楊 威,袁冬冬

(1.張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 就業(yè)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)中心,河北 張家口 075051;2.國(guó)網(wǎng)冀北張家口風(fēng)光儲(chǔ)輸新能源有限公司 運(yùn)行監(jiān)控中心,河北 張家口 075051)

引言

為貫徹習(xí)近平總書記提出的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略,加速落實(shí)“雙碳”目標(biāo)及張家口新型電力系統(tǒng)示范區(qū)建設(shè),探索適應(yīng)可再生能源大規(guī)模融入電力系統(tǒng)的新型電力運(yùn)行機(jī)制和負(fù)荷調(diào)節(jié)管理新模式,張家口市政府與國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司(下稱冀北公司)簽署共同建設(shè)示范區(qū)能源大數(shù)據(jù)中心協(xié)議,圍繞新能源科學(xué)發(fā)展、能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建、風(fēng)光儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、全社會(huì)用能轉(zhuǎn)型、全鏈條匯集分析源網(wǎng)荷儲(chǔ)等技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)實(shí)證、日常運(yùn)維數(shù)據(jù),提出可再生能源規(guī)劃、建設(shè)、并網(wǎng)、消納、運(yùn)維等數(shù)字化解決方案,打造能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新生態(tài),引領(lǐng)新能源創(chuàng)新發(fā)展。

一、張家口能源大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)背景

(一)增強(qiáng)內(nèi)驅(qū)動(dòng)力的迫切需要

國(guó)家發(fā)改委印發(fā)《河北省張家口可再生能源示范區(qū)發(fā)展規(guī)劃》,提出在實(shí)施好國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程的基礎(chǔ)上,探索適應(yīng)可再生能源大規(guī)模融入電力系統(tǒng)的新型電力運(yùn)行機(jī)制和負(fù)荷調(diào)節(jié)管理新模式,開展智能化區(qū)域電力運(yùn)行監(jiān)控管理等技術(shù)應(yīng)用示范。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)的發(fā)展,國(guó)家不斷出臺(tái)相關(guān)政策,用以鼓勵(lì)支持?jǐn)?shù)據(jù)中心建設(shè),加快能源領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字型綜合能源服務(wù)一體化發(fā)展模式研究與應(yīng)用是當(dāng)前形勢(shì)下的必然發(fā)展路徑,是張家口可再生能源示范區(qū)持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。

(二)落實(shí)社會(huì)責(zé)任的必然要求

為貫徹習(xí)近平總書記提出的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略,加快推進(jìn)“3060”雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn),張家口市政府與國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司簽署共同建設(shè)示范區(qū)能源大數(shù)據(jù)中心協(xié)議。充分發(fā)揮示范區(qū)機(jī)制和資源優(yōu)勢(shì),依托國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程技術(shù)優(yōu)勢(shì),共同建設(shè)可再生能源示范區(qū)大數(shù)據(jù)中心,加速先進(jìn)數(shù)字技術(shù)與先進(jìn)能源控制技術(shù)的深度融合,圍繞新能源科學(xué)發(fā)展、能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建、風(fēng)光儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、全社會(huì)用能轉(zhuǎn)型、全鏈條匯集分析源網(wǎng)荷儲(chǔ)等技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)實(shí)證、日常運(yùn)維數(shù)據(jù),提出可再生能源規(guī)劃、建設(shè)、并網(wǎng)、消納、運(yùn)維等數(shù)字化解決方案。

二、張家口能源大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)成

圍繞建設(shè)能源科研平臺(tái)、數(shù)字賦能平臺(tái)、價(jià)值創(chuàng)造平臺(tái)和管理支撐平臺(tái),冀北公司多措并舉打造能源互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài),服務(wù)冀北地區(qū)雙高綠色智慧電網(wǎng)建設(shè),服務(wù)張家口可再生能源示范區(qū)清潔低碳發(fā)展。

(一)開展數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)(能源科研平臺(tái))

近年來(lái)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷增大,電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出開放式、扁平化、分散式、邊界模糊化的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)字孿生電網(wǎng)是電力系統(tǒng)模型日漸復(fù)雜、應(yīng)用數(shù)據(jù)快速海量增加以及數(shù)字孿生理論技術(shù)逐漸發(fā)展完善等各方面背景共同作用下的新興產(chǎn)物。

冀北風(fēng)光儲(chǔ)輸公司作為新能源行業(yè)的示范者,創(chuàng)新性開展風(fēng)光儲(chǔ)基地?cái)?shù)字孿生建模與運(yùn)行能效提升技術(shù)研究及示范。提出了風(fēng)光儲(chǔ)基地多源海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的云邊協(xié)同治理方案,形成了面向不同業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的風(fēng)光儲(chǔ)基地?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)和治理手段,建立風(fēng)光儲(chǔ)基地全域感知數(shù)據(jù)集,實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)群實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交互共享應(yīng)用機(jī)制。構(gòu)建了反映典型缺陷特征的風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電設(shè)備數(shù)字孿生模型,提出風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電設(shè)備數(shù)字孿生虛擬系統(tǒng)與真實(shí)系統(tǒng)的信號(hào)交互方案,指導(dǎo)風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電設(shè)備精細(xì)化運(yùn)維,實(shí)現(xiàn)風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電設(shè)備發(fā)電性能提升。建成了面向發(fā)電能效提升的風(fēng)電場(chǎng)機(jī)群數(shù)字孿生虛擬系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電站級(jí)數(shù)字孿生虛擬系統(tǒng)與真實(shí)場(chǎng)景的交互驗(yàn)證,提出基于多機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享的風(fēng)電場(chǎng)機(jī)群主動(dòng)偏航協(xié)同控制方法,有效地支撐了風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行能效提升。建設(shè)風(fēng)光儲(chǔ)基地典型“機(jī)—群”的數(shù)字孿生虛擬系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜物理動(dòng)態(tài)過程的 3D 展示、時(shí)序推演與在線優(yōu)化,形成風(fēng)光儲(chǔ)基地運(yùn)行能效提升的技術(shù)解決方案,為新能源電站的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了樣板示范[1]。

(二)開展張家口地區(qū)規(guī)?；刂行慕ㄔO(shè)(數(shù)字賦能平臺(tái))

2020年碳中和與構(gòu)建新型電力系統(tǒng)目標(biāo)的提出,將新能源的發(fā)展帶入了新的發(fā)展周期。電力系統(tǒng)正經(jīng)歷綠色低碳轉(zhuǎn)型和能源結(jié)構(gòu)變革。冀北電網(wǎng)作為新能源裝機(jī)容量占比最高的省級(jí)電網(wǎng),提升新能源場(chǎng)站調(diào)度、監(jiān)控、運(yùn)維的管理水平是電網(wǎng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行的重中之重。

張家口能源大數(shù)據(jù)中心建設(shè)可再生能源示范區(qū)新能源場(chǎng)站集控、集聚中心,引入示范區(qū)各大發(fā)電集團(tuán)進(jìn)行集控中心業(yè)務(wù)的建設(shè),開創(chuàng)基礎(chǔ)設(shè)施共建、數(shù)據(jù)共享的新模式,形成規(guī)?；?yīng)[3]。

集控系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集、整理各新能源場(chǎng)站生產(chǎn)數(shù)據(jù),建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警、自動(dòng)生成報(bào)表等。云平臺(tái)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,找出發(fā)電指標(biāo)差距,定量分析由于設(shè)備維護(hù)、設(shè)備故障或天氣等多種原因造成的電量損失情況,查找設(shè)備故障根源和共性問題,提高接入場(chǎng)站設(shè)備利用率,同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精細(xì)化管理、優(yōu)化控制及規(guī)?；瘷z修維護(hù)等方面提供了強(qiáng)有力的參考數(shù)據(jù)。

集控中心一體化服務(wù)通過集控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了各新能源場(chǎng)站的數(shù)據(jù)匯集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警、診斷維護(hù)及數(shù)據(jù)分析,支撐以冀北電網(wǎng)為主要調(diào)度單位的區(qū)域性集中監(jiān)控與集中調(diào)度。

(三)開展虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)研究(數(shù)字賦能平臺(tái))

冀北電網(wǎng)負(fù)荷特性是受端電網(wǎng)、負(fù)荷大、峰谷差大及尖峰時(shí)段降溫負(fù)荷占比高。冀北電網(wǎng)為了防止資源浪費(fèi),保證電網(wǎng)冗余發(fā)電能力,且保證高峰期供電安全,開展了虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)。虛擬電廠技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式資源的有效聚合和協(xié)調(diào)控制,從而降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的碳排放量,提高可再生能源消納量,解決了資源浪費(fèi)的問題,成為推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的有效途徑[2]。

1.虛擬電廠參與輔助服務(wù)市場(chǎng)

虛擬電廠通過參與輔助服務(wù)市場(chǎng),參與輔助調(diào)峰市場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)供應(yīng)與負(fù)荷不平衡的問題。

依托先進(jìn)的控制、通信等技術(shù)手段,虛擬電廠智能管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能、分布式電源、電動(dòng)汽車、柔性負(fù)荷等資源的協(xié)調(diào)、優(yōu)化、聚合,作為一個(gè)特殊電廠參與電網(wǎng)運(yùn)行和電力市場(chǎng)。

虛擬電廠示范工程將采用“1+2+N”的模式,“1”即虛擬電廠管控平臺(tái),可為用戶提供設(shè)備數(shù)據(jù)、計(jì)算、儲(chǔ)存的功能并整合優(yōu)化各類信息反饋給用戶;“2”即多能流網(wǎng)絡(luò)與電力物聯(lián)網(wǎng)絡(luò),提供信息傳輸和轉(zhuǎn)換的作用;“N”即多方應(yīng)用,可以為電網(wǎng)、交易中心以及其他參與企業(yè)提供數(shù)字化產(chǎn)品等增值應(yīng)用服務(wù)。

2.虛擬電廠承擔(dān)電力平衡責(zé)任

新能源電力系統(tǒng)下,將由“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變,風(fēng)電、光伏等不可控發(fā)電優(yōu)先匹配不可控負(fù)荷,優(yōu)先發(fā)電保障優(yōu)先用電,可控發(fā)電、用電共同平衡優(yōu)先發(fā)電、優(yōu)先用電之間的差額。

電網(wǎng)調(diào)度臺(tái)下發(fā)調(diào)度指令給虛擬電廠,虛擬電廠通過虛擬電廠管控平臺(tái)分解指令并下發(fā)控制策略給第三方主體,由聚合的第三方主體按照虛擬機(jī)組的負(fù)荷特性發(fā)配各自虛擬機(jī)組,從而完成整體電力調(diào)節(jié)。

(四)開展示范區(qū)創(chuàng)新聯(lián)盟建設(shè)(價(jià)值創(chuàng)造平臺(tái))

為積極響應(yīng)和落實(shí)國(guó)家“雙碳”目標(biāo),發(fā)揮張家口地區(qū)的可再生能源資源稟賦、區(qū)位優(yōu)勢(shì),風(fēng)光儲(chǔ)輸公司順應(yīng)國(guó)家科技創(chuàng)新政策需求,不斷收集示范區(qū)可再生能源相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新需求,發(fā)起成立了“張家口可再生能源產(chǎn)業(yè)促進(jìn)會(huì)”以及“新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”。

1.張家口可再生能源產(chǎn)業(yè)促進(jìn)會(huì)

張家口可再生能源產(chǎn)業(yè)促進(jìn)會(huì)旨在依托張家口地區(qū)可再生能源產(chǎn)業(yè)聚合優(yōu)勢(shì),積極發(fā)揮地區(qū)政府、電力系統(tǒng)、行業(yè)專家和可再生能源企業(yè)之間的橋梁紐帶作用,促進(jìn)業(yè)內(nèi)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流,推廣可再生能源前沿技術(shù)應(yīng)用落地,共同推動(dòng)地區(qū)可再生能源產(chǎn)業(yè)健康、有序、可持續(xù)發(fā)展。

聯(lián)合各單位的技術(shù)力量和智力優(yōu)勢(shì),緊密圍繞構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)重要部署規(guī)劃,積極謀劃抱團(tuán)發(fā)展、合作共贏工作機(jī)制,發(fā)揮橋梁作用,服務(wù)科學(xué)決策。積極服務(wù)“雙碳”目標(biāo),為張家口可再生能源示范區(qū)實(shí)現(xiàn)有質(zhì)量、有創(chuàng)新、有品牌內(nèi)涵式增長(zhǎng)貢獻(xiàn)力量。

2.新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟

聯(lián)盟面向新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)需求,通過聯(lián)合河北省區(qū)域內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用單位,匯聚科研資源,依托張家口可再生能源示范區(qū),以推動(dòng)高校、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和其他組織機(jī)構(gòu)等在戰(zhàn)略層面有效結(jié)合,加快構(gòu)建以市場(chǎng)為導(dǎo)向、企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研用深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系,加快提升區(qū)域可再生能源科技創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,促進(jìn)示范區(qū)相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展為目標(biāo),突破相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸,加速科技成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化推廣應(yīng)用。

(五)開展智慧能源平臺(tái)建設(shè)(管理支撐平臺(tái))

風(fēng)光儲(chǔ)輸公司打通張家口地區(qū)各行業(yè)能源數(shù)據(jù)壁壘,開發(fā)智慧能源平臺(tái),對(duì)共享數(shù)據(jù)資源、挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值、輔助政府科學(xué)決策、促進(jìn)管理提質(zhì)增效、推動(dòng)全社會(huì)用能效率提升、助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要支撐作用。

1.開展能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與分析

整合張家口市能源、化工、制造、建筑、交通、農(nóng)業(yè)、居民生活等重點(diǎn)領(lǐng)域的煤、電、水、氣、油、碳排放量等能源數(shù)據(jù),將能源消費(fèi)信息與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、行業(yè)發(fā)展、企業(yè)經(jīng)營(yíng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合集成分析,宏觀體現(xiàn)張家口市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,為政府掌握評(píng)估本地區(qū)經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)、招商引資、節(jié)能減排等工作提供決策參考,實(shí)現(xiàn)“雙碳”關(guān)鍵指標(biāo)的預(yù)警、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與分析,加強(qiáng)重點(diǎn)用能單位監(jiān)管,促進(jìn)能源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.開展碳排放管理服務(wù)

為了實(shí)現(xiàn)碳排放及能耗足跡的可分析、可跟蹤及可視化,采取對(duì)區(qū)域內(nèi)企業(yè)、政府和園區(qū)的能耗數(shù)據(jù)、碳指標(biāo)及碳數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理,并對(duì)區(qū)域內(nèi)的碳耗、能耗全流程進(jìn)行精準(zhǔn)跟蹤、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和及時(shí)預(yù)警,從而構(gòu)建起園區(qū)、企業(yè)和政府 “三位一體”的數(shù)字化碳管理體系。新建碳排放監(jiān)測(cè)和碳達(dá)峰路徑追蹤模塊,可視化區(qū)域內(nèi)政府、園區(qū)和企業(yè)實(shí)時(shí)用能情況、碳排放情況、強(qiáng)度對(duì)標(biāo)分析等,并輔助提供預(yù)警服務(wù),提升政府開展當(dāng)?shù)靥寂欧殴芾淼墓ぷ髻|(zhì)效,節(jié)約碳排放管理的成本,為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)提供決策支撐。

三、張家口能源大數(shù)據(jù)中心的價(jià)值創(chuàng)造

能源大數(shù)據(jù)中心的建設(shè),以能源科研平臺(tái)、數(shù)字賦能平臺(tái)、價(jià)值創(chuàng)造平臺(tái)和管理支撐平臺(tái)為支撐,形成了“數(shù)字經(jīng)濟(jì)+企業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟”的能源互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài),全面整合新能源行業(yè)上下游企業(yè)能力,服務(wù)了張家口可再生能源示范區(qū)及新型電力系統(tǒng)建設(shè)示范區(qū)建設(shè)。

(一)依托政企優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)平臺(tái)共建

把握“大數(shù)據(jù)與新能源聯(lián)動(dòng)、大數(shù)據(jù)與智能制造深入融合”區(qū)域定位,以綠色數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為龍頭,構(gòu)建“政府服務(wù)—行業(yè)機(jī)構(gòu)服務(wù)—企業(yè)用戶服務(wù)—社會(huì)公眾服務(wù)”的能源大數(shù)據(jù)服務(wù)生態(tài)圈,建設(shè)“安全可靠、政府滿意、行業(yè)支撐、業(yè)態(tài)豐富、投入合理、運(yùn)營(yíng)高效”的區(qū)域能源大數(shù)據(jù)中心典范。以服務(wù)張家口區(qū)域能源發(fā)展、支撐能源工作高效開展為目標(biāo),通過實(shí)時(shí)采集分類分項(xiàng)數(shù)據(jù),在統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺(tái)下,實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)、能耗分析、異常分析、節(jié)能控制、APP服務(wù)于一體的智慧能源完整解決方案。

(二)依托數(shù)據(jù)資產(chǎn),實(shí)現(xiàn)價(jià)值共享

基于大數(shù)據(jù),通過在線安全穩(wěn)定預(yù)警系統(tǒng)、新能源功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,有效降低新能源不確定性對(duì)安全穩(wěn)定控制策略的影響,在保障新能源基地安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下可提升新能源電站控制的精細(xì)化水平。新能源運(yùn)營(yíng)必將通過精益化管理手段和數(shù)字化技術(shù)手段,深挖設(shè)備發(fā)電潛力,以高質(zhì)量管理模式替代當(dāng)前的粗放式管理模式,獲取發(fā)電收益最大化,達(dá)到全壽命周期平準(zhǔn)化成本最優(yōu)。

(三)依托數(shù)字轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)生態(tài)共贏

以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等平臺(tái)為依托,利用多項(xiàng)技術(shù)相互依存、相互促進(jìn),推動(dòng)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,為產(chǎn)業(yè)生態(tài)帶來(lái)更經(jīng)濟(jì)、更靈活的數(shù)字化平臺(tái)。充分借用大數(shù)據(jù)分析手段和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),激活企業(yè)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏的價(jià)值,全面整合數(shù)據(jù)信息,將場(chǎng)景與技術(shù)進(jìn)行融合,將數(shù)字化場(chǎng)景應(yīng)用落地,加速破解張家口“雙區(qū)”新型電力系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)難題。