格力电器赵志刚:让光伏空调系统和新能源直流覆盖到家庭

2018-11-15 09:08  浏览:2352   会议之声  能源互联网 

由清华大学和国家能源互联网产业及技术创新联盟共同主办的“2018国家能源互联网大会”于11月6日在北京西郊宾馆召开。大会以“推示范、求共赢、促发展”为主题,总结2018年能源互联网行业发展现状,明确2019年行业重点攻关任务和目标,为相关企事业推进能源互联网建设进程指引方向。

演讲全文:

赵志刚:非常荣幸参加2018国家能源互联网大会,我是格力电器的赵志刚。能源互联网是一个新兴的被定义和赋能的概念,开启了新的生态。从用电侧来讲,能源变革,技术的发展不仅是能源的供给的问题,必然将影响到消费合消费的形态。当然信息的分享已经无成本,但是物理实体包括能源一直徘徊在节能、提效,以及还得成本。

今天我带来近用户侧能源互联网技术研究,GMS系统,用电侧设备这些年的推荐和实施。我分享两个,一个是光伏空调系统与新能源直流电器,此外是用户侧能源互联网系统。

光伏空调系统。这个词已经做广告好多年了,2013年我们在中央电视台打了广告,那个时候大家讲,光伏空调是个啥?既不是用电设备,也不像发电设备,是一个发用一体化的设备,光伏空调系统,它应该说跨出了原来用电设备纯功能性电器的定义,把光伏这种新型能源和清洁能源的消纳集成进了用户侧。那么电器的发展是从电被发现以来一直成为人们改善生活,改善各个方面的一个功能性设备。新能源发生变革之后,实际上在电器里面产生了不一样的影响。其中它的纽带是直流,电器设备从电到交流电,到后来内部直流化,到后来跟新能源的对接,一直是电器装备领域追求和关注的变革点。那么新能源的普及和新能源的繁荣是加快了这个进程,所以第一个主题想通过光伏空调系统和新能源直流汇报一下研究情况和关注的痛点和焦点。

可以看到,在建筑和人生活里面,有接近一半的电费是交给了空调,比重非常大,空调也是家里耗电最重的,也是夏天导致供电产生峰谷不平衡的一个最关键的支撑点。怎么选取节流之后的开源对电器产业来讲,是一个发展的关键。这是光伏系统的一个主题的架构图,我们可以看到,有光伏能源供给的建筑来讲,它的新能源的电,光伏的电,会经过空调直去直用,给家里的电器,用不完才给电网。光伏的电不再通过上网,转一圈之后再回来,才给空调用。因为空调在变频后之后已经可以直接消纳这个电了,这是光伏空调系统最初的一个设想。让自发自用先缩小到自己的范围,再从家庭到社区,以及通过储能来在家庭里做自我的平衡。也就是自发自用、自我愈合的一个思想。

这是基于这个框架和目标,我们所定义的一个在家居的一个发储用系统的架构。它是以直流母线为支撑,我们期望这样的能源更加直接和简单,设备也更加简单高效可靠,通过一级的裂变就转给电器设备,转化为能,转化为热,转化为其他的视频、音乐等等。它通过这种直流直驱的架构实现了限暖、变流器的供采和简化,也实现了直流直驱的高效,更加可靠,也让变换能得到联合的调配,打造一个更加安全的系统。

这是一个示范。基于这个设想和架构,通过技术实现,我们做了一个示范的对比。可以非常明确看到这种光伏电直流直驱的系统,在效率,能量损失,系统造价成本上以及变网的友好性都有非常大的提升,甚至效率达到7%,这是当年住建部的一个光伏一体化建筑立面做的光伏离心的系统,是一个0.8兆瓦的系统。我们采用能源连接的纽带实现添加能源供给和结合用电,并且具备产业化实践可行。

这个项目基于光伏和用电侧结合的技术,团队已经做了两年攻关。2013年和2018分别都取得了进展。2018年也获得了一个国际成就大奖,对未来的发展做了一个探索。相关的产品经过五年的研究和发展,已经是八大类产品64个型号,覆盖了23个国家和地区,是缩减版的发储用管,这个系统也已经在不断的进行实践,其中用的最多的是中东,阳光非常好,有内在的工序须知平衡和自己的需求特性。

基于光伏空调研发,相关的技术已经不停在往前发展。我们希望通过供需平衡和清洁能源直区直供的技术来覆盖到家庭。

为什么推进光伏空调?电器产业从交流到未来的直流电器,这个在国际上竞争非常激烈,相关的技术储备和技术的准备和示范都在推进。电器的直流化有内在的诉求,当传统的电器在推进提质提效完成用能精细化的过程中,通过变频技术,电力电子技术实现精细化利用的时候,普通常规的220伏已经不能满足,功能调节需求,智能控制需求还是节能的需求,这时候会有一个ACDC的装置,当然信息电子的早就实行了内部的直流化。我们认为直流化的推进可以分成三步。第一是内部的直流化,第二是光伏空调这种自系统的直流化来避开全生态同步走的问题,不是不愿意的问题,而是一个同步节奏的问题,所以第二步可以通过大功率设备,通过光伏直流或者是通过变网的适配计划来实现过渡,最终协调各方实现全直流生态。现在的直流化有自己的诉求,在这个进程中,新能源和储能起到了非常好促进作用,有经济性。

这是我们对新能源直流电器在功率特性的分析。因为推进整个直流化,达成局域能源系统化的过程中,对相关接口,对供需平衡的这个功率限制是多少,实际上一直是一个非常关键的焦点也是一个决策点。我们对从用电侧的角度对工业做了分析。把它分成了功率,能量特性,用电的使用特性,人跟它接触的频繁还是非频繁进行了相应的研究和分析。这是用电侧的分析,有助于我们对架构的定义,以及未来到底该选择什么样的布局,什么样的输配的长度,范围,以及相关的接口,有助于我们实体得到实践。

此外,器件支撑上,空调的变频化同步推进了高反化,器件支撑具备了一定的基础,包括便民化所产生的大规模的电力电子器件和薄膜器件等。此外,线路的输配电性能和绝缘水平也是影响能源互联网直流方面的因素。从用电侧的角度提出一个概念,在家庭和社区搭建两条母线,一是安全的母线,就是频繁跟人可以接触到的,比如说卧室、客厅、书房、商务办公和会议室,追求安全,使用低压。特外高压追求效力,这是初步按这个思路来定义我们的母线。这是一个直流分区安全用电的,怎么考虑里面的布线的安全防护。

从新能源电器的角度来反过来看设备的系统,在能源主通道上怎么达到标准和接口。还有一些技术在进行中,接口技术,即插即用的技术,在线绝缘监测的。这个已经在不断的实践了,实际上很多的焦点问题,它从很多的角度还有不同的观点和意见,我们认为更多的时候通过更多的试验和工程发现问题和瓶颈在哪里,这样才能使它更加完整,也积累更多的数据样本。

第三个是对供需联动的研究。光伏跟空调结合起来,以及新能源跟用电需求结合之后,社区还存在着跟外部交互的问题。像我们这样在推进煤改电。实际上在河北和天津都有推进光伏煤改电的工作,想解决的就是当电负荷突然增加之后,电网的承受能力以及跟电网互动响应的问题。基于这方面我们也在开展供需联动和研究,来解决并且应用特别是空调和热水机非敏感性实时负载,它的一些优势。因为空调和热水器是可以缓变的,时间长度在半小时以后,这些特性可以在多能混合调度里面其互补互通和互进的作用。

这是一个河北的电力调风系统。当然,整个能满足未来能源互联网的电器还有很多研究的工作,团队也梳理,希望有机会跟伙伴一起交流,让系统更加亲和和友好。

下面我再汇报一下局域能源互联网的IEMS系统。2012年的时候,空调和电器通过变频化之后,推进两事情,一个是智能化,家庭是智能化,楼宇是群控。跟我们能源对接的时候,或者是AI出来之前,基本上有时候像个玩具,不能产生实际的效果,这也是行业的同点。IEMS希望跟功能性控制结合起来,最终实现家庭的能源信息的呼叫互通互用。这是我们定义的一个社区级架构。采用源储荷网的架构,包括集中式储能和光伏,也包含分布式储能和光伏,利用直流配电系统的自愈能力实现安全运行,此外是友好的,像一个生命细胞一样具备特征属性,可以自由累加和扩展。

这是开展的一些IEMS的研究,包括用电侧的响应和通信的技术,希望设备具备能源信息化之后,更好的跟其他的系统进行互动。这是已经开展的一些规范性的工作,像空调已经形成了团标和行标4份左右,已经在完成相关国际标准的输出。

未来能源互联网系统和IEMS系统希望以变网侧的路由器或者是单元,自由跟外界交互,内在发出自我平衡和调度,这是在信息解决方案上,实现从APP端到服务端到本地端能互相支持协同。

这是实际搭建的一个系统,这是楼宇级、工厂级和区域级的。此外,我们这套系统也搭建了一个示范屋,通过七个集装箱组成,整个负荷100千瓦左右,实现了交直流双环网,做直流计量的工作。这也是我们建立以直流为基础的能源互联网的基石,它能促进整个产业交易的反应。

这是在长沙搭建的一个工厂级应用,大概1.44兆瓦,发现不少的问题,包括跟网的问题,内部环流,包括一些策略的问题。这是相关的网架和系统。在工厂里面的应用不只是提供功能和舒适型,能跟工厂的可靠的运行、调度,甚至单品能耗结合,实现更加智能、安全的工厂。

最后,想用这个词来总结我的报告。能源互联网在2013年以前,我们基本上找不到名词来定义它,但是再后来的过程中,我们用能源互联网定义了,相信未来通过大家的努力,通过供需网,源网荷储和产业的联动,携手共建一个清洁安全、可靠、高效的人机互动环境。谢谢大家。

(本文根据发言嘉宾演讲速记整理,未经本人审核)

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