智能分布式能源管理系統(tǒng)分析和實現(xiàn)

全球資源供應緊張的今天，分布式能源以其節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢正處于迅速發(fā)展之中，具有良好的發(fā)展前景。分布式能源能夠提高能源利用率、降低溫室氣體排放，有效緩解能源危機。風力發(fā)電機、燃料電池、光伏電池發(fā)電等都屬于分布式能源系統(tǒng)，分布式能源具有雙向互補的特點，各類不同的分布式能源系統(tǒng)的特點和應用范圍也有所差異。本文主要探討了智能分布式能源管理系統(tǒng)組成和實現(xiàn)。

我國正致力于節(jié)能減排戰(zhàn)略的實施，智能分布式能源管理系統(tǒng)作為新一代能源的發(fā)展方向必將取得飛速發(fā)展。分布式能源依賴于先進的計算機網(wǎng)絡技術，采用智能監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守，以提高能源利用率、減少有害氣體對環(huán)境的污染為核心，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，以節(jié)能、環(huán)保理念為基礎，加強對智能分布式能源系統(tǒng)的利用，建設綠色能源，緩解能源危機，改善生態(tài)環(huán)境。

一、分布式能源的種類和特點

分布式能源在環(huán)境保護方面發(fā)揮的作用主要體現(xiàn)為：將部分污染分散化、資源化，減少有害氣體排放，提高資源利用率;在管理方面，應用了現(xiàn)代化的智能操控技術，實現(xiàn)現(xiàn)場智能操控和無人值守的管理模式，提供設計、安裝、運行、維修一體化保障。分布式能源能夠帶動多系統(tǒng)優(yōu)化，其實現(xiàn)過程依靠電力技術、熱力技術、制冷技術以及蓄冷技術的統(tǒng)一，最終實現(xiàn)多系統(tǒng)能源容錯，使各個系統(tǒng)的冗余都控制在最低，這樣一來大大提高了能源的利用效率。分布式能源在未來具有廣闊的發(fā)展空間，是未來能源發(fā)展的必然趨勢，據(jù)預測，在今后的20年內(nèi)，在新增發(fā)電容量中，分布式能源將占有20%的發(fā)展?jié)摿?。分布式能源可以直接向用戶供電，同時又可以與配電網(wǎng)絡并網(wǎng)運行，其應用具有極強的靈活性。以下簡單介紹幾種主要的分布式能源的特點及應用范圍：

(1)內(nèi)燃發(fā)電機組：內(nèi)燃機發(fā)電組具有價格低廉、啟停靈活、易控制的特點，其應用比較廣泛，通常用來當做應急所用的備用電源，使用燃料為天然氣、柴油、汽油等。但是內(nèi)燃發(fā)電機組的缺點是需要大量的運行維護費用，而且會產(chǎn)生一定的噪聲污染和廢氣污染。

(2)微型渦輪發(fā)電機組：顧名思義，微型渦輪發(fā)電機組是以微型渦輪發(fā)動機為動力，主要應用于工業(yè)和建筑中的熱電聯(lián)產(chǎn)，其安裝費用抵，但需要較高的維護費用，排放量適中，會產(chǎn)生高頻噪聲。

(3)風力發(fā)電機：作為發(fā)展最為迅速的分布式能源系統(tǒng)，風力發(fā)電機已經(jīng)成為綠色能源的主力，其最大的優(yōu)點在于實現(xiàn)了二氧化碳的零排放，但是其初期建設需要巨額的資金投入，而且風能不穩(wěn)定，這在一定程度上制約了風力發(fā)電的發(fā)展。由風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)的限制，通常產(chǎn)生的電流較低，在為用戶供電時需要經(jīng)過高壓逆變器對電流進行轉(zhuǎn)換。

(4)太陽能光伏電池陣列發(fā)電系統(tǒng)：太陽能是典型的可再生資源，取之不盡、用之不竭，光伏電池能夠?qū)⑻柲芄庾愚D(zhuǎn)換成電能。太陽能光伏電池陣列發(fā)電系統(tǒng)不會產(chǎn)生空氣污染，而且不消耗燃料，節(jié)能環(huán)保，但是造價較高，受天氣限制，陰雨天和夜間不能發(fā)電，而且需要儲能裝置的配合。

二、分布式能源智能管理系統(tǒng)

1、技術路線

(1)依靠物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)更深層次的感知

對能源自身準確的感知是實現(xiàn)能源智能管理的基礎，通過物聯(lián)網(wǎng)技術來實現(xiàn)對建設能源的實時監(jiān)測，包括用能端能耗需求監(jiān)測、功能端供應能力監(jiān)測以及能源傳輸?shù)木唧w過程，從而對能源數(shù)據(jù)產(chǎn)生準確的認知，掌握各個階段不同終端設備和生產(chǎn)工序的能源消耗情況，這些能耗數(shù)值有助于認知能源需求，同時為能源管理提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

(2)結(jié)合用能側(cè)能耗管理實現(xiàn)節(jié)能的經(jīng)濟性分析

利用對能源數(shù)據(jù)的認知，來對單個能源個體的能耗數(shù)據(jù)進行分類和統(tǒng)計，從而對其進行用能管理。在實時監(jiān)測能耗數(shù)據(jù)過程中，匹配不同的能源政策，來合理調(diào)整用電方式和用電習慣，最大限度實現(xiàn)能源使用的經(jīng)濟性。

(3)利用供能側(cè)與需求側(cè)的動態(tài)響應來實現(xiàn)供能側(cè)最經(jīng)濟化運營

能源需求方監(jiān)測到用能情況、供應商情況和價格等，動態(tài)提供需求量。作為能源供應端能夠依照需求量來適當調(diào)整生產(chǎn)供應，以免造成過多的浪費，進而實現(xiàn)能源供求平衡。

(4)利用能源管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度技術實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化

以系統(tǒng)能量需求和管網(wǎng)系統(tǒng)所配泵機器運轉(zhuǎn)特性為研究對象，確定出最佳的動力匹配模式，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的自動匹配和調(diào)節(jié)。分析和研究用戶能量消耗和各管網(wǎng)節(jié)點間能量差異，根據(jù)分析結(jié)果有針對性地制定出管網(wǎng)熱耗散的自動檢測方式，配置管網(wǎng)異常預警技術和裝置。

(5)能源管理各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化協(xié)同

以動態(tài)需求為基礎，根據(jù)不同主體間的能源供應數(shù)量、價格、趨勢等情況，對能源的需求和供應實施動態(tài)控制，從而實現(xiàn)二者間的優(yōu)化和匹配，不同的用能主體間能夠互供互補，實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效用。

2、智能分布式能源管理系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)

(1)采集層

采集層主要包括供能側(cè)能源設備、能源網(wǎng)管的數(shù)據(jù)信息和需求側(cè)的消耗數(shù)據(jù)信息。采集層中建設有種分項計量裝置，可以計量各個分項的能源消耗情況以及各種不同分類。而且計量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠傳，數(shù)據(jù)采集器與計量裝置連接后，通過通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)采集器可通過能源消耗來進行信息采集、處理和儲存，同時與數(shù)據(jù)中心交換數(shù)據(jù)。

(2)傳輸層

在傳輸層內(nèi)，以多種通訊方式和能源網(wǎng)關為媒介，智能網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)對能源數(shù)據(jù)進行安全傳輸。

(3)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層儲存的數(shù)據(jù)有：能源管網(wǎng)和區(qū)域建筑等資源數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等，還包括需求側(cè)能源消耗數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)，這些區(qū)域能源數(shù)據(jù)的存儲能夠滿足TB數(shù)量級的數(shù)據(jù)存儲和處理。

(4)業(yè)務層

作為整個管理系統(tǒng)的核心部分，業(yè)務層承擔著供能側(cè)、需求側(cè)能源集中展示、管理和控制的重要責任。業(yè)務層集成了多個系統(tǒng)來實現(xiàn)對能源的統(tǒng)一管理和調(diào)度：第一，數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)，由于整個能源管理系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)較多，而且同種信息可能通過不同的數(shù)據(jù)格式來表現(xiàn)，因此對復雜數(shù)據(jù)的處理前，需要對其進行整合，使其成為可用的數(shù)據(jù)組織形式。此外，數(shù)據(jù)來源具有極大的差異，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、訪問方式、數(shù)據(jù)格式等方面不能實現(xiàn)統(tǒng)一，所以要求數(shù)據(jù)整合能夠支持多種傳輸協(xié)議。第二，能源監(jiān)控系統(tǒng)。能源監(jiān)控系統(tǒng)集中展示了園區(qū)能源態(tài)勢，通過能源監(jiān)控系統(tǒng)掌握能源管網(wǎng)的運行狀態(tài)，并且以多種形式提供了能源的統(tǒng)計和分析。第三，能源管理系統(tǒng)。能源管理平臺可能會發(fā)生管網(wǎng)故障、設備故障以及突發(fā)事故等，能源管理系統(tǒng)具備強大的故障預警機制，能夠?qū)收线M行預測和分析，及時啟動應急預案，對故障進行有效的處置。此外，業(yè)務層還包括能源分析系統(tǒng)、管網(wǎng)優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)、能源決策控制系統(tǒng)和碳交易系統(tǒng)。

(5)表現(xiàn)層

表現(xiàn)層通過多個視圖來展現(xiàn)供能側(cè)設備的實時運行狀態(tài)，同時還能提供設備的故障情況信息、運行參數(shù)、報警信息等，而且具備數(shù)據(jù)分析功能，將分析結(jié)果以圖形化報表形式表現(xiàn)出來。

經(jīng)過實際應用分析，智能分布式能源管理系統(tǒng)在沈陽機車車輛有限責任公司新工廠中得到了應用，完成了水電、氣流量等計量數(shù)據(jù)完整、準確、可靠采集，但是由于工程涉及面寬，跨越多個學科，系統(tǒng)正常運行中需要注意的問題有很多.所以應當對操作人員和維護人員進行深入細致和系統(tǒng)的培訓，同時要提供給業(yè)主完整的技術文檔和操作手冊，才能更好地實現(xiàn)智能分布式能源管理系統(tǒng)的應用。

三、結(jié)束語

在全球能源危機的大環(huán)境中，分布式能源的發(fā)展具有極其重要的意義。分布式能源已經(jīng)成為近年和未來的發(fā)展重點，因此要加強分布式能源技術的研發(fā)與創(chuàng)新，同時更好地實現(xiàn)分布式能源的管理和監(jiān)控，不斷探索和解決存在的問題，實現(xiàn)分布式能源發(fā)展的突破。