國內(nèi)綜合能源項目技術(shù)模式及開發(fā)建議研究???

文波

摘 要：綜合能源系統(tǒng)（IES）最早由歐洲提出，強調(diào)多種能源形式的互補協(xié)調(diào)，是未來能源供應體系主要形式。目前，美國、歐洲、日本等發(fā)達國家紛紛將綜合能源作為國策能源戰(zhàn)略的研究。隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可再生能源發(fā)展逐漸成熟，現(xiàn)代能源技術(shù)的發(fā)展，對未來現(xiàn)代化能源體系的探索已提上日程。

關鍵詞：綜合能源系統(tǒng);技術(shù)模式;開發(fā)

綜合能源系統(tǒng)是指一定區(qū)域內(nèi)利用先進的物理信息技術(shù)和創(chuàng)新管理模式，整合區(qū)域內(nèi)煤炭、石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，實現(xiàn)多種能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)規(guī)劃、優(yōu)化運行，協(xié)同管理、交互響應和互補互濟。在滿足系統(tǒng)內(nèi)多元化用能需求的同時，要有效地提升能源利用效率，促進能源可持續(xù)發(fā)展的新型一體化的能源系統(tǒng)，應該來說是能源供應體系的一次革命。

從形式上來分，綜合能源可分為能源供應型綜合能源、節(jié)能優(yōu)化服務型綜合能源兩種形式。能源供應型綜合能源系統(tǒng)：以多種能源協(xié)調(diào)互補、能源環(huán)?？稍偕?、源網(wǎng)荷一體化、區(qū)域小型化、用戶親和、信息互聯(lián)智能為主要特點的現(xiàn)代化能源供應體系。從規(guī)模上可分為跨區(qū)級、區(qū)域級及終端級綜合能源系統(tǒng)。節(jié)能優(yōu)化服務型綜合能源：是指面向用戶以節(jié)能優(yōu)化為主要形式的服務型能源業(yè)務。

1國內(nèi)綜合能源相關政策研究

2015年以來，隨著國家能源改革呼聲的高漲，國家發(fā)布多項與綜合能源相關政策，多能互補集成化示范確定首批終端一體化集成供能系統(tǒng)17個;新能源微電網(wǎng)示范確定首批28個示范項目;互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源示范確定首批55個示范項目。國家政策對綜合能源項目的開發(fā)和推廣是積極引導的，但是落實到地方和具體項目還有一個落實、明確和貫徹的過程，未來政策層面會越來越明確。

2 能源供應型綜合能源所涉及的技術(shù)

綜合能源所涉及環(huán)節(jié)為“源網(wǎng)荷儲”+綜合能源互聯(lián)網(wǎng)平臺五個環(huán)節(jié)，相關具體技術(shù)本文將從五個環(huán)節(jié)分別介紹分析。

2.1 源側(cè)

綜合能源源側(cè)包含光能、風能、電能、熱能、冷能、燃氣、氫能等多種能源形式的轉(zhuǎn)換設備，包含燃氣冷熱電CCHP、光伏發(fā)電、風力發(fā)電、熱泵（水、地、空氣、余熱）、鍋爐、光熱、潮汐能發(fā)電、氫燃料電池等多種能源技術(shù)，其中以光伏、風電、熱泵、燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)為主要系統(tǒng)設備。

（1）光伏：2018年起國內(nèi)光伏市場發(fā)展趨緩，原因為光伏補貼下降，項目投資收益不明顯，目前光伏由于發(fā)電成本高，無法與傳統(tǒng)煤電抗衡，未來光伏發(fā)展方向以分布式光伏、自發(fā)自用形式為主。

（2）風力發(fā)電：風力發(fā)電技術(shù)成熟，國內(nèi)于18年底開始實行風電集中競價核準機制，未來風力發(fā)電趨向平價上網(wǎng)，然而由于設備投資成本高，風力發(fā)電成本仍無法與傳統(tǒng)煤電抗衡，分布式風電隔墻售電方向發(fā)展是風力發(fā)電的趨勢。

（3）燃氣冷熱電三聯(lián)供（CCHP）：是實現(xiàn)燃氣與電、熱、冷實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關鍵設備，所以CCHP在綜合能源系統(tǒng)中起著關鍵作用。設備主要由燃氣原動機+余熱利用設備構(gòu)成，通過原動機發(fā)電，原動機余熱利用實現(xiàn)供冷供熱，由于對燃氣的階梯利用，系統(tǒng)整體能源利用效率可達80%，設備電力裝機容量100kW-100MW之間不等，設備主要排放物為NOX，燃氣輪機約50mg/Nm3，內(nèi)燃機約250mg/Nm3，故內(nèi)燃機設備通常需要設置脫硝裝置。CCHP在國外應用廣泛，技術(shù)成熟，但國內(nèi)則應用較少，原因為國內(nèi)缺油少氣，燃氣價格高企，利用燃氣制電冷熱無法與傳統(tǒng)煤電成本抗衡。

（4）熱泵：是實現(xiàn)電能、熱能、冷能轉(zhuǎn)換的關鍵設備，熱泵根據(jù)熱源側(cè)介質(zhì)不同分為地緣熱泵、空氣源熱泵，電空調(diào)屬于空氣源熱泵一種，由于土壤和水的環(huán)境溫度較穩(wěn)定，地緣熱泵的制熱制冷效率理論上要優(yōu)于空氣源熱泵，根據(jù)相關數(shù)據(jù)分析，地緣熱泵系統(tǒng)效率比空氣源熱泵高40%。目前由于地緣熱泵初始投資高，系統(tǒng)建設復雜，國內(nèi)公共建筑空調(diào)仍以傳統(tǒng)空調(diào)為主。

（5）氫燃料電池：是實現(xiàn)氫能、電能轉(zhuǎn)換的關鍵設備，氫燃料電池目前主流技術(shù)以日本豐田MIRAI汽車用燃料電池為主流技術(shù)代表，電池功率達到100kW，能量轉(zhuǎn)換效率達到70%，可以期待未來氫能在交通領域的應用將會很廣泛，但由于氫燃料發(fā)電成本高，國內(nèi)氫燃料發(fā)電未有相關支持政策，氫燃料電池在發(fā)電領域目前并沒有較大突破。

2.2 網(wǎng)側(cè)

綜合能源網(wǎng)側(cè)主要包含供電、供氣、供冷、供熱、供氫氣等供能網(wǎng)絡，技術(shù)形式以綜合管廊、高精度能源流量傳感器等為主。

2.3 荷側(cè)

綜合能源荷側(cè)主要包含電負荷、冷負荷、熱負荷、天然氣負荷等，技術(shù)形式主要以充電樁、智能照明、智能電器、建筑節(jié)能、加氫站等為主。

2.4 儲能

綜合能源儲能環(huán)節(jié)主要包含儲電、儲氣、儲冷、儲熱、儲氫等儲能形式，技術(shù)形式以鋰電池儲電、天然氣儲氣罐、冰/水蓄冷、熔融鹽/熱水儲熱、儲氫罐等技術(shù)形式為主，其中冰/水蓄冷、天然氣儲罐應用成熟，鋰電池儲電等技術(shù)由于成本高昂，尚未普及。

2.5 綜合能源互聯(lián)網(wǎng)平臺

綜合能源信息服務平臺主要包含能源監(jiān)測、能源分析、能源調(diào)度管控、能源客戶終端服務功能，技術(shù)形式以SCADA作為基礎層，采用互聯(lián)網(wǎng)或租用運營商無限公網(wǎng)5G信息傳輸，基于Hadoop大數(shù)據(jù)存儲機制，通過HTML5、OBject-c等前沿技術(shù)支持移動終端。

3 節(jié)能優(yōu)化服務型綜合能源技術(shù)

節(jié)能服務型綜合能源涵蓋了上文能源供應體系中各環(huán)節(jié)的節(jié)能應用，所以其技術(shù)涉及面較廣，目前主流節(jié)能服務技術(shù)分為能源生產(chǎn)、供應、消耗環(huán)節(jié)三大類。

（1）能源生產(chǎn)側(cè)節(jié)能：面對發(fā)電企業(yè)、石油化工企業(yè)等主要能源供應企業(yè)，在能源供應側(cè)實現(xiàn)能源生產(chǎn)效率提升。

（2）能源供應側(cè)節(jié)能：面對輸配電、供暖供冷管網(wǎng)、天然氣管輸?shù)饶茉磁渌途W(wǎng)絡，在能源供應側(cè)實現(xiàn)減少輸配損失。

（3）能源消耗側(cè)節(jié)能：面對企業(yè)、住宅、公共建筑，以建筑暖通、動力、電器等環(huán)節(jié)節(jié)能優(yōu)化。

在此處僅介紹幾種主流節(jié)能技術(shù)：面向用能用戶的電機變頻技術(shù)、建筑節(jié)能技術(shù)、LED照明、熱泵、天然氣冷熱電三聯(lián)供技術(shù)、面向電網(wǎng)的直流高壓輸電技術(shù)，面向電力企業(yè)的水泵變頻改造，燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)改造，面向石油化工企業(yè)的有機朗肯循環(huán)余熱利用技術(shù)（ORC）等等。

4 目前典型的區(qū)域型綜合能源系統(tǒng)構(gòu)成

4.1 基于微電網(wǎng)的微能網(wǎng)

國家政策文件定義微電網(wǎng)構(gòu)成，35kV電壓等級一下，容量20MW以內(nèi)配網(wǎng)，可再生能源裝機占比50%或綜合能源利用效率70%以上的燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，搭配一定儲能系統(tǒng)。基于微電網(wǎng)供電范圍外，拓展范圍內(nèi)供冷、供熱、供天然氣、供氫等多能源形式的微能網(wǎng)（微型綜合能源體系）。

4.2 多能互補+增量配電網(wǎng)

圖1 綜合能源典型架構(gòu)

國家政策文件定義增量配網(wǎng)包括新建增量配電網(wǎng)、混合所有制方式投資配電網(wǎng)增容擴建和電網(wǎng)企業(yè)存量資產(chǎn)外的存量配電網(wǎng)。原則上指220（330）kV及以下電壓等級工業(yè)園區(qū)（經(jīng)濟開發(fā)區(qū)）等局域電網(wǎng)，不涉及220kV及以上輸電網(wǎng)建設，以增量配網(wǎng)范圍為主要供能區(qū)域結(jié)合區(qū)域內(nèi)設置的風電、光伏、天然氣分布式能源站等搭建多能互補綜合能源體系。

圖1為典型的以冷、熱、電、燃氣、風能、太陽能為主要能源形式，以天然氣冷熱電、光伏、風電、熱泵、電制冷技術(shù)構(gòu)建的綜合能源系統(tǒng)。

綜上所述，從電網(wǎng)角度看，受政策所限，綜合能源分為微電網(wǎng)項目和增量配電網(wǎng)項目，由于增量配網(wǎng)項目推進難度較大，且增量配網(wǎng)涉及范圍廣，電壓等級高，并不適合分布式能源的定義。

4.3 微能網(wǎng)綜合能源項目

未來能源供應型綜合能源形式以微能網(wǎng)（基于微電網(wǎng)）形式為主，以深圳海洋新城為例，在7平方公里范圍，設置2-4個微能網(wǎng)能源站，通過微能網(wǎng)能源站實現(xiàn)對周邊2-4公里范圍內(nèi)熱、電、冷、燃氣甚至氫氣的多能源供應，區(qū)域內(nèi)多個微能網(wǎng)實現(xiàn)互通互聯(lián)組成區(qū)域內(nèi)微電網(wǎng)群（能源區(qū)塊鏈），由此搭建區(qū)域綜合能源供應體系。微能網(wǎng)結(jié)構(gòu)設想：

源側(cè)：以光伏、風力發(fā)電機、潮汐發(fā)電等可再生能源為主，天然氣冷熱電三聯(lián)、城鎮(zhèn)燃氣、熱泵、水解制氫設施為輔的能源供應設施，設施大部分布置于微能網(wǎng)能源站內(nèi)，部分設施可布置于用戶側(cè);

網(wǎng)側(cè)：以綜合管廊為主要電熱冷氣輸送設施，布置于區(qū)域內(nèi)地下;

儲能：以冰/水蓄冷裝置、可更換電池充電設施、儲氫罐為主要儲冷儲電儲電設施，設施大部分布置于能源站內(nèi);

荷側(cè)：以加氫站和可更換電池充電設施為主要用能設施，布置于能源站內(nèi)或周邊合適地點;

綜合能源互聯(lián)網(wǎng)平臺：實現(xiàn)對各能源系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配、協(xié)同優(yōu)化，同時提供面對用能用戶的終端服務功能的信息采集處理設施，布置于能源站內(nèi)?；谄脚_對區(qū)域內(nèi)各能源環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的分析，為系統(tǒng)內(nèi)各能源環(huán)節(jié)提供優(yōu)化節(jié)能服務，最終實現(xiàn)節(jié)能服務型綜合能源與能源供應型綜合能源相結(jié)合的綜合能源體系。

5 國內(nèi)相關綜合能源項目開發(fā)的思考和建議

（1）從綜合能源理念上，在能源供應型綜合能源、節(jié)能服務型綜合能源兩種不同形式綜合能源業(yè)務同時開展業(yè)務開發(fā)。從形式上看，能源供應型綜合能源屬于重資產(chǎn)業(yè)務，節(jié)能服務型綜合能源業(yè)務屬于輕資產(chǎn)業(yè)務，兩者在開發(fā)模式、運營模式上千差萬別，是兩種完全不同的業(yè)務，需要區(qū)分對待，可以考慮做互補;

（2）能源供應型綜合能源以能源可再生、多能源互補、源網(wǎng)荷儲一體化、區(qū)域小型化、用戶親和、智能互聯(lián)網(wǎng)為主要特征?？紤]消費者需要、社會政府需要、能源生產(chǎn)者需要，未來能源體系需具有能源可再生、多能互補、源網(wǎng)荷儲一體、區(qū)域小型化、用戶親和、智能互聯(lián)網(wǎng)主要特點，設計具體技術(shù)方案;

（3）未來能源體系所具備的首要特征是可再生，可再生能源綜合能源利用以達到裝機比例提升是可再生能源二次發(fā)展的必要條件，故基于新能源業(yè)務拓展綜合能源項目是各電力公司普遍做法，能夠在現(xiàn)有業(yè)務上進行產(chǎn)業(yè)鏈延伸和拓展;

（4）項目開發(fā)模式上以政府規(guī)劃階段介入為主，通過合作并購快速具備綜合能源業(yè)務能力。目前應集中在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，能源消費價格承受力較強的地區(qū)，比如粵港澳大灣區(qū)、長三角地區(qū)和雄安等環(huán)京津冀地區(qū)。以經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的新建工業(yè)園區(qū)、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，以及北方清潔供暖需求地區(qū)為主要目標市場;

（5）項目商業(yè)模式上積極探索B2C、C2C、能源眾籌、能源云服務、能源大數(shù)據(jù)等能源互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式;同時基于碳資產(chǎn)交易、綠色電力證書等現(xiàn)有能源環(huán)保機制挖掘能源環(huán)保收益，探索基于能源供應帶來的如地產(chǎn)、旅游等增值業(yè)務收益。