西安交通大学管晓宏：零碳智慧能源系统与能源革命_41页_12mb

中国-上海合作组织数字技术合作发展论坛总结

核心内容

本次论坛聚焦于零碳智慧能源系统与能源革命，强调通过氢能技术与多能协同优化实现能源系统的绿色转型。核心议题包括能源电力系统的清洁化、可再生能源的高效利用、以及分布式能源系统的构建与运行。

主要观点

• 传统能源模式不可持续：化石能源的能耗模式难以支撑未来社会需求，必须推动能源系统的绿色化与智能化。
• 双碳目标的实现路径：减少能源电力系统的碳排放是实现碳达峰、碳中和的关键，需结合技术创新与系统优化。
• 5G与未来无线通信系统的节能降本：通过设备级节能与整体协同优化，可实现显著的节能与成本节约。
• 氢能赋能零碳智慧能源系统：氢能作为清洁能源载体，能够实现零碳供能，并与多种能源形式协同，提升系统效率与经济性。
• 分布式能源系统的市场复制潜力：通过系统建模、控制优化与市场机制，可构建可复制推广的分布式零碳能源系统。

关键信息

可再生能源利用的挑战

• 当前能源系统仍以化石能源为主，可再生能源的接入面临实时供需平衡、储能技术不足等挑战。
• 传统能源电力系统结构下，电力系统必须满足实时供需平衡，对高不确定性的可再生能源利用构成根本性障碍。

解决途径一：能源电力需求端节能减碳

• 5G基站节能优化：采用设备级节能与整体协同优化，提升能效并降低成本。
• 实测案例：榆林零碳智慧能源站示范项目中，通过多能协同优化，实现**15~20%**的总体节能降本目标。
• 节能效果：
  • 弗里堡站：运行成本节约13.1%，用电量减少8.91%，碳减排10.54%
  • 杨屋站：运行成本节约11.8%，用电量减少7.54%，碳减排8.96%
  • 伟丰站：运行成本节约14.2%，用电量减少9.5%，碳减排11.08%

解决途径二：分布式绿能供需平衡实现零碳供能

• 氢能+多能源系统：构建氢能驱动的冷热电联供系统，实现多能协同转化与零碳排放。
• 系统特点：
  • 供电系统：光伏供电、制氢+氢燃料电池供电、外购氢结合。
  • 供热系统：燃料电池热电联产、地源热泵、浅层地热井季节储热。
  • 供冷系统：地源热泵、地温导热管、储冷水罐短期调节。
• 示范项目：榆林零碳智慧能源站于2022年7月底投入运行，为省运会运动员村、5G基站和数据中心提供零碳供能。

能源站数字孪生系统

• 通过智能感知、弹性通信、自主计算和协同优化，实现能源站的高效运行与管理。
• 数字孪生系统可应对多工控复杂运行模式，提升系统灵活性与稳定性。

产业应用场景

1. 零碳工业与生活园区：

   • 利用地区资源和能源优势，打造零碳科创新城，推动氢能产业发展。
   • 各片区屋顶光伏铺设面积达722万㎡，总光伏量794MW。

2. 零碳乡村振兴：

   • 落实2022年中央一号文件精神，推动零碳乡村发展。

3. 零碳数据中心与通信基站：

   • 构建“三网合一”的零碳数据中心，实现算力网、通信网、能源网的深度融合。
   • 通过风/液冷机柜、余热回收等技术，提升数据中心能效与碳减排能力。

数据中心现状与挑战

• 高能耗与高碳排：数据中心年用电量已超200TWh，预计2030年将占全球能耗6%以上，碳排放占全球总量2%以上。
• 低算效：我国60%以上数据中心算效与资源使用效率低下。
• 5G与6G的能耗增长：5G系统耗能是4G的3倍，6G将是5G的10倍。

零碳数据中心结构

• 供电系统：可再生能源+燃料电池。
• 冷源系统：热泵+地热井+余热回收。
• 末端制冷：风/液冷机柜（行间、柜级）。
• 总体方案：中国北方2-5万千瓦零碳数据中心，年均气温13°C以下，实现高效供能。

科学问题与挑战

• 多能耦合与动态转换：研究信息流与氢-电二次能源及多种能源流网络间的时空多尺度耦合关系。
• 系统建模与优化：解决多能耦合信息物理融合系统的安全经济设计与运行问题。
• 多能转换关键装备：实现高能效调控与系统稳定性。
• 氢能供需链协调规划：探索分布式能源系统市场的设计与博弈分析。

国家自然科学基金重大项目

• “含氢多能源供需系统协同运行的基础理论与关键技术”（2022.1-2026.12）。

社会效益

• 年化总成本降低40%。
• 年减少二氧化碳排放8640吨，相当于植树48万棵。
• 零碳供能能力：在省运会和疫情封控期间，为5000人提供无故障零碳供能，为抗疫作出重要贡献。

媒体聚焦

• 央视新闻联播与人民日报多次报道项目，肯定其作为国际领先、国内首创的实用化智慧能源中心。
• 时任陕西省长赵一德赴项目现场考察，强调其对双碳目标与绿色能源革命的示范意义。

结论

• 能源电力系统绿色化势在必行，经济储能技术是利用可再生能源的关键。
• 氢能赋能的多能协同优化系统能够实现局域能量平衡，提升系统经济性与可复制性。
• 基于氢能的分布式零碳智慧能源系统将深度改变能源结构，为未来数据中心与通信站点提供绿色能源，推动以绿色、分布、市场为标志的能源革命。