深化省校合作 共促高质量发展--访清华四川能源互联网研究院常务副院长鲁宗相

创新之道,唯在得人。清华四川能源互联网研究院(以下简称“研究院”)是清华大学在成都设立的派出机构,也是四川省校合作落地的首个科研机构。自落户天府新区以来,研究院在成都市全球化人才战略、全覆盖人才政策、全方位人才服务体系的支持下,围绕“聚才”“用才”“留才”建机制、强基础、搭平台、优服务,营造人才“引得进、留得住、过得美”的优越环境,建立了一支由顶尖专家、青年领军人才核心骨干、基础研发组成的高水平科技人才队伍,为实现高质量内涵式发展提供了坚强有力的人才支撑。

新型研发机构的有组织研发模式——以清华四川能源互联网研究院为例

在当前激烈的国际竞争形势下,新型研发机构在解决关键核心技术的“卡脖子”问题上尚存在不足之处,需要以产业重大需求为导向,建立有组织研发模式,促进学科交叉产研协同,实现战略性规模化应用技术创新。本文以清华四川能源互联网研究院作为新型研发机构的典型案例,总结了其在组织管理体系、研发计划体系、试验研究平台方面开展的有组织研发实践探索,提出了新型研发机构有组织研发模式的三个主要内容:建立产学研协同管理体系,实施动态化的项目集群管理,建设系统性集成创新研究平台。

能源互联网中的区块链技术:研究框架与典型应用初探

区块链技术作为一种分布式共享数据库技术在各领域的应用研究方兴未艾。区块链技术的去中心化、透明性、公平性以及公开性与能源互联网理念相吻合,其在能源互联网中的应用也将进一步推动能源互联网的建设。首先,介绍了区块链技术的基本原理和特性;然后,从功能、主体、属性等3个维度对区块链技术在能源互联网中的应用进行了归纳和分析,从能量、信息以及价值的角度,阐述了区块链技术对能源互联网中源、网、荷、储等不同主体在计量认证、市场交易、协同组织、能源金融不同环节中发挥的作用;在此基础上,以碳排放权认证、信息物理系统安全、虚拟发电资源交易以及多能源系统协同4个场景为例说明了区块链技术在能源互联网中的具体应用方式;最后,对区块链技术在能源互联网中面临的挑战进行了分析和总结。

基于价值分配、成本分摊的城市能源互联网交易机制与方法研究

目前,城市能源互联网建设方兴未艾,海量能源供需主体依托电网和互联网平台已实现万物互联。然而,现有基于节点电价的电力市场交易机制已不再适用于市场成员产销融合的城市能源互联网。为此,提出了基于双向拍卖的城市能源互联网交易机制,构建了内嵌配电成本的优化模型,并通过多时段网络流进行高效求解,更加清晰透明地展现了市场均衡过程,实现了配电成本的合理分摊、社会福利的有效分配、传输容量稀缺性的市场化定价,从而激励市场成员真实报价。所提交易机制及其网络流实现方法在15节点配电网算例进行了测试,经济效率、激励相容性得到了有效验证。有效的交易机制设计将促使城市能源互联网具有更强的市场活力。

能源互联网多源多层次协调优化方法研究

能源互联网已经成为分布式设备智能化管理,多种形式能源耦合互补应用的关键技术。为了解决能源互联网中的多能协调优化问题,文中针对含可再生能源的能源互联网,按照"分层控制-协同优化"的思想,提出一种多源多层次的调度层级划分模型对系统内的分布式设备进行管理,实现区域系统内冷、热、电、气等能源的优化调度。文中采用基于实数编码的遗传算法对该优化模型进行仿真分析,验证了该分层优化方案能够以最小成本为优化目标实现区域能源互联网能量自治及多能优化,同时协调不同区域间的优化调度。

能源互联网科研基础服务平台的标准化建设路径研究

通过对能源互联网科研基础服务平台标准化建设工作的研究,本文提出了一种基于技术-制度协同演化论的实施路径,并从质量管理体系建设和技术环境建设两方面入手,提出了具体建设措施及实施方案,并在最后对我国科研平台标准化转型意义进行总结。

基于充电网络与车联网平台的能源互联网生态体系研究

能源互联网生态体系的发展方兴未艾,不断推陈出新,其中电动汽车技术和物联网技术的融合催生了智慧车联网技术,智慧车联网领域可以看作能源互联网概念在传统车联网定义基础上的外延。智慧车联网系统的应用,将有助于减少弃风弃光现象,提高新能源利用率,提升用户体验与收益,促进清洁能源替代和电能替代。车联网技术与能源网、交通网高度融合,将具有巨大的成长空间。针对基于充电网络与车联网平台的能源互联网生态体系进行系统性的梳理,主要包括:多种基础设施网络综合的体系架构、多方参与主体在体系架构下的运行方式、围绕电动汽车业务领域构建的能量信息市场中的交易机制和类型、支撑基于充电网络与车联网平台的生态体系高效运行所需的技术方案。该生态体系中信息和能源的互通与融合,面向多角色的高效便捷的电能调度,面向多场景的能源优化配置和精准控制在文中均有涉及。

能源互联网数字孪生及其应用

能源互联网是以电力系统为核心,利用可再生能源发电技术、信息技术,融合电力网络、天然气网络、供热/冷网络等多能源网以及电气交通网形成的能源互联共享网络。能源互联网是促进可再生能源消纳,提高能源使用效率的重要途径。因构成网络多,特性差异大,能源互联网的规划、运行和控制面临大量难题。数字孪生是融合物联网技术、通信技术、大数据分析技术和高性能计算技术的先进仿真分析技术,有助于解决当前能源互联网发展面临的技术问题。首先介绍了数字孪生的基本概念,给出了能源互联网数字孪生的构建方式与可能应用;然后以能源互联网规划为例,详述了数字孪生技术解决的关键问题;最后,介绍了基于数字孪生的能源互联网规划平台—CloudIEPS,通过能源互联网规划案例进一步证明了数字孪生技术的重要作用。

能源互联网主动支撑新能源供给消纳体系

当前我国能源转型正迈向纵深发展,新能源发电占比不断提升,但仍存在能源供需时空不匹配、能源消费结构不合理、缺乏支撑新能源消纳的灵活性资源等问题。2022年1月,习近平总书记指出,要加大力度规划建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系。

能源互联网价值创造、业态创新与发展战略

能源互联网的建设不仅需要技术手段的支撑,更需要以价值为驱动激活各方主体参与,打造互惠共赢的能源生态圈。为此,从能源、信息和制度经济学的视角出发,深入分析能源互联网的价值创造机理、业态创新范式和发展战略选择。首先,剖析了能源互联网的价值创造机理,其本质是以多能融合突破孤立系统的边界,从而显著扩大资源优化配置的空间;通过信息技术使得能源系统更加有序,进而促进能源系统的“熵减”;通过能源互联网平台释放范围经济的巨大红利。其次,设计了基于共享经济机制、降低交易成本、激励共享共赢的能源互联网价值分配机制,谋划了能源互联网支撑智慧城市发展、支撑绿电追踪、支撑能源消费节能降耗、提升工业资产利用率、助力政府治理的新业态。最后,策划了以再电气化为核心目标、基于价值公平分配的数据共享、以数字孪生为平台的人工智能、以负荷调度替代需求侧响应、基于共享经济的能源互联网市场机制的发展战略。

国家能源互联网发展指标体系与态势分析

能源互联网是新一轮能源革命的重要发力点,将大力推动我国能源产业的高质量发展和可持续发展。为了从国家层面全方位分析我国能源互联网的发展情况,首先回顾了能源互联网的发展背景,分析了能源互联网的内涵与外延;在此基础上,从政策、产业、技术、创新、建设、公众生态6个方面构建了能源互联网发展的指标体系;然后从这6个指标出发,通过参考文献检索分析、官方网站检索、权威文件查阅等手段,分析了我国能源互联网发展的基本现状和发展态势,指出我国能源互联网在多部门多层级的政策保障下,在产业、建设、技术与创新等方面处于健康繁荣发展的态势。

基于数字孪生的能源互联网数字实验平台设计与建设

本文结合国家能源革命战略背景和能源数字化转型发展趋势,针对能源互联网多学科交叉特点及其信息物理融合特性,提出一种以数字孪生为理念的能源互联网数字化实验平台架构及其构建方法。通过引入数字孪生理念和模型构造技术,使传统能源研究平台向数字空间延伸,形成新型信息物理融合实验平台。通过该平台,既可提升实验室硬件资源灵活配置能力,又可在数字空间构造复杂多元的能源应用研究场景,解决传统能源实验室的现实资源制约难题,同时为探索多方创新合作共研机制及打造开放式数字化集群平台模式提供技术路径。

支撑规模化可再生能源高效聚合的虚拟电厂运行方法研究

为了提升风电并网效率,减小对传统电网的冲击,文章将风电和分布式储能电站聚合为虚拟电厂,通过刻画聚合后的运行可行域,实现削峰填谷,减少化石能源消耗和环境污染。基于聚合等值算法和与凸胞边缘检测法提出了虚拟电厂灵活聚合方法,基于多目标优化算法建立了同时考虑常规机组、可再生能源机组运行约束、储能电站能量守恒及容量限制约束的目标函数组,解决了多类型机组最优出力与储能最优充放电顺序的多目标优化问题,进而在IEEE-11机组标准算例中,加入风电及分布式储能进行了仿真验证。算例结果表明,采用等值算法的储能与可再生能源聚合虚拟电厂方案对增加新能源消纳、降低运行费用和节约化石能源具有显著效果。

可再生能源长期购售协议的国际实践及启示

可再生能源高效消纳是新型电力系统建设中的重要任务。当前,长期购售协议(PPA)机制成为可再生能源依托电力市场环境的重要消纳途径,体现出对可再生能源发展的积极作用。基于此,介绍了PPA概念意义、发展沿革和市场现状,分析了不同类型PPA的区别和优劣;分析了各国PPA机制的差异性,结合国外PPA实践案例,剖析了PPA关键要素的确定方法;将PPA与国内的中长期合约进行了对比分析,基于不同市场组织模式,分析了PPA模式在我国电力市场环境下的适用性和可操作性;从市场机制、交易技术、定价体系、监管机制、运营体系方面,给出了PPA机制与我国电力市场的融合和衔接问题,从而为新型能源体系下绿色电力交易体系的完善提供有益支撑。

固体氧化物燃料电池用甲醇水蒸气重整反应器研究进展

固体氧化物燃料电池分布式热电联供技术是建设“清洁、低碳、安全、高效”现代能源体系、提高能源供给、保障能源消费安全的重要途径。氢是固体氧化物燃料电池最主要且最适合的燃料,然而,固体氧化物燃料电池分布式热电联供技术的应用受限于氢储运技术的发展。采用液态甲醇作为储氢载体现场重整制氢,有望在氢源供应问题上实现突破。为研究国内外固体氧化物燃料电池用甲醇水蒸气重整反应器进展,本文概述了氢源供应方式,着重总结了现场重整制氢的核心设备——甲醇水蒸气重整反应器的结构功能和供热方式,分析了影响反应器重整性能的操作参数和结构参数,并介绍了甲醇水蒸气重整反应器与固体氧化物燃料电池集成发电的特点,提出固体氧化物燃料电池用甲醇水蒸气重整反应器未来发展方向包括大功率甲醇水蒸气重整反应器的设计、大功率甲醇水蒸气重整反应器制氢机理及传热传质特性研究,以及采用甲醇水蒸气重整反应器直接为中温固体氧化物燃料电池供氢发电的性能。

中国可再生能源分区域消纳潜力研究

目前,光伏发电、风电的装机规模均已超越水电,二者合计装机规模已超过煤电,成为电力装机主体。在分析我国可再生能源发展现状的基础上,以光伏发电、风电为主要研究对象,设计可再生能源开发潜力晴雨模型,对未来一段时间我国可再生能源开发环境和运行情况进行综合预测评价,分区域定量分析可再生能源消纳潜力。

基于蜂巢思维的配电网能源规划理念及模型研究

“双碳”战略背景下,配电系统形态正面临巨大挑战,随着可再生能源大规模接入,配电系统正朝着“源网荷储”四要素的演变方向发展。针对这一挑战,基于蜂巢思维(hive mind)在配电网规划中的适用性,提出了蜂巢态配电网规划模型。首先,通过分析“蜂巢态”的物理架构、运行模式、演进和交互,构建了蜂巢思维配电网物理拓扑结构;其次,采用5G切片技术,搭建“5G+自组网”的信息架构进行通信;最后,使用马尔科夫决策模型(MDP)预测理论,将试验结果代入其中进行分析。结果显示,与传统配电网规划相比,提出的规划模型在投资成本、电力损失、负载损失以及可再生能源削减方面均取得了显著降低效果;在IEEE三类总线的配电网络下,分别比传统配电网规划节省68.18%、82.89%和90.81%的计算时间。该规划可满足高比例分布式能源接入电网时的能源自治要求,对于提高配电网灵活性、可靠性、柔性适配度与经济效益的具有积极意义。

考虑碳流的园区综合能源方案研究

工业园区作为承载能源消费增长与经济增长的重要载体,其碳排放水平直接决定了区域能源的环境友好程度。因此,本文以工业园区为研究对象,解析园区的能源禀赋和负荷需求,分析园区能源碳流,制定可持续发展的综合能源方案。本文以扬州朴席制造园区作为案例,设计了多种能源方案,并对其经济性和碳排放水平进行了深入对比分析。本文的研究不仅对园区能源规划与管理提供了实用指导,也为碳减排和可持续发展战略的制定提供了有益启示。

多配电台区柔性直流互联系统换流站定容技术研究

换流站容量直接关系到柔性直流互联系统的可靠性与经济性。为解决多配电台区通过柔性直流技术实现互联后换流站容量配置问题,建立双层优化模型实现换流站优化定容。其中,内层优化模型以柔性直流互联系统收益、新能源消纳率最高为优化目标,对配电系统的功率互济调度策略进行优化得出系统功率互济最优策略;外层优化模型考虑内层模型给出的功率互济策略以及可靠性、经济性等约束条件,对换流站容载比进行优化,得出换流站最优容载比以及最优容量配置。采用智能优化算法即粒子群算法对优化模型进行迭代求解,以三端柔性直流互联系统为具体算例进行计算分析,结果验证了所提算法的有效性。

强沙尘暴下新能源基地的韧性评估及其提升方法

我国沙漠戈壁荒漠地区风光资源禀赋,能源和负荷逆向分布,因此开展沙戈荒地区大型新能源基地开发,和交直流混联电网的大规模输电具有重要的意义。沙戈荒地区沙尘暴极端天气频发,对新能源发电基地集中式开发、远距离安全稳定外送造成严重影响。首先量化沙尘暴的2种致灾因素对新能源基地的影响,建立反映沙尘和新能源出力、强风和线路故障率关系的数学模型,利用蒙特卡洛抽样结合系统信息熵选取典型故障场景并构建恢复模型,根据运行情况得到系统韧性曲线,考虑系统受灾全过程,采用层次分析法(analytical hierarchy process,AHP)建立韧性评估指标;其次从规划角度给出韧性提升方法,以最小化线路和储能的等效年投资成本和系统失负荷成本为目标,建立面向韧性提升的线路扩建和储能配置联合规划模型,将其转化为混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)问题,求解得出新能源基地线路扩建方案与储能最优配置;最后以改进的IEEE36节点系统为例进行仿真分析,对比采取提升措施前后的韧性指标,验证所提韧性评估和提升方法的有效性和准确性。