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曹城禄:智能微网中的数字化与智能化思考

2018-01-18 09:08:07 中国能源网

2018年1月12日,由中国科学院科技战略咨询研究院、国际能源署(IEA)、联合国项目事务署(UNOPS)指导,中国能源研究会分布式能源专业委员会、中国能源网等联合主办,国家电网公司、汉能控股集团等协办的“2018未来能源大会”在北京隆重召开。西门子中国智慧能源技术总监曹城禄先生作题为“智能微网中的数字化与智能化思考”演讲。

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以下内容根据演讲实录整理摘编:

曹城禄:大家好!感谢主办方的邀请有这样一个机会把西门子在能源互联网,或者未来能源的看法和观点给大家做一个分享。为什么西门子能够持久生存发展,而且不断的往前走?我们一直强调创新,西门子不仅仅是一个做电气化的公司,我们强调数字化和软件,我们是全球的十大工业软件之一,在欧洲我们是除了SAT之外第二大公司。当然我们还有其他的技术,今天上午提到的电动汽车,我们现在也在做电动飞机,我们也跟合作方一起参与了电动飞机的技术。

对未来能源的发展来讲,西门子也在提4个D,对未来四个能源阶段,我们认为在很长时间之内传统的化石能源从发电到输电到配电到用电这样一个单一体系,和各种分布式能源并存的,有几个大的趋势,第一低碳化、第二个分布式、第三个市场化、第四个数字化。今天我着重介绍一下西门子在数字化领域相关的技术、一些案例,和所谓的一些平台,做一个分享。

数字化时代数据管理我们一直在强调互联网+,最上面一层我们整个IT技术的发展,从原始的计算机,从PC到智能化的笔记本等等,到因特网,到今天讲工业4.0,物联网时代。这样一个融合的趋势,会产生大量的数据,我们这边有一个统计,我们从物联网这个概念来看,每天连接到这样的平台大概有550万的资产,像电表啊,2020年会有500亿的资产,当然数字会更大。实际上50%以上的数据一年会大于50%以上,实际上真正利用的数据只有千分之五不到,这是我们一个核心关注的地方。

对西门子来讲,我们在数字化取得的成就,包括整个西门子大的物联网平台,包括西门子的设备、第三方工业的设备,像内燃机啊、电表啊等等,电表全球我们有7500万个智能电表,我们收益有450亿欧元,有将近一万名员工从事数字软件的开发。

在整个数字化的架构来讲,西门子也在强调电气化、自动化和数字化整体架构的一个模型,最底层就是传统电气化这样一个基本的模块,通过我们这个物联网的平台,MindSphere这个平台,机器、资产还有设备的数据可以连在我们物联网的平台,同时是一个开放的平台,可以开放给我们客户,也可以开放给我们生态的朋友圈,也可以开放给合作方等等,它也融合了一些相关的数据挖掘、人工智能这样的技术。同时基于物联网的平台,西门子提供了各种各样的软件服务,以及我们数字化的软件,今天着重介绍一下西门子在软件方面取得的相关的技术和信息。

我们整个物联网平台全球的生态圈,包括一些做咨询,如埃森哲,还有一些大的厂商,像ACP等等。在国内来讲,我们也在寻找合作的生态圈,也在进行过程当中,这个不方便透露,我们会在中国逐步落地,推行物联网在中国平台的落地。

我们基于物联网平台所有相关的三个大的平台,工业软件,主要是三个:

第一个,PSS的数字化双生的套件。

第二个,运行和控制的平台。

第三个,业务应用和分析的平台。我们通过通信协议跟底层设备相关的一些通信的标准,数据的安全,以及整个服务架构的体系,因为时间关系,不展开了。今天主要强调数字化软件平台。

我们会找这样一个落脚点,这个落脚点以园区为例,前段时间我看了一个统计数据,现在全国大大小小的园区一万多个,国家级的开发园区六百多个,省级开发区1100多个,所以园区整个的经济占咱们中国经济整个的将近30%,所以园区是很重要的这样一个实体,所以我们以园区为例,看看我们西门子针对园区的解决方案,怎么融合数字化为我们企业和客户带来价值?

这个是整个智能化绿色产业园区的架构,主要是达到:绿色、智能、安全的目标。一个有智慧的基础设施,包括能源、交通和楼宇,甚至是产业,但西门子强调的是一个使用,跟我们用户的融合,所以我们比较强调绿色工厂、智能制造跟我们整个能源的融合。

我们这边有一个全方位、模块化园区智能解决方案,包括区域能源监控中心、能源管理平台、微网储能,甚至是配送电的平台,今天我只是强调介绍一下整个关于数字化的软件,其他的不一一赘述了。大的架构是这样子,我们这边有一个基础的模块,你的光伏、燃气分布式发电,其他的照明等等,这都是我们的基础。基于这个园区整个基础模块搭建完之后,就可以建整个智慧的云平台,可以在这个云平台上建各种各样的应用。

这个功能的分布式就过去的,因为从分布式来讲,除了组件是第三方的,我们的配电系统、协同调度和优化,甚至过程当中的服务都有一个解决方案。

第一个我们讲PSS定义。

第二个可靠性、能源效率与电力市场交互的数据采集和优化的平台。

第三个数据的收集、报表对标的分析以及报表的生成,以及跟历史数据、仿真的基准,各种各样的应用。

我们这个定义包括两个部分,第一个针对发电一个单元的组成部分,我们可以模拟出来你这个光伏适合的发电,什么情况下配比是最优的,而且可以做各种各样的模拟。第二个针对园区的配网架构,你这个配网整个的变电站的选择,你跟上级配网怎么进行数据的交互?我们这边有一个模拟和仿真的设计。这两个平台是可以互联互通的,而且这两个平台也是包括了水网、热网、气网,所以我们是一个综合管理的仿真平台。

这两个平台做完模拟和仿真之后,再进行不断的人工优化和评估。其实我们做PSS的仿真大概是四个步骤,第一个步骤,做一个系统定义,包括我们整个这一个能源大概的组成部分,再进行发电的分析,不同发电的组成以及发电的容量,以及整个未来的趋势是什么样的?第三个网络的搭配,第四个系统的优化设计。

这是第一个关于园区整个能源和网络设计的平台和优化,第二个关于整个园区里面多能互补,或者微网有一个控制和优化的系统,这个平台是基于我们这个分布式能源和微网管理平台。主要有几个场景,第一个可以对三联供不同发电的效率,不同供热的效率,不同单元优化。我们知道可再生能源是波动,是不稳定,这样我们就可以跟储能有一个配比,进行自动充放的管理和协同,实现我们新能源这样一个最大化的利用,同时保证系统稳定性。第三个我们可以保证它的孤岛运行和并网运行模式的自动切换,我们知道它孤岛运行和并网运行的功率是不一样的,通过这套系统可以保证我们微网这套系统平稳运行。

介绍一下我们针对微网优化的模块,我们怎么样最优化使成本最低,同时又能满足系统的要求。第二个频率和电压的控制。现在很多号称也是微网的很多系统都是按这个模式进行操作的。这个级别需要控制电压、频率,这是二级控制,这个控制时间可以达到毫秒级。最高级别就是我们讲的高级的控制,我们叫三级控制,它的优化的算法,你的光伏、储能,还有你的风电,发电运行的时候,发电的组合是最优的,以及为未来电力市场进行协同,以及外面的天气预报等等,进行数据的整合。我们认为这是一个高级应用,需要达到秒级的应用水平。

在未来如果有多个微网的时候,还有区域能源交易市场需求,基于我们去中心化、智能合约的区块链技术,可以实现微网之间的调度、平衡和交易。

第三个介绍一下我们整个园区运营管理中心这个平台,这个把能源侧、复合侧跟电网之间的关系都可以进行统一的协同和管理,这个平台我们是面向未来物联网云端的平台,它支持MQTT,而且可以支持云端部署,也可以提供很多业务决策的仪表盘。这是我们整个的架构,最底层就是传统很多运维单元以及我们分布式的微网,包括仪表、建筑、工厂以新能源发电的设施,同时数据采集的标准协议可以实现很多能源监测、性能分析、优化以及整个智慧园区驾驶舱很多数据的展示。

其实在整个园区里面还有配网这样一个要求,因为时间关系我这里只介绍一下配网的管理,配网自动化是另外一个大的范畴,西门子提出先进配网的概念,包括故障的自动定位、故障的自动恢复,以及我们对故障的分析,我们有一个强大的预测模型,有很多暴风模式的模式自动设定。

这是我们大数据的一个应用,大数据的应用可以应用在两个方面,一个是园区里面的,一个是能耗,我们园区里面很多工业用户能耗的数据可以通过大数据管理平台实现节能、效率的提升,对分布式能源来讲,通过微网协同可以把其他的新能源或者多个微网进行整个的协同进行发电预测,负荷预测。

这是我们在德国能源互联网示范其中的一个案例,远端有风电,是一个山,山下有农场,农场里面养的是奶牛,奶牛产生的粪便用来做沼气,家家屋顶上面做的太阳能光伏,它的发电的容量是它的三倍,剩下的电会卖给当地的电网公司,进行经济上的一个收益。所以西门子是帮它做了整个微网优化的控制系统,实现了供需平衡,同时我们也实现了跟电网的协同和互补。

第二个是我们国内的一个案例,是杭州国家分布式能源技术实验中心,这个实验中心虽然不大,但是它的能源形式比较复杂,有单伏、有多晶硅、有内燃机、燃机等等,实现了冷热电综合能源的优化,也保证了安全可靠和供电质量。

第三个是区块链的合作,这是我们在纽约市做的一个示范性的项目,这个是给一个合作方提供了基于智能合约P2P交易的平台,我们知道区块链有比特币技术,还有智能合约技术,这个项目就是采用了智能合约的技术,通过智能电网实现了社区级的微电网它之间的一个交互和交易。同时我们这个区块链交易的平台,也跟我们传统的交易市场像PGM这样一个交易平台,也有这样一个数据的交互。所以我们这个项目也支持有区块链的这样一个发电的用户,也支持没有区块链这样一个分布式能源和它相关电网的连接。

最后介绍一下园区的案例,第一个是我们在国外马斯达(音)做的一个社区案例,这个是在阿联酋的阿布扎比,它号称是零碳排放社区。我们西门子参与它的建设。国内我们跟广东省电力设计院合作为中新知识城综合能源规划和整体规划,最近我们跟它一个园区里面的售电公司有一个实际的产业合作,我们一起跟他成立的合资公司,专门做整个园区的配网,园区售电平台的支持。

所以总结一下,西门子整个园区智慧能源的引用,体现在一个技术特点,包括多能互补的能量管控系统、能源大数据智能运维平台,商业模式我们可以投资也可以入驻。

好了,谢谢大家!




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责任编辑: 张磊

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