社區(qū)型多能互補(bǔ)智慧能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單麗清 劉正生

（1.吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132021；2.吉林電力股份有限公司，吉林 長春 130000）

1 我國能源應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向

我國能源行業(yè)正肩負(fù)著能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要任務(wù)，由清潔能源逐步取代化石能源的消耗是我國能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。尤其是在我國提出“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)后，對節(jié)約用能、減少排放、提高再生能源占比等方面提出了更高的要求。雖然經(jīng)過多年的持續(xù)努力，包括生物質(zhì)、光伏、風(fēng)力、地?zé)岬榷喾N能源類型的新能源發(fā)電技術(shù)得到快速發(fā)展，小型分布式發(fā)電項(xiàng)目遍地開花，大大降低了我國發(fā)電行業(yè)對化石能源的依賴性，但由于新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性導(dǎo)致電力運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性受到威脅而限制了新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。

能源行業(yè)始終立足于自身特點(diǎn)用持續(xù)的變革與發(fā)展來實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的逐步優(yōu)化，無論是在全國大力推行過的“煤改電”項(xiàng)目，還是近幾年不斷發(fā)展的多能互補(bǔ)、協(xié)同作業(yè)電力生產(chǎn)技術(shù)，都切實(shí)有效的改善了空氣環(huán)境、實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排目標(biāo)。然而，隨著我國加速復(fù)工復(fù)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步回升，工業(yè)對電力需求量、供電穩(wěn)定性都提出了更高的要求。在2020年底，我國多個(gè)省份出現(xiàn)電力供應(yīng)吃緊而導(dǎo)致工業(yè)、企業(yè)限制用電情況，雖然此次在保障民生用電的前提下限制供電對居民的日常生活未產(chǎn)生過大影響，但隨著用戶的用電需求持續(xù)提高、居民對電的依賴程度不斷增大，一旦不可抗力導(dǎo)致的電力供應(yīng)中斷，將會(huì)對生活生產(chǎn)造成重大影響。

2 多能互補(bǔ)的優(yōu)勢

由于電能不能大量存儲(chǔ)，而太陽能、風(fēng)能等可再生能源雖然能源儲(chǔ)備量巨大但間歇性和波動(dòng)性極強(qiáng)，導(dǎo)致發(fā)電并網(wǎng)時(shí)存在諸多嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的問題，對調(diào)峰機(jī)組及電網(wǎng)調(diào)度的安全性和可靠性造成較大影響，因此，難以依靠單一能源實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的電力生產(chǎn)與供應(yīng)。

隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)＋”智慧能源為電力生產(chǎn)提供了更多的可能，多能源綜合互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)得到了有效推廣與應(yīng)用。因此，采用小型微電網(wǎng)技術(shù)打造多能互補(bǔ)的智慧能源利用系統(tǒng)來解決民生所需的用電、供暖及制冷需求具有巨大的實(shí)用性價(jià)值。

3 社區(qū)型多能互補(bǔ)智慧能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

基于上述分析，本文擬設(shè)計(jì)一套基于多種能源綜合利用的智慧能源管理系統(tǒng)，結(jié)合清潔能源與信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光伏、地?zé)?、電能等多種能源互補(bǔ)的節(jié)能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采用新能源實(shí)現(xiàn)供熱、供冷、發(fā)電、蓄能的需求，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。該智慧能源管理系統(tǒng)是基于“互聯(lián)網(wǎng)+”及大數(shù)據(jù)技術(shù)的綜合性能源管理系統(tǒng)，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層四個(gè)部分組成，包含光伏薄膜電池、蓄能裝置、地源熱泵及智能監(jiān)測裝置幾部分。

通過在建筑外墻壁覆蓋光伏薄膜電池、屋頂布置光伏板等方式，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄能電池中，通過智能控制系統(tǒng)與市電進(jìn)行切換，在保證能源供應(yīng)的前提下優(yōu)先使用光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，減小家庭用能成本。在屋頂及園區(qū)空地布置小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，采用光伏與風(fēng)力發(fā)電協(xié)同工作的方式，保證不同天氣環(huán)境下的發(fā)電量。室內(nèi)裝有智能溫度控制器，在室溫低于22℃或高于24℃時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)地源熱泵為室內(nèi)供暖或制冷，最大限度取代空調(diào)、電暖氣等供暖設(shè)備，節(jié)約電能消耗?？筛鶕?jù)負(fù)荷率自動(dòng)、定時(shí)切換運(yùn)行各功能系統(tǒng)，在保證節(jié)能的基礎(chǔ)上，延長各系統(tǒng)的使用壽命。通過功率、溫度、能耗量等各種測量裝置采集數(shù)據(jù)，得出當(dāng)前環(huán)境下的能源需求，并計(jì)算出光伏、蓄電、地?zé)岬雀髯酉到y(tǒng)之間的最優(yōu)配合模式，以調(diào)整各設(shè)備的運(yùn)行情況來滿足日常生活的用能需求。

此外，用戶還可以通過對應(yīng)用層數(shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，滿足不同地區(qū)居民用能的差異性。對于采暖需求低于東北的華北、華中等優(yōu)先推行的“煤改電”地區(qū)，因存在冬季供暖需求導(dǎo)致用戶對電能的依賴程度極大，不宜以市電作為唯一的供暖來源。為規(guī)避市電斷電情況下居民無法供暖的風(fēng)險(xiǎn)，可通過在社區(qū)推行建設(shè)智慧能源管理系統(tǒng)保障居民的用電需求。而在我國華南及沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、工業(yè)用電需求量大、居民制冷用電需求高的地區(qū)，同樣存在夏季因用電量超過電網(wǎng)負(fù)荷能力而限制電量供應(yīng)的情況，此時(shí)采用家庭智慧能源管理系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)“白放夜充”的錯(cuò)峰用電控制。在白天用電高峰時(shí)采用蓄能系統(tǒng)供電，而夜晚用電低谷時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行充電，保障電力供應(yīng)。

4 社區(qū)型多能互補(bǔ)智慧能源系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）清潔發(fā)電，助力環(huán)保。采用光伏發(fā)電蓄能技術(shù)作為家庭用電的主要供電來源，在我國目前以化石能源作為電能的主要生產(chǎn)能源情況下，減少市電消耗就是減少化石能源消耗，助力全民參與節(jié)能減排，早日實(shí)現(xiàn)“零碳”排放目標(biāo)。

2）節(jié)約能源，降低成本。采用地源熱泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的空氣源熱泵及電采暖裝置以滿足用戶供暖及制冷需求，地源熱泵具有電能耗量低、能源轉(zhuǎn)換效率高、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠大幅降低日常供暖和制冷的耗電量。

3）運(yùn)行可靠，供電保障。該系統(tǒng)可通過自帶的儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存富余能量，保障市電斷電時(shí)用戶的電能供應(yīng)，滿足人們對電能的高度依賴需求。

4）夜充白放，削峰填谷。在陰雨等光照不足的天氣可以優(yōu)先使用蓄電池中的能量，并采用夜間充電的方式在用電低谷期自動(dòng)對儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電，保障白天用電高峰時(shí)的電力供應(yīng)不受影響。尤其適用于用電波谷差大或在電網(wǎng)負(fù)荷過大時(shí)段限制用電的地區(qū)。

5 結(jié)語

通過能夠?qū)崿F(xiàn)多能互補(bǔ)的清潔能源綜合利用項(xiàng)目，以光伏、風(fēng)力發(fā)電及儲(chǔ)能作為市電的有力補(bǔ)充、以地源熱泵代替空調(diào)及電采暖，滿足用戶的用電、供暖及制冷需求，將民生用電對電網(wǎng)的依賴性降低，在一定程度上緩解電網(wǎng)壓力的同時(shí)還能夠減少化石燃料的消耗，將成為我國全面普及清潔能源發(fā)電項(xiàng)目、提高清潔能源的占比提供重要基礎(chǔ)，是助力實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、碳達(dá)峰與碳中和等能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的重要舉措。