欧盟发布2021-2024年综合能源系统研发实施计划

　　近日，欧洲能源转型智能网络技术与创新平台(ETIP SNET)发布《2021-2024年综合能源系统研发实施计划》，明确了未来四年将实施的关键研究创新优先事项及相应预算(总预算约为9.55亿欧元)。此次实施计划主要基于2月份发布的《综合能源系统2020-2030研发路线图》框架提出的6个研究领域，即：消费者、产消合一者和能源社区;系统经济性;数字化;系统设计和规划;灵活性技术和系统灵活性;系统运行，确定了24个研发示范主题。具体内容如下：

　　一、消费者、产消合一者和能源社区

　　主题1：能源基础设施的社会接纳和环境可持续性。将投入360万欧元用于研发，投入1140万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①开发利益相关方参与的有效方法和工具，以提高公众对新建输电线路、变电站、储能设施、发电站、天然气基础设施的接受度;②提高消费者对新型电力/能源系统的理解和认识，尤其是作为消费者/产消合一者积极参与电网运营，研究公民参与能源社区的社会和经济影响，包括提高系统灵活性和可持续性;③减少或消除能源基础设施对环境的影响，如水电站(水力调峰、沉积物管理、鱼类迁徙和保护、水质保护)、变压器和输电线路噪声、更美观输电线路塔架设计等。

　　主题2：调节消费者/用户行为，包括能源社区。将投入2900万欧元用于示范，主要示范任务包括：①开发用于消费者和产消合一者调整能源行为的方法和工具，包括在线测量用电量和发电量、动态分时电价和全环境效益(包括舒适性和安全性等)的行为研究;②开发方法和工具以支持提升行业能源消费适应性的活动。

　　主题3：消费者和产消合一者设备控制。将投入3300万欧元用于示范，主要示范任务包括：①智能手机等低成本技术)实现对产消合一者电力消费/生产的直接无线控制;②通过用于智能家电的家用信息通信技术(ICT)实现对消费者需求的直接控制。

　　二、系统经济性

　　主题1：商业模式。将投入2200万欧元用于研发，主要研发任务包括：①产消合一者提供辅助服务的商业模式;②零售商和聚合商、能源服务公司和能源社区的商业模式;③能源数据分析服务供应商的商业模式;④电动交通网络储能商业模式;⑤利用天然气/生物质热电联产在低剩余负荷时供热、高剩余负荷或储热时发电的商业模式。

　　主题2：市场设计与治理(包括零售、批发、跨境、辅助服务、灵活性等市场)。将投入4560万欧元用于研发，投入1840万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①泛欧市场设计，促进大规模波动性可再生能源、储能、需求响应、电动汽车等集成;②跨境输电系统运营商市场设计(涉及多个配电系统运营商、聚合商和运行区域)，跨境辅助服务市场设计(包括储备联合采购，储备共享，针对频率响应、惯性响应、无功功率、电压控制和潮流控制的快速爬坡服务);③集中式储能和虚拟电厂提供辅助服务的市场规则和协调机制，包括可再生能源、灵活热力发电(小型和微型热电联产)、热泵、电动汽车等;④协调通信、智能电表和平台并考虑物理电网约束，进行输配电系统运营商辅助服务的市场设计和成本效益分析;⑤本地能源市场设计，开发本地能源社区的零售(点对点)市场，具有电力平衡和低压/中压电网控制能力;⑥大规模需求响应市场设计，通过智能电表等技术获得需求负荷价格敏感特性的市场模型;⑦针对储能设备所有者和运营商(包括电动汽车)的市场设计，以及储热市场设计;⑧在低剩余负荷或负荷不足情况下，通过天然气网提供系统服务(平衡)的市场规则;⑨水循环管理运营商系统服务(平衡)市场设计。

　　三、数字化

　　主题1：协议、标准化和互操作性。将投入6100万欧元用于研发，主要研发任务包括：①数据交换协议/接口，开发基于随机模型的不同时间尺度市场运行处理协议，以及加密和认证市场订单的通用标准化模型;②开发设备和电网间以及设备和远程管理平台间的标准化通信协议和ICT基础设施;③开发智能变电站通信接口;④开发支持输/配电系统运营商信息交换的通用设备接口和协议。

　　主题2：数据通信。将投入2370万欧元用于研发，投入1130万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①支持需求聚合与控制的通信基础设施，通过机器到机器(M2M)或人工智能到人工智能为能源网络服务提供电信解决方案(包括用于设备、多址边缘计算或云级决策的人工智能算法);②用于监测和控制分布式发电的ICT基础设施，包括标准和协议;③智能电表数据通信基础设施，可进行近实时监测，包括用于时间同步和时间戳的非全球导航卫星系统，考虑端到端通信的延迟、数据包丢失和抖动;④优化ICT基础设施安装，包括成本、准确性、冗余性等，以用于针对性风险维护的数据收集和处理。

　　主题3：数据和信息管理。将投入6600万欧元用于研发，主要研发任务包括：①不同来源数据的大数据管理，包括：智能仪表、智能传感器、社交媒体、管理工具、市场平台、数据分析支持的数据驱动工具、人工智能和数字孪生;②调查物联网技术在输/配电系统运营商规划、资产管理、运营和市场活动中的使用情况。

　　主题4：网络安全与隐私。将投入2400万欧元用于研发，主要研发任务包括：①电网基础设施网络安全保护的方法和工具，可避免通过物理安装(如主变电站和辅助变电站、中压和低压线路、输/配电系统运营商的网络安全策略)注入虚假数据;②分布式能源管理的数据保护，包括分散式存储;③研究并行使用传统数据采集与监视控制系统作为远程监控手段的风险和漏洞;④研究使用公共ICT和无线基础设施实现智能电网的风险和漏洞，如与智能电表等相连。主题5：端到端架构。将投入3530万欧元用于研发，投入1970万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①输配电网数字化，创建互操作电网和通信网络的数字化模型;②增强架构设计，在不同电压水平、不同时间段进行数据交换，具有增强的输/配电系统运营商通信接口;③在新的软硬件架构方案上应用基于ICT的先进方法(物联网、边缘计算、云计算、网络安全、区块链等)进行数据存储和计算。

　　四、系统设计和规划

　　主题1：综合能源系统架构。将投入3450万欧元用于研发，投入3750万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①开发包括所有主要能源载体的能源系统模型，涵盖产消合一者、能源社区、电动交通、输配电网(低、中、高压)、国家/区域电力和天然气交换的整个能源链;②协调高压(超高压)和中压配电系统，开发包括储能基础设施以及天然气和供热基础设施的输电系统;③开发能源社区，具有用于本地多能流运行的能源管理系统，包括储电、电力转换为其他能源载体(P2X)的发电和存储，以及其他能源载体转换为电力(X2P)，包括基于氢能和燃料电池的热电联产;④多载体复合储能系统研究，包括与单独储能设备的经济效益比较、通过电制热平衡供需和储能、热力和电力之间的动态交互、建筑应用、考虑热负荷惯性的耦合能源系统动力学;⑤在电力系统不同电压水平下，优化协调电力存储的位置和规模，用于快速和慢速功率响应，以及未来储能设施辅助补充服务;⑥优化协调抽水蓄能、天然气、热化学和化学储能的分布及规模，以满足季节性需求;⑦利用所有能源载体系统的灵活性，用于实时电压和频率控制(包括交流、交流/直流混合和直流微电网、本地存储、智能变压器)的分布式模块化控制结构微元网;⑧交直流综合配电网，包括大规模供暖、家用和商用热泵、电动汽车充电站等，通过交流配电系统、智能变压器、中/低压直流、交直流混合电网、直流微电网及本地储能等提供灵活性;⑨开发基于不同优化准则的高压直流电网设计优化算法，以及在同一塔架或平行线路上使用现有基础设施的直流和交流线路的并行布线。

　　主题2：长期规划(系统开发)。将投入2320万欧元用于研发，投入2480万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①综合能源系统规划，包括热、冷、气、电网络，并扩展至城市废水、饮用水和公共交通网络;②进行欧盟层面的低成本可再生能源投资规划，并考虑替代市场设计影响和基础设施发展要求以及所有灵活性手段;③电力系统灵活性规划，包括电网设计，应对自然灾害和人为攻击的储能和需求灵活性，基于随机方法的灵活运行规划;④开发分布式能源以处理规划中的网络约束，进行高、中、低压电网加固和低、中压电网扩建规划，并使用智能仪表、各级监控系统、故障检测等的数据;⑤考虑分布式能源随机性的概率规划，包括可再生能源、需求响应、储能、供暖/制冷以及移动需求的不确定性;⑥配电系统规划和资产管理，以适应电动汽车与快充、超快充和感应充电的大规模集成;⑦低、中压直流工业和住宅电网规划，降低辅助系统成本并提升家庭供电安全。

　　主题3：资产管理与维护。将投入1790万欧元用于研发，投入1110万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①开发老化和故障模型用于低/中压电网维护规划，考虑极端事件、电力系统部件的不同时间阶段、ICT基础设施和智能电表;②开发输电系统部件状况健康状态评估模型，如与部件磨损、变压器油池油位、开关柜六氟化硫液位和故障概率有关的健康状况，研究影响高压输电系统元件寿命的参数;③基于模型的组件故障检测和状态监测，开发适用于高压系统有害环境作业的机器人、现场维护无人机，改善由于环境(树木生长、风力)和运营影响资产寿命的高压系统部件维护;④通过数字通信和监控设备进行远程低/中压维护操作;⑤高、中压资产管理，考虑对自然灾害、恐怖主义、网络攻击等罕见、严重事件的恢复能力;⑥培训维修操作员适应数字环境(即人机界面)和新机器人解决方案，优化用于收集和处理数据的ICT基础设施的维护成本;⑦优化储能系统寿命和失效模式，包括随机循环曲线、资本支出、运营成本、效率;⑧优化水电和抽水蓄能机组维护的智能传感器及在线监测与诊断系统;⑨利用快速循环能力和燃料灵活性提高火电机组寿命。

　　主题4：系统稳定性分析。将投入1060万欧元用于研发，投入2740万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①通过分布式发电、储能和需求灵活性以及配电网连接的微电网和纳米电网支持电网稳定，以稳定和控制大容量输电网;②开发电力电子变换器提供合成惯性控制以及附加振荡阻尼控制等概念;③孤岛模式下交直流混合微电网的稳定性与控制;④开发基于换流器的稳定性模型和工具;⑤高比例波动性可再生能源输电系统转子角、电压和频率稳定性模型和技术;⑥开发和验证不同环境下多种技术和能源载体组成的综合网络和系统组件的等效模型，保证能源系统的稳定性;⑦大规模区域间振荡的分析方法和工具，研究具有多控制系统电网的动态稳定性。

　　五、灵活性技术和系统灵活性主题

　　1：需求灵活性。将投入950万欧元用于研发，投入1850万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①优化输配电系统运营商对需求侧响应的利用;②与电信运营商紧密合作进行直接负荷控制;③将主动需求管理纳入输电系统运营商的规划和运营中，以满足最终用户和聚合商的需求，并推迟电网投资;④综合能源密集型产业(如钢铁生产)和大容量储能的需求灵活性模型。

　　主题2：发电灵活性。将投入3970万欧元用于研发，投入1330万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①开发用于风力涡轮机和太阳能光伏最大功率点追踪的有效控件，以考虑灵活性和储备共享;②增加水力发电和抽水蓄能电站运行灵活性，减少突然断电对寿命和安全的负面影响;③提高火电灵活性，在不影响废热回收情况下提高效率并降低温室气体排放;④使用碳中性燃料(氢、生物燃料)提高火电燃料灵活性;⑤开发和测试集成灵活中小型火电、供热和制冷、储能的解决方案，并进行影响研究和示范;⑥开发各种规模的高效集成热电联产机组，并以氢、生物燃料为动力，将供热和发电分开使用;⑦建立基于水力发电数据的水电系统模型，开发基于最新气候模拟的水库和河流来水量数据集。

　　主题3：储能灵活性及能量转换灵活性。将投入4000万欧元用于研发，主要研发任务包括：①电网(包括微电网)运行的储能灵活性;②集成储能系统与常规发电机(例如热电联产、水电和火电)，以提高灵活性并改善运行;③利用储能灵活性为家庭/建筑物/工业级集中供热(和制冷)系统提供平衡服务：④电力转化为天然气的大规模应用;⑤由可再生能源发电、部门融合和储能组成的独立建筑、居住区以及中小型企业和工业电力系统，涉及电力与氢气、燃料、天然气、热量、化学品之间的转换。

　　主题4：网络灵活性。将投入2400万欧元用于研发，主要研发任务包括：①通过灵活的交流输电系统、移相变压器和高压直流输电、智能变压器、柔性软开关点、灵活的交流配电系统和故障限流器，提高输配电网灵活性;②配电网重构的灵活性;③标准化高压直流多终端网络，协调不同地区之间的电力流，并连接海上和陆上风电厂;④用于输配电网容量计算的动态线路容量解决方案。

　　主题5：交通灵活性。将投入1800万欧元用于研发，主要研发任务包括：①开发集中和分布式算法以有效管理电动汽车充电;②交通运输供电网的能源管理，通过公共连接点变电站的储能设施向配电系统运营商提供辅助服务;③交通电气化提供灵活性服务，尤其是在配电网运营中应用电网到车辆(G2V)和车辆到电网(V2G)技术，提供负荷平抑、系统平衡和电压支持等服务。

　　六、系统运行

　　主题1：状态评估和监控。将投1920万欧元用于研发，投入680万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①智能监控设备进行输电系统的稳态和动态状态评估;②智能电表用户数据增强低中压配电系统的可观察性和状态评估;③通过算法和工具提升可再生能源资源的实时可观察性，并改进预测用于运行规划。

　　主题2：短期控制。将投入600万欧元用于研发，投入1400万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①优化负荷频率控制，考虑电信基础设施、延迟和可靠性要求;②研究可再生能源对电网初级电压和频率控制的作用，重点针对孤岛等系统;③通过分布式能源、本地储能和负荷以及虚拟电厂，以极低或无惯性控制配电网(互连或孤岛)的初级电压和频率控制。

　　主题3：中长期控制。将投入810万欧元用于研发，投入2890万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①先进的可再生能源预测，考虑天气预测、历史数据和在线测量等;②基于天气、降水模型和实时传感器的水电预测;③通过发电量和负荷短期预测，并利用用户行为和灵活负荷免受电网的位置约束;④优化高度不确定条件下的发电机组调度、储备分配和最优潮流;⑤优化配电网配置，包括增强配电监控能力、自动中低压系统拓扑识别以及日前预测;⑥控制技术在二次变电站中的大量使用。

　　主题4：预防性控制/恢复。将投入2260万欧元用于研发，投入3140万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①通过以电力电子为接口的分布式能源的高渗透率，保护具有低故障电流的配电网络;②直流电网保护，继电器和断路器保护，兼顾互操作性和标准化的多供应商解决方案;③配电网运营措施，如拓扑优化和分布式能源运营规划，以提高抵御自然灾害、恐怖主义和网络攻击的能力;④通过分布式能源和储能实现自下而上的恢复，包括通过微电网和微元网的计划性孤岛技术;⑤电力系统自动恢复的配电层故障自动清除自愈技术;⑥考虑无功功率和电压控制的高效减负荷技术和工具;⑦配电网中多能源载体的安全支持;⑧基于联络线和/或黑启动装置协调的泛欧或多区域系统恢复。

　　主题5：控制中心技术。将投入3290万欧元用于研发，投入3110万欧元用于示范，主要研发示范任务包括：①输电系统的广域监控架构，高性能和高速通信基础架构，结合传感技术、自动化和控制方法;②输电系统运营商能源管理平台以及相关监控系统，能够与本地市场互动，并具有故障管理自愈功能等;③配电系统运营商能源管理平台，使用户能够主动参与能源市场和电网运行优化，与其他参与者(零售商、聚合商、输电系统运营商)进行互操作，以实现电网状态和数据以及智能电表数据处理;④分布式网络控制的控制中心体系结构;⑤防孤岛保护，计划性孤岛的控制;⑥为适应新的网络能源管理平台(包括多能源载体系统)，通过数字化模型为配输电系统运营商开发先进培训模拟器;⑦能源管理系统控制室的先进人机接口，协助运营商的预防和纠正决策。