清華大學胡澤春:能源互聯網下的三網融合現狀與前景分析
為助力中國儲能企業與國際接軌,同時致力于推動中國儲能產業機制的建立,實現儲能技術商業化,中關村儲能產業技術聯盟舉辦的“儲能國際峰會暨展覽會2018(ESIE2018)”于2018年4月2-4日在北京國家會議中心舉行。清華大學教授胡澤春發表題為《基于車電互聯網的能源與交通網融合》的演講,文字實錄如下:
尊敬的各位嘉賓上午好,非常感謝主持人的介紹,也感謝聯盟的邀請。我是來自學校的,所以給大家介紹偏研究的工作。
今天給大家介紹的題目“基于車電互聯能源與交通網融合”,實際上去年申請科學基金的項目,我們項目叫做三網融合,能源網、交通網、信息網的融合。這三網融合更關鍵能源與交通網的融合,信息網的融合類似于一種基礎條件。相比較而言,推動能源和交通網的融合,可能更為關鍵、困難一些。在北京和意義上面,我們起到這幾個方面,第一個,我們國網電動汽車服務有限公司領導介紹,在電動汽車大力的發展,電動汽車占有量占到全球一半,形勢非常好。第二個,我們在國家產業界學校里面推能源互聯網的發展,可再生能源和電動汽車替代背景下正在促進能源與信息網的融合。另外我們在交通領域有很多產業界或者學術界的研究,在研究智能交通和車聯網,智能交通和車聯網關注車路本身的融合,而對于能源這一塊,電氣化這一塊沒有很多的關注。我們搞能源這個角度來說,希望能夠促進能源、交通物理信息的融合,也就是能源系統和交通系統集團化、能源化的發展,在理論上有很重要的實踐意義。
在學術研究上,近幾年隨著電動汽車的發展,以充電設施的規劃,充電行為的引導和充電工具的控制為引導,出現了交叉研究的趨勢。帶我們行業研究方面有很多交通方面去考慮,我們在研究電動汽車充電行為、充電引導的時候考慮到交通的因素。而在交通專業的研究有很多考慮電氣化之后,設施怎么來布局,怎么來做電動汽車的引導。
在這里我們就提出了這樣一個能源交通或者三網融合的愿景,我們主要研究是考慮以電氣化交通和能源互聯網發展為大的背景,我們提到三網融合關鍵因素,主要在于電動汽車、氫燃料電車和城市軌道交通。以融合發展推動高效率、智能化和安全性為目標,實現三網融合協調規劃與協調運行。
下面畫的很簡單示意圖,過去的話,我們能源和交通這兩個領域是分開做研究的,電動汽車、燃料汽車和軌道交通的汽車融合在一起。首先設施規劃上的運行,其次是運行方面的融合。所以我們提了幾個方面的內容。第一個,在規劃的問題上,主要考慮研究這幾個方面,服務多模式電動汽車,充換電的規劃。多模式考慮公共汽車,也考慮私家車的模式,也考慮換電的模式。第二,考慮與電網分布式電源耦合的電池汽車基礎設施規劃的問題。第三,考慮交通網融合分布式融合規劃的問題,前面有一些嘉賓關注到光伏公路,另外我們在軌道交通的沿線可以考慮配置分布式發電的資源。另外結合電動汽車設施規劃也可以分布式光伏能源結合起來,考慮交通網分布式能源的規劃也是我們關注一個重點。第四,在能源網、交通網融合的信息系統的規劃。最后考慮很大的層面在能源和交通系統規劃來做相應的研究。
給大家介紹一下,我們已經做得一些工作,在規劃方面,我們應該說主要有這幾個方面的工作,首先做了一些基礎建模的研究,既從充電需求的考慮,也從交通網絡的模型考慮,考慮的是充電站的規劃,做容量的規劃,在我們站點確定的情況下怎么確定充電設施,這個充電設施考慮目的地的充電設施也包括快速充電設施。再下面就是充電網絡的規劃,主要考慮市區內充電設施的布局。市區內充電布局可能有多個極點、多個類型的充電設施,有一定類型的替代效應,可能考慮替代效應方面綜合起來規劃。對于快速路網的規劃快速充電、應急充電的規劃,主要考慮到交通耦合的規劃問題。
另外也做了一些關于數據驅動,說得的大數據方面的工作。我們拿到北京數萬輛GPS的數據,這些是傳統的車,有了這些數據以后,因為北京近些年出租車的數量基本上沒有發生變化?,F在是燃油車為主,如果以后轉換成電動汽車的話,現在數據積累能比較的準確來估計,或者說來及亂它的充電需求會產生在哪里,這樣的話做充電設施的布局可能更有依據。基于這樣的數據,根據駕駛的行為,??康男畔ⅲ軌蚺c它的充電需求的分布,我們奪了一些充電設施模型規劃方面的研究,這還是比較有意思的。
進一步考慮到站點布局的情況下,這一邊圖考慮到充電的數據的分析,有一些等待充電的時間的數據。
我們考慮能源與交通網融合的設施規劃問題,考慮光伏電站、電動汽車充電站。我們做了一些規劃,對于青海省有比較好的光伏資源,另外比較多的旅游景點,特別是環青海地區,環湖長度三四百公里,這樣配充電設施的話,可以和光伏進行結合,變成了光伏的充電網絡,我們做的具體的規劃,也給青海省做的相應的建議。
另外一個方面,對于這些旅游景點往往是季節性比較強,充電設施單獨去布電的話,一年利用的時間只有幾個月的時間,其它幾個月時間車比較少。如果充電設施建設的時候同時做了分布式電源的規劃,可以利用供應相應電網方面的投資也可以提高它的投資收益。在云南省光伏資源比較好的,環境比較好的地方,也可以做光伏聯合規劃的設施。
第二個方面,建設能源與交通網融合優化運行問題。這幾個正在研究之中,想得不是很周到。我們覺得有幾個方面的問題,第一,基于基于數據一驅動電動汽車充電網絡的優化。我們行為分析,以及V2G的研究。最近國家電網的平臺的建設,民營企業平臺的建設,基于大量行為的數據,而且隨著車的數量的增長,這個數據越來越多。有了這些數據之后,通過數據挖掘的方式來做油汽充電,更符合V2G的情況。另外能源交通的融合方面,充電與新能源的結合需要數據,光伏光照的數據,充電的數據怎么結合起來,這是一個研究點。
第二個方面,在學術方面的研究,考慮與電網協同的氫能源網運行優化,可以考慮大范圍的運輸的獨立,可以制氫或者加氫。制氫的話,考慮氫需求的問題,兩者怎么平衡和匹配。
第三個方面,我們彭主任介紹到交通的需求與互動響應的能源網運行優化。利用交通充電的靈活性,電動汽車電池儲能的能量,能夠為能源網的運行做一些支撐。
第四個方面,能源網與交通網融合協同運行優化的問題,這個比較大了。
運行最小的單元就是充電站,我們在國內比較早充電站里面配儲能的,特別是對于大功率充電,特別像我們接觸到國內第一個像重慶空港的充電站,充電功率三四百千瓦一輛車情況下,這樣對于電網沖擊比較大的,同時充電建設成本比較高的,可以配一些儲能的設施來降低運行成本,也可以電網結合。重慶光照排名比較考后的,沒有提光伏,其它城市光照比較條件,配一些光伏充電站。儲能與光伏配合,儲能把光伏的電存儲起來,用于電動汽車的充電,相當于電動汽車也可以充綠色的電。這里面關鍵的技術,怎么和不確定的充電需求來進行匹配。
第二個方面,考慮到接入電網的問題,不但是一個站,考慮到充電與配電網的情況,配電網有分布式電源、功率調節的設備怎么來做相應的優化。理論上面,匹配之后優化電網的運行狀態,降低配電網的網損和運行成本,這個需要我車、充電設施能夠接受電網的調度,同時需要商業模式的支持。
在電動汽車為大電網提供削峰填谷,減少棄風、調頻和備用服務,我們課題組做了大量的研究,因為時間有限沒有把每個方面的展開。只是列出來了研究,比如削峰填谷和減少棄風方面,有機組組合、經濟調度和最優潮流的問題,因為時間尺度和不同的調度項有一些理論上面的研究,這個需要大電網的層面需要大量的車,或者大容量的蟲換電站和電網結合起來做統一的優化。還有參與輔助服務的問題,其中一點就是參與調頻的問題,大容量的儲能參與調頻,大容量的電動車也可以參與調頻,一次調頻本地的控制,二次調頻聚合起來進行控制。備用上面有容量評估,參與到電網優化里面,在江蘇比較關注的需求響應主要是怕大容量的高壓直流輸電系統,這時候把充電符合切掉,直流系統恢復之后在再恢復過來。電動汽車參與備用、需求響應成本是比較低的。這里面了一些文獻,還有其它的文獻,大家在研究上比較感興趣可以關注一下。
最后一點,我們講的就是更高層面的融合,整個能源系統和交通方面的融合。我們目前做得一點點工作,可能就在于比較好做得就是,我們考慮幾個方面的因素,第一個方面交通方面的因素,如果車輛的導航的話主要考慮交通,最短路徑過去,或者最短時間過去,沒有考慮行駛過程中能耗的問題,或者加電、加氫的問題。另外在沖淡設施利用上面,我是被動的來接受電動汽車來進行充電,沒有考慮主動進行吸引和引導方面的充電。代能源網來說,可能有的地方電力供應偏緊一點,有的負載力比較低一點。三者結合起來,通過信息的發布或者共享,三者結合的話,既考慮到交通的情況,也考慮到加電的情況,也考慮到對電網影響的情況。這個時候電網的調度和過去交通的調度,或者說我現在像高德、百度導航儀系統來協助,同時做好能源系統的優化,同時也做好出行的規劃。
因為時間有限簡單介紹一下。下面一點小結,小結上面,我們覺得能源與交通網的融合具有重要的意義。首先通過融合,可以減少相應設施的投資,方便用戶的出行。第二方面,降低電氣化交通對能源系統的影響,進一步提高可再生能源的消納能力。在學術界開展大量的工作,比如充電設施的規劃,充電網絡的規劃,油汽充電以及V2G,V2G在九幾年提出的,在推動實施方面有一些問題。在推動和發展方向,充電設施大規模發展過程中,我們剛才說的光儲一體化、智能化,智能化需要智能化的響應、信息的交流,另外就是標準化。第一步推動有序充電的話具備什么樣的條件,如果再進一步推動V2G,電動汽車還要向電網反向放電,在車和設施上面有什么樣的標準。第二,電動汽車在個體上面容量比較小的,一定要發揮規模效應來推動油汽充電,以及實際規模的應用。最近電網公司和運營企業做了一些努力,在政策上面和商業模式做一些突破。我們本身在這個方面的研究是希望做到跨能源和交通行業的信息共享和運營的融合,信息共享非常重要?,F在做導航,做路徑規劃的時候,不太知道能源系統的情況。
另外能源系統想利用交通的資源,但是對行為特性,以及信息上面不可能做到共享。在這一塊有一些初步的發展勢頭,也就是說,我們國網電動汽車服務公司,以及充電運營企業掌握兩方面的信息。在市場化發展情況,可以在這個方面做一些突破,便于我們用戶,也便于能源系統發展,低碳化發展。
責任編輯:仁德財
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