綜合能源系統(tǒng)探討

曹煜祺

摘 要：面對資源緊缺、燃料價格昂貴、環(huán)境影響帶來的一系列問題，開發(fā)一個能源生產(chǎn)、分配、消費更加有效的系統(tǒng)顯得尤為重要。本文簡單探討綜合能源系統(tǒng)的基本概念、主要特點以及發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：綜合能源系統(tǒng)；能源綜合利用；可持續(xù)性發(fā)展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.218

0 引言

面對世界范圍的能源危機和環(huán)境惡化，為滿足人類社會日益增長的能源需求及追求健康生活的基本訴求，人類轉(zhuǎn)變觀念不斷追求可持續(xù)性發(fā)展。綜合能源系統(tǒng)概念的提出旨在追求建立一個統(tǒng)籌石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，實現(xiàn)多種異質(zhì)能源的協(xié)調(diào)規(guī)劃，互補互濟的綜合能源系統(tǒng)，在滿足系統(tǒng)多元用能需求的基礎(chǔ)上，追求提升能源利用效率。與傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)不同，綜合能源系統(tǒng)利用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將一個終端處甚至一個地區(qū)、一個國家原本各自獨立的子系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起。隨著能源系統(tǒng)的深刻變革，技術(shù)與制度也將進行深刻的變革，破除層層壁壘最終實現(xiàn)多種能源的協(xié)調(diào)規(guī)劃與綜合利用，也必將帶來更多的商業(yè)發(fā)展機會。

1 基本概念

傳統(tǒng)上的能源系統(tǒng)如天然氣系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等，它們互不干涉，各自獨立運行，彼此缺乏協(xié)調(diào)從而導(dǎo)致能源利用率不高、供能可靠性也較低。隨著20世紀(jì)中期以來計算機、自動控制、通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的快速發(fā)展，促進了能源領(lǐng)域的快速發(fā)展[1]。目前綜合能源系統(tǒng)仍缺乏統(tǒng)一的定義，廣義上講，綜合能源系統(tǒng)涉及多種能源的生產(chǎn)、輸送、分配及最終消費等多個環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，研究初期均選擇從終端處入手[2]。美國能源部在2001年提出綜合能源系統(tǒng)發(fā)展計劃，重點研究并推廣冷熱電三聯(lián)供技術(shù)[3]。加拿大于2009年提出構(gòu)建覆蓋全國的社區(qū)綜合能源系統(tǒng)（ICES）[4]。

2 主要特點

2.1 提高能源利用效率

不同異質(zhì)能源之間相互協(xié)調(diào)，以獲得較高的能源利用率。如熱泵（heat pump），熱泵工作時消耗很小一部分電能，從環(huán)境介質(zhì)（如土壤、水、空氣等）中吸收4-7倍的電能，能極大地節(jié)省能耗。熱泵按種類分有空氣熱泵、水源熱泵、地源熱泵等，應(yīng)用前景十分開闊；如熱電聯(lián)供系統(tǒng)，發(fā)電機發(fā)電產(chǎn)生巨大熱量，對產(chǎn)生的熱量利用起來用于供暖，可大大提高能源利用效率。

2.2 提高供能的可靠性

各能源子系統(tǒng)相互間緊密聯(lián)系，大大提高了能源供應(yīng)的可靠性。當(dāng)某一能源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)內(nèi)通過能源儲備或其他能源子系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換來保證緊急情況下供能的可靠性。此外，由于風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源供能具有明顯的間歇性與波動性，對供能網(wǎng)絡(luò)會帶來很大的沖擊，結(jié)合電能等進行削峰填谷、綜合利用以達到穩(wěn)定供能的目的。

2.3 促進相關(guān)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展

綜合能源系統(tǒng)技術(shù)的推廣必定會促進相關(guān)科技領(lǐng)域及市場的快速發(fā)展。為了實現(xiàn)不同種能源之間的優(yōu)化利用，異質(zhì)能源間的耦合技術(shù)得到了快速發(fā)展，如目前的冷熱電聯(lián)供、熱泵技術(shù)等；為了切實提高不同種能源間的可替代性與互補應(yīng)用的水平，能源儲備與能源轉(zhuǎn)化技術(shù)也是科研人員研究的重點。

2.4 加快管理體制與市場體制的改革

現(xiàn)有不同能源的管理體制與市場體制各自獨立，沒有統(tǒng)一的價格衡量標(biāo)準(zhǔn)和市場規(guī)范，也沒有統(tǒng)一的調(diào)度部門，注定不會適應(yīng)協(xié)調(diào)調(diào)度、統(tǒng)一管理的綜合能源系統(tǒng)。綜合能源系統(tǒng)的推進也必將會引起管理體制與市場體制的深化改革。

3 發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 政策支持

國家出臺大量政策，大力支持綜合能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2011-2012年中央給18個省“三款科目”撥款818.83億元，用于推動工業(yè)、建筑等領(lǐng)域節(jié)能降耗，支持可再生能源發(fā)展。2017年4月國家起草了《關(guān)于促進可再生能源供熱的意見》來推進北方地區(qū)冬季清潔取暖。2017年12月，國家通過免征部分新能源汽車車輛購置稅來促進系能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3.2 示范工程舉例

在綜合能源系統(tǒng)方面，歐洲起步較早。丹麥目前采用獨立供暖和區(qū)域供暖兩種供暖方式，以減小燃氣供暖比例，增加電能、生物質(zhì)能和熱泵等供能方式比例。由德國經(jīng)濟和環(huán)境部發(fā)起的E-energy項目則致力于構(gòu)建一個基于ICT的能源系統(tǒng)，促進通信領(lǐng)域與能源領(lǐng)域的互利共贏[5]。在國內(nèi)，北京延慶縣憑借當(dāng)?shù)刎S富的可再生能源，構(gòu)建起了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的能源結(jié)構(gòu)[6]。 上海迪士尼樂園采用分布式能源技術(shù)，能實現(xiàn)供冷、供熱、供電和壓縮空氣聯(lián)合供應(yīng)[7]。

4 結(jié)語

本文淺層次地介紹了綜合能源系統(tǒng)的基本概念、主要特點和發(fā)展現(xiàn)狀。在能源日益緊缺的現(xiàn)狀下，綜合能源系統(tǒng)憑借其較高的能源利用效率、可靠穩(wěn)定的供能特點已經(jīng)成為了未來能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，也是世界各國研究的熱點。綜合能源系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用對于中國實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，促進社會的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

參考文獻：

[1]余曉丹，徐憲東，陳碩翼等.綜合能源系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)簡述[J].電工技術(shù)學(xué)報，2016，31（01）：1-13.

[2]賈宏杰，王丹，徐憲東等.區(qū)域綜合能源系統(tǒng)若干問題研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2015（07）：198-207.

[3]Transmission O O E.Grid 2030：A national vision for electricity's second 100 years[J].2003.

[4]Natural resources Canada， Integrated community energy solutions-aroadmap for action[EB/OL]，http：//oee.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf

[5]吳建中.歐洲綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的驅(qū)動與現(xiàn)狀[J].電力系統(tǒng)自動化，2016（05）：1-7.

[6]黃仁樂，蒲天驕，劉克文等.城市能源互聯(lián)網(wǎng)功能體系及應(yīng)用方案設(shè)計[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39（09）.

[7]彭克，張聰，徐丙垠等.多能協(xié)同綜合能源系統(tǒng)示范工程現(xiàn)狀與展望[J].電力自動化設(shè)備，2017，37（06）：3-10.