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孙宏斌教授主持完成的科技成果“多能流综合能量管理关键技术、系统及应用”通过鉴定

发布日期:2022-06-17

近日清华大学能源互联网创新研究院能量管理与调控研究中心完成的多能流综合能量管理关键技术、系统及应用科技成果通过了由中国电工技术学会组织的鉴定。清华大学副校长曾嵘、中国电工技术学会主要领导鉴定委员会专家、能量管理与调控研究中心团队主要成员共计30余人,通过“线上线下”融合的方式参加会议。

六位院士领衔的鉴定委员会


▲ 现场参会人员


会议由中国电工技术学会秘书长韩毅主持。鉴定委员会由中国电力科学研究院周孝信院士、南方电网公司李立浧院士、华中科技大学程时杰院士、湖南大学罗安院士、天津大学王成山院士、浙江大学高翔院士、东北电力大学原校长穆钢教授、河海大学原副校长鞠平教授、上海交通大学严正教授组成。


▲ 中国电工技术学会秘书长韩毅主持会议


鉴定会上,清华大学副校长曾嵘出席并致辞。他指出,综合能源系统是支撑我国双碳目标实现的重要技术路径,在这一变革过程中,孙宏斌教授所领导的团队勇于突破舒适区,跨界积极探索多能流能量管理这一新的研究方向,实现了能量管理系统管控对象从电力系统到多能流系统的跨越,对我国能源革命和双碳目标的实现具有重要意义。


▲ 清华大学副校长曾嵘致辞


孙宏斌教授、郭庆来教授、王彬副研究员等项目组成员分别作了工作报告、技术报告、应用展示等,向鉴定委员会全面汇报了项目情况。经过质询与讨论,鉴定委员会专家一致认为:项目取得了重大的原创性科研成果,开拓了多能流能量管理新方向,引领了多能流综合能量管理技术的发展与进步,属于国际首创,整体处于国际领先水平。


▲ 第一完成人孙宏斌汇报项目情况


电/热/冷/气等多种能源形式的综合利用是支撑我国能源革命战略和双碳目标的必由之路,综合能源系统近十年来发展迅猛,但由于缺乏协同性,普遍存在“综合有余、智慧不足”的问题。为支撑电力能源系统的变革,亟需将能量管理系统协同管控的对象,由纯电变革为电/热/冷/气等综合能源系统,发展多能流综合能量管理系统(IEMS)。而多能流综合能量管理主要面临两大挑战,一是电、热、冷、气等异质的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。


孙宏斌教授牵头清华大学能源互联网创新研究院能量管理与调控团队,经历10年研发,突破了上述重大难题,开拓了多能流能量管理新方向,首创了基于统一能路理论的多能流能量管理的理论和技术体系,研发了国内外首套规模化多能流综合能量管理系统(IEMS),与国网吉林电力、中电国际、广州供电局、国网综合能源服务公司、浙能集团等多家合作伙伴紧密合作,在多个城市、园区、建筑获得成功应用,将能量管理对象从“纯电流”拓展为“多能流”,实现了多能流综合能量管理从“小规模”系统到“大规模”系统的在线应用,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了显著的经济效益和社会效益。


项目研发的多能流综合能量管理系统(IEMS)是面向电、热、冷、气等综合能源系统的新一代能量管理系统,其应用场景十分广阔,小到家庭/楼宇,小区/园区,大到城镇/城市,省/区域,甚至国家/国际,均可适用。作为综合能源系统的“大脑”,它统领信息流,调控能量流,实现全系统协同,保障各类规模综合能源系统的绿色低碳、安全高效运行,是支撑“双碳”国家战略的重大标志性技术突破。


▲ 项目研发的IEMS适用场景


创新成果1:创建了综合能源系统分析的统一能路理论


针对电力网络-热力网络-燃气网络的耦合分析问题,在物理上实现了分析方法从场到路的演化,在数学上实现了复杂偏微分方程组的代数化,破解了电-气-热-冷耦合的异质能流模型差异大、大规模系统无法高效可靠求解的难题,典型大规模系统分析速度可提高2个数量级,使大规模多能流网络的在线分析成为可能。


▲ 综合能源系统分析的统一能路理论


创新成果2:提出了基于统一能路的多能流动态状态估计方法


基于时间窗内多断面量测数据可靠估计热网与气网内部状态及其动态变化过程,实现了供热管网蓄能状态灵活性时空分布的量化评估。


▲ 通过对供热管网中的蓄热状态进行量化评估,可利用其热惯性为电网提供灵活性资源,进而提高新能源消纳能力


创新成果3:提出了基于统一能路的多能流多时间尺度安全评估方法


基于准稳态快速故障筛选破解了多能流系统在线安全评估的实时性与可靠性难题,利用不同能流传输速度差异实现了高效预警预控,降低了跨能源链传播的停电事故风险。


▲ 利用天然气网络故障后气压变化传导速度与电力信号传输速速的差异,斩断了由气网向电网传播的停电事故风险


创新成果4:提出了基于统一能路的多能流动态优化调度方法


攻克了多能流系统含高维偏微分代数方程约束的混合整数优化高效求解难题,挖掘了多能流多时间尺度的灵活性,最大化能源使用效率和新能源消纳。


▲ 利用供热管网的放热和蓄热效应,显著增加风电消纳


基于上述关键技术突破,项目组研发了多能流综合能量管理系统(IEMS),并已在多地实施,覆盖多能楼宇、多能园区、智慧城市等典型应用场景,涵盖冷、热、电、气等多种典型多能元素,支撑了综合能源系统的绿色低碳、安全高效运行。


团队介绍:

清华大学能源互联网创新研究院能量管理与调控研究中心主要从事电网能量管理、自动电压控制、多能流综合能量管理和人工智能应用等研究工作,是我国最早开始电网能量管理与运行控制研究的单位之一。研发了我国第一套具有完全自主知识产权的大区电网EMS应用软件,开发的EMS应用软件在国内超过72个地区级以上电网推广应用。电网无功/电压控制和有功/频率控制的研究成果应用面覆盖我国2/3以上网省级电网和6/10以上的大型风/光基地。其中,自动电压控制系统出口到美国最大区域电网——PJM电网,成为我国先进电网控制系统输出美国的首例。在清华电机系的海外评估中课题组成果被评价为 “leading the world”。完成的成果“三维协调的新一代电网能量管理关键技术及应用”入选2007年中国高校十大科技进展,获2008年国家技术发明二等奖。成果“复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”入选2016年中国高校十大科技进展,获2018年国家科技进步一等奖。牵头完成的国家973项目“源-网-荷协同的智能电网能量管理和运行控制基础研究”(2013-2017年)获评“优秀”。近年来,课题组探索面向能源互联网的多能流综合能量管理和人工智能在复杂电网调控中应用等新方向。发表学术论文500余篇,其中SCI论文200余篇,ESI高被引10余篇,Google Scholar引用15000余次。授权中国发明专利100余项,美国专利20余项。


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