對(duì)我國綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的思考

賈宏杰，穆云飛，余曉丹(智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津市300072)

對(duì)我國綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的思考

賈宏杰，穆云飛，余曉丹
(智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津市300072)

建設(shè)完善的社會(huì)綜合能源系統(tǒng)是低碳經(jīng)濟(jì)背景下解決我國社會(huì)供能系統(tǒng)安全性低、自愈能力差、設(shè)備利用率低下等一系列問題的一種可能解決方案。文章首先給出綜合能源系統(tǒng)的基本概念與主要特征，結(jié)合世界各國綜合能源系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)與我國能源資源現(xiàn)狀，分別從國家、區(qū)域和終端這3個(gè)層面探討了我國未來綜合能源系統(tǒng)發(fā)展中面臨的一些問題，并給出了相應(yīng)的建議。

綜合能源系統(tǒng);可再生能源;綜合能源利用;節(jié)能減排

0 引言

能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，如何在確保人類社會(huì)能源可持續(xù)供應(yīng)的同時(shí)減少用能過程中的環(huán)境污染，是當(dāng)今世界各國共同關(guān)注的熱點(diǎn)［1］。由于煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源不可再生，終將走向枯竭，提高能源利用效率、開發(fā)新能源、加強(qiáng)可再生能源綜合利用，就成為解決社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中日益凸顯的能源需求增長與能源緊缺、能源利用與環(huán)境保護(hù)之間矛盾的必然選擇。而打破原有各能源供用(如供電、供氣、供冷/熱等)系統(tǒng)單獨(dú)規(guī)劃、單獨(dú)設(shè)計(jì)和獨(dú)立運(yùn)行的既有模式，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行階段，對(duì)不同供用能系統(tǒng)進(jìn)行整體上的協(xié)調(diào)、配合和優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)一體化的社會(huì)綜合能源系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)社會(huì)用能效率最優(yōu)、促進(jìn)可再生能源規(guī)?；谩?shí)現(xiàn)人類能源可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路［2］。

本文首先給出社會(huì)綜合能源系統(tǒng)的基本概念和主要特征;簡(jiǎn)單回顧國內(nèi)外綜合能源系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)狀;隨后，結(jié)合我國能源資源分布特征，從國家、區(qū)域和終端層面分析我國未來社會(huì)綜合能源系統(tǒng)發(fā)展中面臨的一些問題，并探討可能的解決思路。

1 綜合能源系統(tǒng)的基本概念與特征

本文討論的綜合能源系統(tǒng)是指在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行等過程中，通過對(duì)各類能源的產(chǎn)生、傳輸與分配(能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò))、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化后，所形成的社會(huì)綜合能源產(chǎn)供消一體化系統(tǒng)。建設(shè)社會(huì)綜合能源系統(tǒng)的目的是有效提高社會(huì)能源的綜合利用效率，實(shí)現(xiàn)社會(huì)能源的可持續(xù)供應(yīng)，同時(shí)提高社會(huì)能源供用系統(tǒng)的靈活性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和自愈能力。社會(huì)綜合能源系統(tǒng)具有以下一些基本特征。

(1)社會(huì)綜合能源系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同供用能系統(tǒng)間的有機(jī)協(xié)調(diào)，可提高社會(huì)能源供用的安全性、靈活性、可靠性。傳統(tǒng)的社會(huì)供用能系統(tǒng)，如供電、供氣、供熱/冷等系統(tǒng)，往往是單獨(dú)規(guī)劃、單獨(dú)設(shè)計(jì)、獨(dú)立運(yùn)行，彼此間缺乏協(xié)調(diào)，從而造成社會(huì)供用能系統(tǒng)整體安全性低和自愈能力差的問題。如2008年初我國南方的低溫雨雪冰凍災(zāi)害［3］，起初電力系統(tǒng)中的故障引發(fā)了多米諾骨牌效應(yīng)，不僅殃及其他供用能系統(tǒng)，還引發(fā)交通、通信、金融、環(huán)境等多個(gè)要害部門癱瘓，不僅造成難以估量的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，還危及國家和社會(huì)安全。這次災(zāi)難揭示出供電系統(tǒng)的一個(gè)致命隱患，即在大電網(wǎng)瓦解的極端情況下不具備足夠的自愈能力。而電能供應(yīng)是其他供用能系統(tǒng)可正常運(yùn)行的前提，供電系統(tǒng)的這一缺陷將直接導(dǎo)致整個(gè)社會(huì)供用能系統(tǒng)整體安全性和自愈能力降低。已有研究已表明，單純通過加大某一供能系統(tǒng)(如供電系統(tǒng))的投入來提高其安全性與自愈能力，會(huì)面臨難以承受的高昂成本，同時(shí)會(huì)造成社會(huì)資源的極大浪費(fèi)。因此，通過構(gòu)建社會(huì)綜合能源系統(tǒng)，利用其核心技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各供用能系統(tǒng)間的有機(jī)協(xié)調(diào)與配合，是解決上述問題的一種可能途徑。

(2)社會(huì)綜合能源系統(tǒng)可利用不同供用能系統(tǒng)間的互動(dòng)能力實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化調(diào)度，有利于提高社會(huì)供能系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用率。供電、供氣、供熱/冷系統(tǒng)的負(fù)荷需求均存在明顯峰谷交錯(cuò)現(xiàn)象，但目前各供能系統(tǒng)只能按自身峰值負(fù)荷進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)與建設(shè)，由此將不可避免地產(chǎn)生設(shè)備利用率低下的問題。美國統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，其供電設(shè)備平均載荷率只有43%，載荷率在95%以上的時(shí)段不足5%;而我國的供電設(shè)備利用率更低，統(tǒng)計(jì)顯示其平均利用率不足30%［4］。設(shè)備利用率低下問題同樣存在于供氣、供熱/冷系統(tǒng)，已造成社會(huì)資金的巨大浪費(fèi)，還加大了各供用能系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。而綜合能源系統(tǒng)可通過各子系統(tǒng)間的有機(jī)協(xié)調(diào)，緩解或消除上述問題。如可利用供電系統(tǒng)低谷時(shí)段過剩電能產(chǎn)生冷/熱能并加以存儲(chǔ)，在電力高峰時(shí)段使用，通過供電與供冷/熱系統(tǒng)的有機(jī)配合，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)同時(shí)提高供電與供冷/熱系統(tǒng)設(shè)備利用率的目的［5］。

(3)社會(huì)綜合能源系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各類能源的優(yōu)化利用，提升綜合能源利用率，有效應(yīng)對(duì)全球氣候變化問題，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)能源可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展仍高度依賴一次化石類能源，如2013年全球一次能源消費(fèi)約181．8億t標(biāo)煤，化石類能源約占86．7%［6］?；惸茉促Y源是有限的，按現(xiàn)有開發(fā)利用模式，將難以支撐人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。能源利用效率提高和可再生等新能源規(guī)?；_發(fā)，成為破解這一難題的根本途徑。綜合能源系統(tǒng)可利用各供用能系統(tǒng)之間，在生產(chǎn)、輸配、消費(fèi)、存儲(chǔ)不同環(huán)節(jié)間的時(shí)空耦合機(jī)制和互補(bǔ)替代性，建立起多種能源間的協(xié)同利用機(jī)制，一方面可實(shí)現(xiàn)不同品位能源的梯階利用，提高能源的綜合利用率;另一方面還能彌補(bǔ)可再生能源(如風(fēng)能、太陽能等)能流密度低、分散性強(qiáng)和間歇性明顯等問題，提高其規(guī)模化開發(fā)利用水平，從而支撐人類社會(huì)能源可持續(xù)發(fā)展。

(4)智能電網(wǎng)是綜合能源系統(tǒng)的核心與關(guān)鍵。綜合能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)是智能電網(wǎng)，主要原因在于:1)作為清潔、高效和便利的二次能源，電能已深入到社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)環(huán)節(jié)，其他社會(huì)供/用能系統(tǒng)的正常運(yùn)行依賴于電力的供應(yīng)，且很多其他形式能源需要首先轉(zhuǎn)化成電能方可規(guī)模化開發(fā)利用，如風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等。2)智能電網(wǎng)是人類社會(huì)發(fā)展的下一代電網(wǎng)，允許各種分布式發(fā)電設(shè)備即插即用地接入電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)可再生能源的規(guī)?；?具有足夠的靈活性和安全性，可自愈地應(yīng)對(duì)來自電網(wǎng)內(nèi)外的各類擾動(dòng);協(xié)同各種能源利用環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備利用率和能源綜合利用效能的顯著提高［7］。智能電網(wǎng)與綜合能源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)完全一致，不同處僅在于智能電網(wǎng)僅著眼于電網(wǎng)本身的發(fā)展，而綜合能源系統(tǒng)則著眼于整個(gè)社會(huì)能源體系。由此不難看出，智能電網(wǎng)是綜合能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而綜合能源系統(tǒng)必將成為智能電網(wǎng)的終極形式。

綜上，綜合能源系統(tǒng)發(fā)展有利于能源利用效率的提升和可再生能源的規(guī)?；_發(fā)，也有利于提高社會(huì)能源供用系統(tǒng)整體的安全性、經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備資產(chǎn)利用率，推進(jìn)相關(guān)研究意義重大。

2 綜合能源系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)狀

綜合能源系統(tǒng)對(duì)提升能源利用效率和實(shí)現(xiàn)可再生能源規(guī)模化開發(fā)具有重要支撐作用，世界各國多根據(jù)自身需求制定了適合自身的綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略。

2.1 國外綜合能源系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1.1 美國

首先，在管理機(jī)制上，美國能源部(DOE)作為各類能源資源最高主管部門，負(fù)責(zé)相關(guān)能源政策的制定，而美國能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)則主要負(fù)責(zé)政府能源政策的落實(shí)，抑制能源價(jià)格的無序波動(dòng)。在此管理機(jī)制下，美國各類能源系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)了較好協(xié)調(diào)配合，同時(shí)美國的綜合能源供應(yīng)商得到了較好發(fā)展，如美國太平洋煤氣電力公司、愛迪生電力公司等，均屬于典型的綜合能源供應(yīng)商［8］。

其次，美國各能源供用系統(tǒng)間存在密切耦合關(guān)系，社會(huì)一直關(guān)注各能源系統(tǒng)間的相互影響和協(xié)調(diào)發(fā)展。以天然氣系統(tǒng)與電力系統(tǒng)為例，自2011年后，美國能源消耗中的25%以上來自天然氣［9］，且這一比例還在不斷增加。隨著天然氣電廠占電能供應(yīng)比例的不斷提高，天然氣系統(tǒng)與電力系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系日益緊密，相關(guān)研究也成為美國能源界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。

其三，在技術(shù)上，美國非常注重與綜合能源相關(guān)理論技術(shù)的研發(fā)。美國能源部在2001年即提出了綜合能源系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃［10］，目標(biāo)是提高清潔能源供應(yīng)與利用比重，進(jìn)一步提高社會(huì)供能系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，而重點(diǎn)是促進(jìn)冷熱電聯(lián)供(CCHP)技術(shù)的進(jìn)步和推廣應(yīng)用;2007年12月美國頒布能源獨(dú)立和安全法(EISA)［11］，明確要求社會(huì)主要供用能環(huán)節(jié)必須開展綜合能源規(guī)劃(integrated resource planning，IRP)，并在2007—2012財(cái)年追加6．5億美元專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持IRP的研究和實(shí)施;奧巴馬總統(tǒng)在第一任期，就將智能電網(wǎng)列入美國國家戰(zhàn)略［12］，其終極目標(biāo)即是利用日新月異的信息技術(shù)對(duì)包括電網(wǎng)在內(nèi)的社會(huì)能源系統(tǒng)進(jìn)行徹底改造，以期在電網(wǎng)基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)高效能、低投資、安全可靠、靈活應(yīng)變的綜合能源系統(tǒng)，以保證美國在未來引領(lǐng)世界能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與革命。

2.1.2 加拿大

面對(duì)能源環(huán)境的雙重壓力，加拿大政府承諾到2050年將溫室氣體排放量在2006年的排放水平上削減60%～70%。因此，打破現(xiàn)有能源供應(yīng)模式，發(fā)展綜合能源技術(shù)，建設(shè)完善的社會(huì)綜合能源系統(tǒng)就成為加拿大的必然之選。

加拿大國會(huì)2009年6月審議并通過了旨在助推該國綜合能源系統(tǒng)相關(guān)研究的報(bào)告Combining Our Energies:Integrated Energy Systems for Canadian Communities［13］，隨后2009年9月由內(nèi)閣能源委員會(huì)頒布了Integrated Community Energy Solutions:A Roadmap for Action指導(dǎo)意見［14］，在其中明確指出構(gòu)建覆蓋全國的社區(qū)綜合能源系統(tǒng)(integrated community energy solutions，ICES)是加政府應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)2050年溫室氣體減排目標(biāo)的一項(xiàng)重要舉措，因此將推進(jìn)ICES技術(shù)研究和ICES工程建設(shè)列為該國2010—2050年的國家能源戰(zhàn)略。在加拿大ICES示范工程投入的同時(shí)，加政府還啟動(dòng)了多個(gè)重大研究課題對(duì)與綜合能源系統(tǒng)相關(guān)的理論與技術(shù)進(jìn)行全方位研究，包括:EQuilibriumTMCommunities Initiative、Clean Energy Fund、ecoENERGY、Building Canada Plan等［15］。

2.1.3 歐洲

歐洲是最早提出綜合能源系統(tǒng)概念并最早付諸實(shí)施的地區(qū)。早在歐盟第五框架(FP5)中［16］，盡管綜合能源系統(tǒng)概念尚未被完整提出，但有關(guān)能源協(xié)同優(yōu)化的研究被放在顯著位置，如DG TREN (distributed generation transport and energy)項(xiàng)目將可再生能源綜合開發(fā)與交通運(yùn)輸清潔化協(xié)調(diào)考慮; ENERGIE項(xiàng)目尋求多種能源(傳統(tǒng)能源和可再生能源)協(xié)同優(yōu)化和互補(bǔ)，以實(shí)現(xiàn)未來替代或減少核能使用;Microgrid項(xiàng)目研究用戶側(cè)綜合能源系統(tǒng)(其概念與美國和加拿大所提IES和ICES類似)，目的是實(shí)現(xiàn)可再生能源在用戶側(cè)的友好開發(fā)。在后續(xù)第六(FP6)［17］和第七(FP7)［18］框架中，能源協(xié)同優(yōu)化和綜合能源系統(tǒng)的相關(guān)研究被進(jìn)一步深化，Microgrids and More Microgrids(FP6)、Trans-European Networks (FP7)、Intelligent Energy(FP7)等一大批具有國際影響的重要項(xiàng)目相繼實(shí)施。

歐洲各國除了在歐盟框架下統(tǒng)一開展綜合能源系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究外，還根據(jù)自身需求開展了大量更為深入的有關(guān)綜合能源系統(tǒng)的研究，如英國HDPS (highly distributed power systems)項(xiàng)目關(guān)注大量可再生能源與電力網(wǎng)間的協(xié)同［19］，HiDEF(highly distributed energy future)項(xiàng)目關(guān)注智能電網(wǎng)框架下集中式能源系統(tǒng)和分布式能源系統(tǒng)的協(xié)同等［20］;而德國自2011年開始，在環(huán)境部和經(jīng)濟(jì)與技術(shù)部等機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，每年追加3億歐元［21］，從能源全供應(yīng)鏈和全產(chǎn)業(yè)鏈角度，實(shí)施對(duì)能源系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)，近期關(guān)注的重點(diǎn)則是可再生能源、能源效率提升、能源儲(chǔ)存、多能源有機(jī)協(xié)調(diào)以提高能源供應(yīng)安全等方面。2.1.4日本

為改善能源結(jié)構(gòu)，減輕對(duì)石油的依賴，提高日本能源供應(yīng)安全性，日本對(duì)能源的協(xié)調(diào)管理與優(yōu)化開展了長期研究，形成了獨(dú)具特色的能源發(fā)展之路。與美國設(shè)立能源部對(duì)能源開展協(xié)調(diào)管理不同，日本在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省下設(shè)立資源和能源廳來對(duì)煤炭、石油、燃?xì)?、新能源等行業(yè)進(jìn)行一元化的管理，在能源發(fā)展戰(zhàn)略上，特別強(qiáng)調(diào)不同能源之間的綜合與協(xié)調(diào)。資源和能源廳的主要職責(zé)包括:編制能源基本規(guī)劃草案及各類能源發(fā)展計(jì)劃;統(tǒng)一管理電力、天然氣、石油等各能源產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)運(yùn)作;制定新能源的發(fā)展戰(zhàn)略與目標(biāo)，促進(jìn)新能源的推廣使用等。雖然日本能源管理機(jī)構(gòu)層次相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于資源與能源廳的上級(jí)管理部門經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省，掌控著制定經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，因此能夠有效促進(jìn)能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的貫徹與執(zhí)行。因此，日本單位能源消耗所創(chuàng)造的國內(nèi)生產(chǎn)總值一直居國際領(lǐng)先水平。

日本的能源嚴(yán)重依賴進(jìn)口，因此日本成為最早開展綜合能源系統(tǒng)研究的亞洲國家。2009年9月日本政府公布了其2020、2030和2050年溫室氣體的減排目標(biāo)，并認(rèn)為構(gòu)建覆蓋全國的綜合能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能效提升，同時(shí)促進(jìn)可再生能源規(guī)模化開發(fā)，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的必由之路。在日本政府的大力推動(dòng)下，日本主要的能源研究機(jī)構(gòu)都開展了此類研究，并形成了不同的研究方案，如由NEDO于2010年4月發(fā)起成立的JSCA(Japan smart community alliance)，主要致力于智能社區(qū)技術(shù)的研究與示范。智能社區(qū)類似于加拿大的ICES方案，是在社區(qū)綜合能源系統(tǒng)(包括:電力、燃?xì)?、熱力、可再生?基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與交通、供水、信息和醫(yī)療系統(tǒng)的一體化集成［22］。Tokyo Gas公司則提出更為超前的綜合能源系統(tǒng)解決方案［23］，在傳統(tǒng)綜合供能(電力、燃?xì)?、熱?系統(tǒng)基礎(chǔ)上，還將建設(shè)覆蓋全社會(huì)的氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

2.2 我國綜合能源系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國2009年制定了到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40%～45%的目標(biāo)［24］，2014年，習(xí)總書記又在APEC會(huì)議上表明，到2030年我國的CO2排放量將達(dá)到頂值［25］。上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要各類能源在產(chǎn)供銷儲(chǔ)全環(huán)節(jié)的緊密配合，因此開展綜合能源系統(tǒng)相關(guān)研究勢(shì)在必行。

我國自1993年撤銷能源部后，煤炭、石油、電力、供熱等行業(yè)分屬不同管理部門，彼此間協(xié)調(diào)不夠，因此難以形成合力，缺乏協(xié)調(diào)統(tǒng)一的政策支持，在一定程度上制約了我國綜合能源技術(shù)的發(fā)展。以城市CCHP為例，涉及供電、供冷熱環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)與配合;若CCHP采用燃?xì)夥绞?，還需上述環(huán)節(jié)與燃?xì)夤?yīng)部門之間的協(xié)同配合。但我國供電、供氣和供熱公司各自獨(dú)立運(yùn)營，分屬不同部門管理的狀況，難以保證上述系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。為加強(qiáng)對(duì)能源行業(yè)的集中統(tǒng)一管理，應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源問題，保障國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展，我國在2008年批準(zhǔn)建立了國家能源局。為進(jìn)一步推動(dòng)能源領(lǐng)域的協(xié)調(diào)與合作，推進(jìn)綜合能源體系的形成，2010年國務(wù)院成立國家能源委員會(huì)。能源委員會(huì)主要責(zé)任是負(fù)責(zé)研究擬訂國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，審議能源安全和能源發(fā)展中的重大問題，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)國內(nèi)能源開發(fā)和能源國際合作的重大事項(xiàng)。上述管理體制的改革，為推進(jìn)能源領(lǐng)域的協(xié)調(diào)、合作和共同發(fā)展，奠定了政策基礎(chǔ)。

目前，我國已通過973、863研究計(jì)劃，啟動(dòng)了多項(xiàng)與綜合能源技術(shù)相關(guān)的科技研發(fā)項(xiàng)目;中國政府與包括新加坡、德國政府在內(nèi)的相關(guān)機(jī)構(gòu)共同合作，建設(shè)了各類生態(tài)文明城市［26-27］，積極推廣綜合能源利用技術(shù)，目的是構(gòu)建清潔、安全、高效、可持續(xù)的綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)和服務(wù)體系。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至今世界上至少有70余個(gè)國家先后開展了與綜合能源系統(tǒng)技術(shù)相關(guān)的研究，目的是促進(jìn)各國未來能源的可持續(xù)供應(yīng)［28］。毫無疑問，綜合能源系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)將成為國際上能源領(lǐng)域內(nèi)重要的技術(shù)制高點(diǎn)和技術(shù)增長點(diǎn)，是21世紀(jì)能源工業(yè)重要的技術(shù)發(fā)展方向之一。因此，從我國自身實(shí)際需求出發(fā)，盡早探索和建立適用于我國的綜合能源系統(tǒng)理論體系，對(duì)保證我國未來的能源安全、搶占能源領(lǐng)域技術(shù)制高點(diǎn)和擴(kuò)大我國在國際能源領(lǐng)域的話語權(quán)，都具有重要的戰(zhàn)略意義。

3 我國能源資源現(xiàn)狀分析及思考

3.1 我國能源資源現(xiàn)狀分析

我國的能源資源狀況與國外主要經(jīng)濟(jì)體有著顯著區(qū)別，主要包括如下特點(diǎn):

(1)能源總量較為豐富，但人均擁有量偏低。目前我國能源消費(fèi)仍以煤炭、石油和天然氣為主。據(jù)BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒2014年數(shù)據(jù)顯示，我國2013年已探明的石油、天然氣、煤炭?jī)?chǔ)量?jī)H占世界總儲(chǔ)量的1．07%、1．76%和12．84%［29］，且按照目前開發(fā)進(jìn)度僅能維持?jǐn)?shù)10年［30-31］。我國能源資源占有量并不占優(yōu)，同時(shí)考慮到我國巨大的人口基數(shù)，人均能源資源占有量極少。若仍按以往粗放型用能模式發(fā)展，不僅社會(huì)經(jīng)濟(jì)難以為繼，我國的能源和環(huán)境承載都將面臨無解難題。

(2)未來能源消耗仍將以化石能源為主。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的調(diào)整慣性客觀存在，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，清潔能源和可再生能源的大規(guī)模開發(fā)與利用，還面臨很多挑戰(zhàn)必然是一個(gè)漫長的過程。在可預(yù)見的未來很長一段時(shí)間內(nèi)，我國能源消耗仍將以化石能源為主。目前我國煤炭在能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的比例一直在70%以上，據(jù)專家預(yù)測(cè)，即使到2050年，煤炭所占比例仍占50%以上［32］。

(3)能源資源分布與能源消耗分布不均衡。眾所周知，我國的各類能源資源主要分布在中西部和東北等地，而我國經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)地區(qū)主要分布在東南沿海地區(qū)。表1給出了我國各類能源資源分布前五和后五位省區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果［33］;表2則給出了我國2013年各省區(qū)市國內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product，GPD)總量排名結(jié)果(可作為能源消耗的一個(gè)參考)［34］。我國能源資源與能源消耗的嚴(yán)重逆向分布會(huì)長期存在，且隨著東南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速增長，情況可能會(huì)更嚴(yán)峻，這直接影響著我國的整個(gè)能源戰(zhàn)略格局和未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

表1 中國能源資源量的省區(qū)分布差異Table 1 Maldistribution of natural resource in China

表2 2013年我國省級(jí)行政區(qū)GDP數(shù)據(jù)Table 2 GDP data for all provinces of China in 2013

(4)電/熱/冷供應(yīng)環(huán)節(jié)目前缺乏有機(jī)協(xié)調(diào)配合。我國電網(wǎng)已初步形成全國聯(lián)網(wǎng)的格局，在規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，電壓等級(jí)不斷提高，電網(wǎng)技術(shù)不斷升級(jí)，運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性得到顯著提升。但受長期“重發(fā)輸、輕配供”傳統(tǒng)觀念影響，電網(wǎng)的配用電環(huán)節(jié)仍相對(duì)薄弱，成為影響用戶供電可靠性和導(dǎo)致供電設(shè)備利用率低下的主要因素［2］。在我國北部城市，目前主要采集中供熱方式。在各級(jí)政府的大力支持下，集中供熱行業(yè)得到迅速發(fā)展［35］。當(dāng)前我國城鎮(zhèn)集中供熱的熱源，主要是熱電聯(lián)產(chǎn)(約占62．9%)、鍋爐房(約占35．75%)以及少量的工業(yè)余熱和地?zé)岬刃问?約占1．35%)。但目前我國供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念相對(duì)落后，缺乏科學(xué)的調(diào)控手段，系統(tǒng)多以“大流量、小溫差”方式運(yùn)行，能量漏損較大。熱用戶多采用單管供暖系統(tǒng)，多無有效調(diào)控設(shè)備，造成熱力工況失調(diào)較嚴(yán)重以及不同用戶冷熱不均等問題。由于經(jīng)濟(jì)與觀念上的認(rèn)識(shí)差異，我國區(qū)域集中供冷相對(duì)較少，但其作為一種較先進(jìn)的供冷方式，已經(jīng)逐漸引起了人們的關(guān)注。近年來隨著節(jié)能減排政策的促進(jìn)以及天然氣成本的降低，以CCHP技術(shù)為代表的區(qū)域供冷/熱系統(tǒng)在我國已經(jīng)開始得到示范應(yīng)用。但由于種種原因，示范應(yīng)用效果并不理想［36-37］。

3.2 對(duì)我綜合能源系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的幾點(diǎn)思考

為實(shí)現(xiàn)我國能源供應(yīng)的安全和可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)從開源和節(jié)流兩方面著手，一是大力開發(fā)新能源和可再生能源，尋找傳統(tǒng)不可再生化石能源的替代品;二是加強(qiáng)能源領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展，通過綜合能源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源大范圍的優(yōu)化配置和能源綜合利用效能的不斷提高。其中，綜合能源技術(shù)將起到關(guān)鍵的支撐作用。因此，構(gòu)建適用于我國的綜合能源系統(tǒng)勢(shì)在必行，為此需要從國家、區(qū)域和終端這3個(gè)層面上予以考慮。3.2.1在國家層面上需要相應(yīng)政策、管理體制和制度的保障

能源問題涉及范圍廣泛，包括石油、天然氣、煤炭、電力等多種能源供應(yīng)系統(tǒng)，而其終端用能單元?jiǎng)t遍及社會(huì)的各個(gè)行業(yè)、各個(gè)組成單元，最終與每個(gè)社會(huì)成員息息相關(guān)。因此，為保證社會(huì)能源供應(yīng)系統(tǒng)的安全和可持續(xù)發(fā)展，必需在國家層面上進(jìn)行統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。

(1)應(yīng)建立適應(yīng)我國國情的國家能源綜合管理職能部門，由其制定相應(yīng)的能源法律、法規(guī)，以協(xié)調(diào)不同能源供應(yīng)參與方的利益。綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展與建設(shè)需要電力、石油、煤炭、天然氣等能源行業(yè)的設(shè)備制造商、科研單位、用能單位等的共同參與和相互協(xié)作，同時(shí)也與國家發(fā)改委、商務(wù)部、國土部、電監(jiān)會(huì)、安監(jiān)總局等多個(gè)職能部門密切相關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)綜合能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和條件下在國家層面建立和強(qiáng)化綜合能源管理機(jī)構(gòu)，由其統(tǒng)一負(fù)責(zé)制定能源領(lǐng)域內(nèi)的法律、法規(guī)和政策，總體協(xié)調(diào)和組織我國能源系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展。

(2)應(yīng)建立綜合能源研發(fā)機(jī)構(gòu)，對(duì)能源領(lǐng)域的重大問題開展研究，以利于能源領(lǐng)域的合作、融合與協(xié)調(diào)發(fā)展?，F(xiàn)階段我國社會(huì)能源供應(yīng)系統(tǒng)之間的耦合程度不斷加強(qiáng)，各能源供應(yīng)系統(tǒng)之間需要不斷加強(qiáng)協(xié)調(diào)與配合;同時(shí)，各能源供應(yīng)系統(tǒng)長期獨(dú)立運(yùn)行，缺乏有機(jī)協(xié)調(diào)的現(xiàn)狀已對(duì)我國能源供應(yīng)的安全性和可靠性產(chǎn)生了不良影響。而隨著我國能源需求的不斷增加，節(jié)能減排力度的不斷加大，能源領(lǐng)域各行業(yè)之間的耦合、沖突和相互影響還會(huì)不斷增多，為此應(yīng)由國家成立專門的綜合能源研發(fā)機(jī)構(gòu)，對(duì)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中面臨的一些能源領(lǐng)域的重大問題開展研究。這些重大問題包括但不限于:

1)主要能源供應(yīng)系統(tǒng)之間的相互作用機(jī)理研究。隨著能源需求的不斷增長，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，不同能源供應(yīng)系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系不斷增強(qiáng)，揭示不同能源供應(yīng)系統(tǒng)之間在不同層次上的相互作用機(jī)理，對(duì)推動(dòng)各能源供應(yīng)系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展意義重大。

2)我國傳統(tǒng)化石能源和可再生能源最佳利用模式研究。我國傳統(tǒng)一次能源中以煤炭為主的局面短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化，因此應(yīng)尋求最佳的用能模式以提高煤炭的綜合利用效能。我國可再生能源開發(fā)離不開與傳統(tǒng)能源的協(xié)同配合，為此在可再生能源開發(fā)過程中應(yīng)與傳統(tǒng)能源的綜合利用協(xié)同考慮，以求達(dá)到能源最佳利用的目的。

3)適用于我國的能源安全保障機(jī)制研究。我國能源供應(yīng)(尤其是石油和天然氣)對(duì)外的依存度不斷增大，能源供應(yīng)安全受外界影響日益顯著，為此需結(jié)合我國國情，探索保證我國能源供應(yīng)安全的保障機(jī)制。

4)適用于我國國情的國家綜合能源體系建設(shè)模式研究。以能源利用效能最優(yōu)、能源供應(yīng)安全性最佳、能源供應(yīng)可持續(xù)性更好為優(yōu)化目標(biāo)，以我國能源現(xiàn)狀和節(jié)能減排的既定目標(biāo)為約束，尋求適用于我國的綜合能源體系建設(shè)模式。

5)保障綜合能源發(fā)展的智能電網(wǎng)發(fā)展模式研究。我國的智能電網(wǎng)建設(shè)強(qiáng)力推進(jìn)，而作為未來整個(gè)能源供應(yīng)體系中的核心部分，智能電網(wǎng)應(yīng)承擔(dān)更大的責(zé)任，其發(fā)展模式、相關(guān)技術(shù)需要滿足未來綜合能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的需要。

(3)在政策上應(yīng)允許和鼓勵(lì)綜合能源供應(yīng)商的籌建，為終端用戶提供能源方面的一體化解決方案。一次能源需要通過階梯利用實(shí)現(xiàn)能源利用效率的提高;可再生能源的規(guī)?；_發(fā)需要不同能源系統(tǒng)間的協(xié)同與配合;用戶多樣化用能需求的滿足，同樣需要不用供能系統(tǒng)之間的協(xié)作;不同供能系統(tǒng)(供電/供冷/供熱)峰谷交錯(cuò)造成的設(shè)備利用率低下的問題，也可通過不同供能系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合得到緩解，上述問題的實(shí)現(xiàn)亟需綜合能源供應(yīng)商的出現(xiàn)。綜合能源供應(yīng)商可以為用戶提供各種用能需求的一體化服務(wù)，同時(shí)通過不同供能系統(tǒng)和不同用能單元之間的協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化和用能效率最佳的目的。國家應(yīng)在政策上允許和鼓勵(lì)籌建區(qū)域性或全國的綜合能源供應(yīng)商，通過企業(yè)自身的參與，促進(jìn)不同能源系統(tǒng)之間的協(xié)同和優(yōu)化，美國太平洋煤氣電力公司、愛迪生聯(lián)合電力公司等即是最好的例子。

3.2.2 區(qū)域?qū)用嫔闲枰_展綜合能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃工作

由于各種區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)(電力、天然氣、熱力等)彼此缺乏協(xié)調(diào)，長期存在設(shè)備利用率低、安全性低、靈活性差等問題。未來應(yīng)逐步建立起適合綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)營的相關(guān)機(jī)制，并根據(jù)不同區(qū)域的實(shí)際情況，對(duì)各類能源的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和規(guī)劃，在實(shí)現(xiàn)多種能源輸入的同時(shí)滿足用戶電/熱/冷多種能量形式的需求，同時(shí)通過能源的按需匹配、逐級(jí)利用來實(shí)現(xiàn)能源利用效率的優(yōu)化，來減少能源網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用。為此需要關(guān)注如下幾點(diǎn)。

(1)適合我國不同區(qū)域需求的綜合能源供應(yīng)模式研究。我國幅員遼闊，各地的氣候條件和用能需求各不相同，為此應(yīng)根據(jù)各地具體需求，探索我國不同區(qū)域的最佳綜合能源供應(yīng)方式，主要包括:

1)從氣候特點(diǎn)上考慮，應(yīng)探索適用于我國北方高寒區(qū)域、過渡區(qū)域(黃河與長江間所轄區(qū)域)和南方溫暖地區(qū)的最佳綜合供用能模式。

2)從用能和供能關(guān)系上考慮，應(yīng)探索能源輸出區(qū)域(如中西部能源輸出省市)、能源輸入?yún)^(qū)域(如東部能源輸入省市)、能源傳輸區(qū)域的用能和供能最佳模式。對(duì)于能源輸出區(qū)域，其本地用能需求小于能源產(chǎn)出，因此在保障本地用能需求前提下，如何保證能源的安全高效外送是首要解決的問題。對(duì)于能源輸入地區(qū)，其本地的能源供應(yīng)主要來源于外部輸入，如何保證能源的平穩(wěn)、安全和高效供應(yīng)，則是其關(guān)注的重點(diǎn)。

3)應(yīng)研究適用于我國(特)大型、中型、小型城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的區(qū)域綜合供用能模式:隨著我國現(xiàn)代化水平的提高、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，我國在很長時(shí)期內(nèi)將出現(xiàn)大、中、小城市及農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)并存的格局，不同體量的城市規(guī)模，其供用能模式存在顯著差別，為此需根據(jù)城市規(guī)模大小(大、中、小)、城市定位(綜合型、工業(yè)型、商業(yè)型、旅游型等)、區(qū)域分布(東、西、中部;發(fā)達(dá)地區(qū)、欠發(fā)達(dá)地區(qū))等情況，探索適用的城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域供用能模式。

(2)綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)綜合建模、仿真分析技術(shù)研究。構(gòu)建適用于不同需求的綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)，離不開科學(xué)的分析模型、計(jì)算工具和仿真技術(shù)。為此需要研發(fā)適用于綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)分析和優(yōu)化的綜合建模理論和仿真技術(shù)。

綜合能源系統(tǒng)涉及多種能源環(huán)節(jié)且形式特性各異，既包含易于控制的能源環(huán)節(jié)(如常規(guī)電廠、CCHP、儲(chǔ)能系統(tǒng)等)，也包含具有間歇性和難以控制的能源環(huán)節(jié)(如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等);既包含難以大容量存儲(chǔ)的能源(如電能)，也包含易于存儲(chǔ)和中轉(zhuǎn)的能源(如熱能、燃?xì)?、氫能?;既包含元件級(jí)或設(shè)備級(jí)(如各類電氣設(shè)備、燃?xì)庠O(shè)備、熱力設(shè)備等)的動(dòng)態(tài)，也包含單元級(jí)能源系統(tǒng)(如建筑綜合供能系統(tǒng)、微網(wǎng)供能系統(tǒng)、CCHP系統(tǒng))的動(dòng)態(tài)，還包含更為復(fù)雜的區(qū)域級(jí)綜合能源系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，由此決定綜合能源系統(tǒng)的建模過程極其復(fù)雜。

利用分析手段對(duì)綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，揭示其運(yùn)行機(jī)理和動(dòng)態(tài)特性，是其推廣應(yīng)用的前提。而對(duì)于綜合能源系統(tǒng)這樣一個(gè)極為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在進(jìn)行仿真研究時(shí)，需要同時(shí)考慮其在時(shí)間、空間和行為這3方面的復(fù)雜性:1)時(shí)間復(fù)雜性。主要表現(xiàn)在分析研究中，既要考慮傳輸速度極快的環(huán)節(jié)，如電力系統(tǒng)，其能量的傳輸和變換以光速實(shí)現(xiàn)，幾乎瞬間完成，其動(dòng)態(tài)在納秒到毫秒時(shí)間尺度上描述;也要考慮傳輸速度慢、具有較大時(shí)延的環(huán)節(jié)，如燃?xì)狻崃Φ裙艿老到y(tǒng)，其動(dòng)態(tài)需在秒、分鐘甚至小時(shí)級(jí)時(shí)間尺度上描述。仿真分析技術(shù)還要兼顧規(guī)劃評(píng)估等長時(shí)間尺度和運(yùn)行控制等短時(shí)間尺度場(chǎng)景分析的需要等。2)空間復(fù)雜性。主要表現(xiàn)在分析研究中，既要考慮單一能源環(huán)節(jié)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)，也要考慮不同能源環(huán)節(jié)的相互影響;既要考慮能源在區(qū)域大范圍內(nèi)的平衡和互濟(jì)，也要考慮能源在局部的優(yōu)化與消納。3)行為復(fù)雜性。主要表現(xiàn)在分析研究中，既要考慮系統(tǒng)的連續(xù)環(huán)節(jié)，也要考慮大量的不連續(xù)(如躍變、切換、滯回等)環(huán)節(jié)的影響;既要考慮確定性的因素，也要考慮大量不確定性因素的影響;既要考慮可量化因素，也要考慮不可量化因素的影響。時(shí)間，空間和行為這3方面的復(fù)雜性，決定了用于綜合能源系統(tǒng)的仿真技術(shù)，需要解決多時(shí)標(biāo)、高維數(shù)、大量非線性等難題，研究難度更大。

(3)區(qū)域綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃理論研究與技術(shù)開發(fā)。以往各供能系統(tǒng)單獨(dú)規(guī)劃、單獨(dú)設(shè)計(jì)和獨(dú)立運(yùn)行所引發(fā)的供能系統(tǒng)安全性低、用能效率低、設(shè)備利用率低等問題如今已飽受詬病，進(jìn)行供能系統(tǒng)的綜合規(guī)劃勢(shì)在必行。其規(guī)劃工作進(jìn)一步又可細(xì)分為區(qū)域供能網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和區(qū)域終端綜合供能單元規(guī)劃。

1)供能網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃既要考慮各供能網(wǎng)絡(luò)(供電、供熱、供冷、供氣等)自身特點(diǎn)及需要，還需考慮不同系統(tǒng)間的相互影響，更要實(shí)現(xiàn)整個(gè)社會(huì)供能效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的提高，屬于典型的復(fù)雜巨系統(tǒng)多目標(biāo)、多時(shí)段、多變量、多約束、高維數(shù)、混合整型、非線性組合優(yōu)化問題，研究難度較大。

2)區(qū)域終端綜合供能單元規(guī)劃:若將整個(gè)社會(huì)綜合能源系統(tǒng)看作是一個(gè)人體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，終端綜合供能單元就是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)末梢，貼近用戶，是整個(gè)綜合能源供應(yīng)體系中重要的一環(huán)，以滿足用戶的多樣化能源需求和盡量提高能源綜合利用效能為目的來構(gòu)建。終端綜合供能單元優(yōu)化規(guī)劃所面臨的主要問題包括:a)用戶多樣化需求。用戶數(shù)量巨大，類型繁多，對(duì)各種能源的需求互不相同，大大增加了終端綜合供能系統(tǒng)優(yōu)化問題的難度。b)能源綜合利用設(shè)備的大量集成。未來用戶側(cè)將集成眾多形式互異的小型能源綜合利用設(shè)備，除傳統(tǒng)的電/熱/冷負(fù)荷外，還可能包括大量可再生能源設(shè)備(如光伏、光熱、小型風(fēng)機(jī)等)，儲(chǔ)能設(shè)備(如蓄冷、蓄熱、儲(chǔ)冰、儲(chǔ)氣、蓄電池、超級(jí)電容等)，綜合供用能設(shè)備(如CCHP、燃料電池、電動(dòng)汽車及充電站、太陽能制氫站及充氫設(shè)備等)。這些設(shè)備數(shù)量巨大且運(yùn)行特性各異，許多設(shè)備尚不具備通用的分析模型，大大增加了該問題的研究難度。c)終端供能單元的投資規(guī)劃主體存在多樣性?？赡苁钦?，可能是用戶自身，也可能是獨(dú)立的綜合供能商以及他們的組合形式，投資主體的不確定性，大大增加了該問題的研究難度。

無論是供能網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃還是區(qū)域終端綜合供能單元規(guī)劃，在規(guī)劃過程中還需面對(duì)大量不完備、不精確、不確定性信息，這些都大大增加綜合供能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究的難度。

(4)區(qū)域綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)試點(diǎn)工程。通過試點(diǎn)工程，掌握綜合能源系統(tǒng)的核心技術(shù)，探索綜合能源供應(yīng)商的運(yùn)營模式，為進(jìn)一步推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。試點(diǎn)工程的選擇應(yīng)考慮區(qū)域分布特點(diǎn)及功能定位、氣候異同、供用能模式的典型性等因素。

3.2.3 終端層面上應(yīng)推動(dòng)分布式發(fā)電與微網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

含分布式發(fā)電微網(wǎng)是典型的綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)，在用戶側(cè)可為用戶提供高質(zhì)量的電、熱、冷、氣等能源供應(yīng)，并滿足用戶個(gè)性化和差異化的需求［38］。此外，還可利用天然氣儲(chǔ)氣罐、管道存氣、冰蓄冷、儲(chǔ)熱以及電動(dòng)車充放電實(shí)現(xiàn)各類能源負(fù)荷的移峰填谷，進(jìn)而提升能源系統(tǒng)的資產(chǎn)利用水平。為此應(yīng)積極推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用。

(1)含分布式電源的微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究。在用戶側(cè)，可再生能源發(fā)電多采用接入配電網(wǎng)的分布式發(fā)電形式，且具有間歇性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，這給電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制與運(yùn)行管理等帶來一系列新問題?，F(xiàn)有研究和實(shí)踐已表明，將分布式發(fā)電系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式發(fā)電供能系統(tǒng)效能的最有效方式［38］:一方面，微網(wǎng)的靈活運(yùn)行模式可有效地將不同類型的分布式電源組合起來，采用冷/熱/電聯(lián)供等技術(shù)和理念，提高各類能源的綜合利用效率，并降低大量小容量分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響;另一方面，微網(wǎng)作為大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的有效補(bǔ)充，可提高電網(wǎng)的抗災(zāi)能力，提高負(fù)荷側(cè)的供電可靠性，改善電能質(zhì)量。由于供電系統(tǒng)的安全性和靈活性直接影響社會(huì)供能系統(tǒng)的整體安全性和靈活性，因此，微網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用會(huì)大大提高整個(gè)社會(huì)供能系統(tǒng)的安全性。

1)微網(wǎng)系統(tǒng)綜合分析方法研究。建立起完善的含分布式電源微網(wǎng)的各類組成元件與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，研究不同規(guī)模的含分布式電源的微網(wǎng)穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)分析方法，分析各類分布式電源和微網(wǎng)的運(yùn)行特性，以及分布式電源間、微網(wǎng)間、微網(wǎng)與配電系統(tǒng)間的交互影響機(jī)理，并發(fā)展相關(guān)的理論和方法，一方面為微網(wǎng)在獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行條件下的穩(wěn)定控制、能量管理、分布式電源經(jīng)濟(jì)調(diào)度奠定基礎(chǔ)，也為含微網(wǎng)大電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與控制提供理論支持。

2)分布式電源及微網(wǎng)的保護(hù)、控制技術(shù)。研究以實(shí)現(xiàn)高效、用戶友好型并網(wǎng)發(fā)電為目的分布式電源及微網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)，包括模塊化分布式電源即插即用型并網(wǎng)技術(shù)、含多類型多功能分布式電源的微網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù);微網(wǎng)中多種分布式電源協(xié)調(diào)控制與保護(hù)技術(shù)，含有分布式電源和微網(wǎng)的配電系統(tǒng)新型保護(hù)原理和方法;大量分布式電源和微網(wǎng)存在條件下的配電系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)，電能質(zhì)量檢測(cè)治理技術(shù)，智能調(diào)度策略;緊急情況下多微網(wǎng)配電系統(tǒng)并網(wǎng)和孤島模式下協(xié)調(diào)控制的原理與技術(shù)等。

3)制訂分布式電源及微網(wǎng)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。解決關(guān)鍵技術(shù)問題的同時(shí)，積極組織和參與制定與國際接軌的分布式電源、微網(wǎng)以及智能電網(wǎng)相關(guān)的一系列產(chǎn)品和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)可再生能源發(fā)電、微網(wǎng)、綜合能源利用等技術(shù)的推廣應(yīng)用起到關(guān)鍵的作用。

(2)新能源汽車研究。目前，新能源汽車技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)從研究階段逐步進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化階段，未來其將對(duì)改善整個(gè)交通運(yùn)輸行業(yè)的能耗結(jié)構(gòu)產(chǎn)生積極影響，是綜合能源系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分［39-42］。綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展必須與新能源汽車的發(fā)展相匹配，以滿足大量新能源汽車的用電用能需求，其中又以電動(dòng)汽車最受各界關(guān)注。電動(dòng)汽車是一個(gè)移動(dòng)用電設(shè)備，大量電動(dòng)汽車的引入，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行可能產(chǎn)生不利影響;但電動(dòng)汽車本身也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，是一種潛在的資源，通過其與電網(wǎng)的智能互動(dòng)，以及對(duì)電動(dòng)汽車充放電過程的動(dòng)態(tài)管理，可對(duì)電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行和故障應(yīng)對(duì)起積極的支撐作用［39-40］。

(3)含分布式電源及微網(wǎng)的配電系統(tǒng)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法。未來智能配電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的不同之處在于其具有兼容、互動(dòng)、自愈、經(jīng)濟(jì)等顯著特點(diǎn)，能夠解決高滲透率分布式電源(分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能、需求側(cè)管理等)與含分布式電源的微網(wǎng)單元的接入問題，滿足用戶對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的彈性需求［41-42］。因此，原有將配電網(wǎng)視為無源系統(tǒng)開展規(guī)劃的方法已不再適應(yīng)新環(huán)境下的系統(tǒng)規(guī)劃要求。應(yīng)建立適合分布式電源和微網(wǎng)特點(diǎn)的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃理論體系，主要包括:有助于微網(wǎng)接入的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，新型配電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃理論等。

(4)工程示范與推廣應(yīng)用。通過不同地區(qū)、具有典型性的微網(wǎng)示范工程建設(shè)，推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，同時(shí)探索有助于分布式電源和微網(wǎng)規(guī)?；l(fā)展的市場(chǎng)運(yùn)營機(jī)制，包括可再生能源發(fā)電的電價(jià)機(jī)制，分布式電源及微網(wǎng)的運(yùn)行管理機(jī)制等，為分布式電源和微網(wǎng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

面對(duì)氣候變化、削減溫室氣體排放、能源的安全和可持續(xù)供應(yīng)等問題，構(gòu)建協(xié)同發(fā)展的綜合能源系統(tǒng)勢(shì)在必行，而智能電網(wǎng)是綜合能源系統(tǒng)的核心與關(guān)鍵。我國的能源資源稟賦、能源系統(tǒng)所面臨問題與其它國家相比存在顯著差別。因此，實(shí)現(xiàn)我國能源供應(yīng)的安全和可持續(xù)發(fā)展，需因地制宜地選擇一條適合的能源發(fā)展道路。綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展與構(gòu)建，關(guān)乎國家能源安全，是涉及國家安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和對(duì)外戰(zhàn)略等多層次的戰(zhàn)略問題，是一個(gè)復(fù)雜的、長期的系統(tǒng)性工程，需要強(qiáng)有力的基礎(chǔ)理論、核心技術(shù)、市場(chǎng)政策、法律法規(guī)的支持。為此，應(yīng)發(fā)揮國家在其戰(zhàn)略規(guī)劃中的主導(dǎo)作用，協(xié)調(diào)不同能源供應(yīng)環(huán)節(jié)的利益，促進(jìn)能源領(lǐng)域的合作、融合與協(xié)調(diào)發(fā)展。

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(編輯:蔣毅恒)

Thought About the Integrated Energy System in China

JIA Hongjie，MU Yunfei，YU Xiaodan
(Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Integrated energy system(IES)can provide an effective solution to solve the low security，insufficient selfhealing capability，and low utilization rate of energy equipment problems under the background of low-carbon economy，which has a significant potential to support the optimization and adjustment of China’s energy structure．Firstly，the basic concept of IES and its main features are given in detail．Then，considering the valuable IES construction experience around the world and the current status of China’s energy resources，some key issues about China’s IES from the prospective of national level，regional level，and terminal level are discussed．Also，the corresponding suggestions are proposed．

integrated energy system;renewable energy resources;energy structure;smart grid

TM 72

A

1000-7229(2015)01-0016-10

10.3969/j．issn.1000-7229.2015.01.003

2014-12-08

2014-12-19

賈宏杰(1973)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向:電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性、新能源集成、智能電網(wǎng)與綜合能源系統(tǒng)等;

穆云飛(1984)，男，博士，講師，通訊作者，主要研究方向:智能電網(wǎng)與綜合能源系統(tǒng)、新能源與電動(dòng)汽車集成、電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性等;

余曉丹(1973)，女，博士，副教授，主要研究方向:電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性、綜合能源系統(tǒng)等。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51277128;51377117; 51307115;51361130152);國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(863計(jì)劃) (2014AA051901);國家社科基金重大項(xiàng)目(12＆ZD208)。