山西省研发能源互联网核心技术应用广泛

来源：山西日报 时间：2024-05-20 18:28

　　能源保障和安全事关国计民生，是须臾不可忽视的“国之大者”。作为数字革命与能源革命深度融合的产物，能源互联网是支撑我国能源革命和碳达峰碳中和目标达成的颠覆性技术。山西是全国能源革命综合改革试点省份，肩负着从传统能源大省迈向新型综合能源大省的重大使命，近年来新型能源体系建设和能源绿色低碳转型蹄疾步稳，能源互联网技术创新与新质生产力发展方兴未艾。 

　　太原理工大学党委副书记、副校长，山西省能源互联网研究院首席科学家孙宏斌教授团队攻克了能源互联网“智慧大脑”核心技术——“多能流综合能量管理关键技术”“能碳联合协同调控技术”，突破多能流和碳流的分析计算、安全评估、优化调控三大技术瓶颈。基于该技术研发的世界首套规模化多能流综合能量管理系统（IEMS），目前已在全国8个省份、30余个智慧城市、百余个低碳园区和共建“一带一路”国家应用，服务近3万家重点用能企业，在提升综合能源利用效率、最大化消纳可再生能源、保障综合能源系统安全性等方面取得显著经济效益和社会效益。

　　攻克关键核心技术

　　实现多能流互联互通互补

　　孟夏之月，万物并秀。我省首个低碳机场——朔州滋润机场内人流如织、秩序井然。航站楼里，采光玻璃屋顶将自然光源源不断引入室内。航站楼前，1万平方米的停车场顶棚由3433块光伏板搭建而成，内设新能源车位45个。机场西侧，一排排硕大的集装箱里配置着先进的全钒液流电池储能系统。“该系统由山西省能源互联网研究院研发，可将光伏电能储存起来，不仅安全、环保，而且容量大、寿命长。”5月14日，朔州机场建设管理公司党委专职副书记苏慧明介绍，“我们还采用地热负责主体冷热双供、电锅炉进行补热的供热冷模式。” 

　　光伏、地热、储能、电锅炉、充电桩……对机场电、热、冷等多种能源的发输配用储全过程进行综合调控的，正是多能流综合能量管理系统。在朔州机场智慧能源管理系统的可视化大屏上，清晰显示着能源岛、光伏、储能、充电站的精准运行情况和用电负荷、能耗、碳排监测等实时数据。“通过多能优化调度功能，实现不同能源类型耦合互补与最优能流，并对能耗、碳排进行监测分析，提供智能在线运行控制解决方案，构筑起节能降耗、清洁低碳的用能模式。”山西省能源互联网研究院能量管理与运行控制中心技术总监夏天介绍。

　　多种能源形式综合利用是支撑我国能源革命和“双碳”目标实现的关键技术路径。近十年来，综合能源系统发展迅猛，但由于缺乏协同性，普遍存在“综合有余、智慧不足”的问题，导致能效提升受限。夏天认为，实现多能流综合能量管理主要面临两大挑战，“一是电、热、冷、气等异质能源网建模和分析的学科基础不同，学科交叉融合困难；二是传统求解理论无法满足城市级大规模综合能源系统在线计算的实时性和可靠性等要求。”

　　历经多年艰难攻关，孙宏斌教授团队突破异质能流模型差异大、大规模系统无法高效可靠求解的重大难题，将能量管理对象从“纯电流”拓展为煤、电、热、冷、气、氢等“多能流”，研发了世界首套规模化多能流综合能量管理系统（IEMS）。作为综合能源系统的“智慧大脑”，它统领信息流，调控能量流，协同碳流，保障各类规模综合能源系统绿色低碳、安全高效运行，是支撑“双碳”目标达成的重大标志性技术突破。由6位院士领衔的科技成果鉴定委员会专家一致认为：“项目取得重大原创性科研成果，属于国际首创。”

　　转化应用场景广阔

　　绿色低碳成效凸显

　　北京时间2023年12月14日下午，孙宏斌教授团队自主研发的“风—光—氢—储—荷”清洁能源微系统在南极中山站附近安装调试成功，发出第1度“绿电”，点亮南极冰盖。 

　　“极地零碳能源系统只是多能互联的微网系统。”夏天见证了“智慧大脑”从萌芽吐绿到枝繁叶茂的成长历程：“多能流综合能量管理系统的应用场景十分广阔，目前已实现从‘小规模’系统到‘大规模’系统的迭代升级，并在山西、北京、江苏、吉林、浙江等省市的智能楼宇、低碳园区、智慧城市以及省域获得成功应用。”

　　“该系统近3年销售额破亿元，实现典型北方城市供热季减少弃风上亿千瓦时，典型园区年均节能30%，碳排放降低14%。”盘点“智慧大脑”的应用“成绩单”，山西省能源互联网研究院院长助理兼科技创新部部长薛屹洵熟稔于心、如数家珍。

　　在阳泉市高新区，以IEMS系统和能碳联合协同调控技术为基础建设的“数智双碳”产业平台，已成为阳泉市数智新城建设的“三张名片”之一。

　　作为国内外首套园区级能源互联网应用，北京北科产业园运用IEMS系统实现多种能源互补融合、互联集成，年均节能近30%、每年减少碳排放638吨，入选我国“能源数字化示范工程”。

　　“城市是能源消耗的主体。我国城市能源设施升级改造参差不齐、行业条块分割、智能化程度不高，导致整体能耗、碳排放偏高，能效偏低。”夏天介绍，IEMS系统在国家重点研发计划“城市综合能源智慧物联管控技术研究及应用示范”中也大显身手，相关成果已在江苏省南京市江北新区展开应用。“系统全面覆盖了该区楼宇群、大学校园、电动汽车充电站、地下空间、工业企业及园区等复杂场景，帮助用户实现光伏全消纳、削峰填谷、降本增效，为打造绿色智慧城市做出示范。”项目牵头单位国网信息通信产业集团有限公司现场项目经理汪良对示范成效颇感欣慰。

　　通过城市级IEMS电热协同调控，吉林省长春市接入热电厂7座、换热站853个，实现热网、企业和分布式资源与风电等可再生能源的联动，挖掘新型灵活性资源，促进可再生能源消纳，近3年在供热季共计减少弃风5.67亿千瓦时，相当于减少碳排放61.38万吨。

　　浙江省以能碳协同调控技术为基础，建立了国内首个省级综合能源管理平台，包含电、煤、油、气、热五大品类，覆盖29773家重点用能企业。平台在全国首创“电碳一张图”，实现贯穿“电力—能源—碳排放”协同路径，探索能源生产、传输、消费全过程碳轨迹追踪、新型能源系统源网荷储高效互动，获第48届日内瓦国际发明展最高荣誉“评审团特别嘉许金奖”。

　　如今，从灯火璀璨的都市到冰雪覆盖的极地，从精密运转的工厂到暖意融融的家庭，“智慧大脑”正悄然影响着生活的每个角落。

　　突破壁垒加力创新

　　构建智慧开放能源生态

　　“您现在看到的是我们搭建的多能互补综合园区能量管理系统的验证与仿真平台。”5月15日，山西省能源互联网研究院的成果展示屏前，该院党政办主任张佳惠正在讲解。作为我省能源互联网试点建设的人才和技术汇聚平台，研究院的成长壮大伴随着我省能源互联网蓬勃发展的铿锵步履。 

　　2023年，山西煤炭产量13.78亿吨，年末全省发电装机容量1.33亿千瓦，其中风光发电装机4989万千瓦，新能源和清洁能源装机占比达到45.8%。我省能源系统整体呈现体量巨大、互补性强的显著特征，建设能源互联网条件良好，需求迫切。

　　省委、省政府高度重视能源互联网建设工作，连续4年将“能源互联网试点”写入省政府工作报告，成立了以省长为组长的专项领导小组，先期采取“1省域+3城市+N园区”的试点专项建设方案，实行首席科学家负责制，高位推动试点工作，取得积极成效。

　　2021年，山西省能源互联网研究院成立。攻克“智慧大脑”核心技术的同时，该院还自主研发出能源大数据融合智能与安全技术、全钒液流电池新型储能技术、虚拟电厂、负荷预测、“云—端协同”无人机自主巡检等一系列能源互联网关键技术，交出科技创新与成果转化的亮眼成绩单。

　　在不断开展前瞻性探索、推动核心技术拓展应用的同时，研发团队也清醒认识到能源互联网建设面临的现实挑战。夏天直言：“目前，能源领域煤、电、热、冷、气、氢等多行业，源、网、荷、储等多主体的各类能源数据相互割裂、壁垒林立，海量的多源异构数据形成一个个信息孤岛无法汇集。各能源主体参与协同的意愿不足、激励不够，协同机制和碳市场机制有待完善。”

　　“能源互联网旨在通过能量互联、信息互联、价值互联、碳排互联，打破能源系统间的技术壁垒、数据壁垒、市场壁垒和体制机制壁垒，有效支撑能源安全高效供给与绿色低碳发展。”薛屹洵期待，尽快建立标准化能源数据接口，打造能源数据底座，打通各类能源间及能源系统产、输、储、用全环节、全链路数据壁垒；建立能源数据共享制度和体系，以价值为驱动激发各方参与积极性，构建多能协同的全国统一能源市场，促进能源市场和碳交易市场协调发展，打造全景全域全方位的能源互联网。

　　“能源互联网将创新性技术、战略性新兴产业赋能传统能源行业，牵引能源跨领域深度融合创新，是助力能源转型的代表性新质生产力。”孙宏斌表示，能源互联网正在以重大发展战略需求和巨大蓝海市场前景迎来加速起势的“风口期”。以能源互联网建设为切入点和突破口，统筹协调下好能源综合利用“一盘棋”，必将有力支撑山西打造绿色低碳、安全高效、开放共享的能源生态，助力我省能源革命在新一轮产业变革中实现新突破，奋力书写能源高质量发展新篇章。（邬帅莉）

　　责任编辑：江蓬新