念迅速普及，共享汽車也隨之悄然進(jìn)入了人們的視野。由于能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)能源電力的共享經(jīng)濟(jì)模式，因此建立市場(chǎng)機(jī)制、實(shí)現(xiàn)商業(yè)互聯(lián)至關(guān)重要。市場(chǎng)的關(guān)鍵在于賦予供需雙方自由競(jìng)爭(zhēng)、自由選擇的權(quán)利。通過閑置資產(chǎn)和服務(wù)的再分配、共享和重復(fù)利用實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)口新能源微電網(wǎng)面臨挑戰(zhàn)2:分布式新能源消納例如，家庭微電網(wǎng)用戶可以將自身剩余的分布式能源或者儲(chǔ)能設(shè)備的儲(chǔ)能空間分享給其他有需要的用戶。這種共享模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：●促進(jìn)剩余能源在用戶之間的互濟(jì)和提高能源設(shè)備的利用率；●用戶在共享能源/設(shè)備的同時(shí)可以獲得相應(yīng)的收益進(jìn)一步提高用能的經(jīng)濟(jì)性。3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)愛思科研究中心維合智題能驟系統(tǒng)優(yōu)化道行與技則dfgNandlHekbadNom-tdlaHelad學(xué)學(xué)微電網(wǎng)能沛聚合商定義為一個(gè)由云平臺(tái)和云用戶群構(gòu)成的開放式能源共享環(huán)境，兼顧區(qū)域微電網(wǎng)與能源產(chǎn)消者的優(yōu)勢(shì)。版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)愛思科研究中心需求側(cè)智慧能源系統(tǒng)屬于局域能源系統(tǒng)，是通過對(duì)區(qū)域或用戶能源的生產(chǎn)、傳輸、分配、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化后所形成的能源產(chǎn)供口用戶級(jí)智慧能源系統(tǒng)口用戶級(jí)智慧能源系統(tǒng)以用戶智能用電系統(tǒng)、分布式/集中式供熱系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等耦合而成，不同類型能源間存在深度耦合關(guān)系?！钣脩艏?jí)智慧能源系統(tǒng)又可稱系統(tǒng)內(nèi)可含有眾多的微能源網(wǎng)。銷一體化系統(tǒng)。3.4交通電氣化助力數(shù)字電網(wǎng)構(gòu)建版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)愛思科研究中心綜合智題趣驟系統(tǒng)優(yōu)化適行與擅則北歐：2020年，30萬輛北歐：2020年，30萬輛EV德國(guó)：2020年，100萬輛EV加拿大：2020年，80萬輛EV中國(guó)：2020年，500萬輛EV以色列：2020年，100萬輛EV美國(guó)：2020年，180萬輛PHEV澳大利亞；2020年，20%EV新西蘭：2020年，5%EV的智慧能源網(wǎng)絡(luò)。版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)車的主要代表；動(dòng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型；汽車+數(shù)字電網(wǎng)深度互動(dòng)3.4交通電氣化助力