1 微能源網(wǎng)發(fā)展的價值機遇

微能源網(wǎng)與區(qū)域綜合能源系統(tǒng)(或區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng))的最主要區(qū)別在于后者涉及供能范圍較大,例如一個城鎮(zhèn),從而必須考慮較復(fù)雜的電力、天然氣、熱蒸汽等較長距離輸送和針對不同用戶負(fù)荷特點的規(guī)劃、安全、控制等問題。而微能源網(wǎng)直接面對單個主體用戶,它主要以商務(wù)區(qū)、居民區(qū)、醫(yī)院、火車站、航站樓等單個主體為發(fā)展對象,所以無論是供能規(guī)模、供能網(wǎng)絡(luò)還是控制方式都更加簡單,更具有實際應(yīng)用價值。

微能源網(wǎng)集成了風(fēng)、光、氣等多種能源輸入和熱、電、冷等多種產(chǎn)品輸出,并綜合考慮了各種能源之間的有機組合與集成優(yōu)化,其突出優(yōu)勢是可以充分利用可再生能源以及能源的梯級利用技術(shù)進行冷熱電一體化生產(chǎn)、計劃和調(diào)度,幫助用戶選擇更經(jīng)濟的能源。微能源網(wǎng)的組成除了用戶外通常還包括分布式三聯(lián)供燃?xì)鈾C、光伏電源、小型風(fēng)電、熱泵等供能單元,蓄冷、蓄熱、蓄電、蓄氣等儲能單元以及電網(wǎng)、熱(冷)網(wǎng)、通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)單元,并通過大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)對用戶和能源進行統(tǒng)一的調(diào)度管理,從而更好的實現(xiàn)能源、環(huán)境和經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.1政策導(dǎo)向不斷利好

近幾年,國家越來越重視新能源的發(fā)展及能源的高效利用,特別是2015年政府工作報告,重點提到了要大力發(fā)展新能源,并強調(diào)了“互聯(lián)網(wǎng)+”計劃。

同時電改9號文也明確指出全面放開用戶側(cè)分布式電源市場,支持企業(yè)、機構(gòu)、社區(qū)和家庭投資建設(shè)太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能發(fā)電以及燃?xì)?ldquo;熱電冷”聯(lián)產(chǎn)等各類分布式電源,準(zhǔn)許接入各電壓等級的配電網(wǎng)絡(luò)和終端用電系統(tǒng),并鼓勵專業(yè)化能源服務(wù)公司與用戶合作或以“合同能源管理”模式建設(shè)分布式電源。

目前中國已經(jīng)展開了以深圳為試點的電力改革,隨著政府對相關(guān)政策文件的進一步落實,分布式電源向用戶直供電將逐步成為現(xiàn)實,而微能源網(wǎng)由于集成風(fēng)電、光伏、燃?xì)鈾C等多種分布式電源,并采用全網(wǎng)統(tǒng)一的調(diào)度管理技術(shù),將成為分布式電源直供電的最佳解決方案。同時由于我國工商業(yè)用電價格較高,若微能源網(wǎng)直接面對工商業(yè)用戶供電,即便考慮用戶一定的電價優(yōu)惠,相比傳統(tǒng)的發(fā)電上網(wǎng)模式也具有更大的盈利空間。

1.2解決分布式電源并網(wǎng)的安全問題

大多數(shù)分布式光伏電源建設(shè)初期并未考慮有效的功率控制方案,不僅會造成有功功率波動大,同時會造成無功功率供給不平衡,目前已經(jīng)造成部分用戶供電電能質(zhì)量問題。隨著分布式光伏電源進一步的規(guī)模化,這一問題將更為突出,而且可能影響電網(wǎng)主網(wǎng)的安全。

微能源網(wǎng)將是分布式電源安全接入的有效解決方案,它既能提高分布式電源的利用效率,又能通過對分布式電源的統(tǒng)一調(diào)度管理實現(xiàn)全網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。隨著分布式電源的迅速發(fā)展,微能源網(wǎng)將發(fā)揮越來越重要的作用。

1.3能源利用效率的顯著提高

目前傳統(tǒng)火電的綜合能源利用效率只有40%～50%,大型天然氣發(fā)電廠的發(fā)電效率一般為35%～55%,燃?xì)忮仩t直接供熱的效率雖然能達(dá)到90%,但是它的最終產(chǎn)出能量形式為低品位的熱能,而微能源網(wǎng)通過熱電聯(lián)產(chǎn)或冷熱電三聯(lián)供技術(shù)實現(xiàn)對能源的梯級利用,可將能源綜合利用效率提高到70%～80%,在等量能源輸出的情況下,減少燃料耗量,達(dá)到節(jié)能的目的。以我國南方一個工業(yè)區(qū)的實際供能設(shè)計方案為例,若采用能源階梯利用的三聯(lián)供方案,比采用分散燃?xì)夤徨仩t+燃?xì)饧兡l(fā)電機組+電制冷空調(diào)供能方案能源利用效率可提高12%以上,達(dá)到79.8%的水平。

1.4我國天然氣供應(yīng)呈逐年寬松趨勢

分布式燃?xì)鈾C是微能源網(wǎng)的重要組成部分,不僅發(fā)電功率穩(wěn)定,產(chǎn)生的余熱還可以給用戶供冷和供熱。根據(jù)中國石化石油勘探開發(fā)研究院的關(guān)于中國天然氣行業(yè)“十三五”發(fā)展分析,2014年國內(nèi)天然氣市場已經(jīng)出現(xiàn)區(qū)域性、階段性的供大于求的局面,2017年之后全球液化天然氣市場將逐漸寬松,甚至可能出現(xiàn)供大于求的局面。同時國家發(fā)改委《關(guān)于建立保障天然氣穩(wěn)定供應(yīng)長效機制的若干意見》,到2020年我國天然氣供應(yīng)能力達(dá)到4000億立方米,力爭達(dá)到4200億立方米。因此,“十三五”末期,我國天然氣市場供需將逐漸向買方市場轉(zhuǎn)變,而天然氣價格也有下行可能。將有利于分布式燃?xì)鈾C發(fā)展,從而促進微能源網(wǎng)的建設(shè)。

1.5信息通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用

云計算被認(rèn)為是未來智能電網(wǎng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的核心計算平臺,能夠優(yōu)化電力節(jié)能調(diào)度和能源綜合利用。微能源網(wǎng)作為微型能源互聯(lián)網(wǎng),利用大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)能夠充分分析用戶需求特點,為全網(wǎng)優(yōu)化控制提供基礎(chǔ)。

同時物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪忻懿豢煞值囊徊糠?現(xiàn)在人們已經(jīng)習(xí)慣利用手機和互聯(lián)網(wǎng)進行生活、學(xué)習(xí)和工作,人們正享受信息技術(shù)為生活帶來的便利,這也為微能源網(wǎng)的發(fā)展提供了機遇。

與用戶的互動是微能源網(wǎng)智能化的一大特征,既然現(xiàn)在用戶端設(shè)備(例如手機)和信息技術(shù)均已廣泛應(yīng)用,那么微能源網(wǎng)的用戶需求管理理念不再遙不可及。

1.6儲能產(chǎn)品和控制技術(shù)的日趨成熟

由于光伏、風(fēng)電等分布式電源波動性和間歇性較大,特別是在孤網(wǎng)運行時,微能源網(wǎng)需要利用儲能裝置平穩(wěn)網(wǎng)內(nèi)功率波動,同時儲能裝置也能削峰填谷,提高系統(tǒng)整體運行效率和安全性。

然而儲能產(chǎn)品給人們的印象往往是價格高,技術(shù)不成熟,這也限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。經(jīng)過多年的研究發(fā)展,儲能技術(shù)日趨成熟,各類儲能產(chǎn)品也層出不窮。特別是特斯拉公司發(fā)布的特斯拉能源(TeslaEnergy)系列產(chǎn)品,包括家用產(chǎn)品Powerwall,其性能和價格更是震驚了世界,這將刺激全球儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,從而帶動微能源網(wǎng)的發(fā)展。

2 微能源網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

雖然微能源網(wǎng)的各組成單元(例如分布式燃?xì)鈾C、光伏、儲能等)已經(jīng)得到大規(guī)模的應(yīng)用,但微能源網(wǎng)作為聯(lián)系各單元的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計研究中還需要充分考慮以下技術(shù)問題。

2.1規(guī)劃設(shè)計

微能源網(wǎng)是涉及到冷、熱、電、儲能的綜合能源利用系統(tǒng),是一個十分復(fù)雜的多目標(biāo)、多約束、非線性、隨機不確定混合整型組合優(yōu)化問題,同時由于涉及供電、供熱/冷以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),傳統(tǒng)單一專業(yè)設(shè)計人員已經(jīng)不能憑借本專業(yè)的工程經(jīng)驗滿足微能源網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計要求,因此各專業(yè)間的協(xié)同規(guī)劃設(shè)計非常重要。

微能源網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計主要針對用戶用能需求特點,根據(jù)項目地點的資源條件和建設(shè)條件,合理選用設(shè)備種類和設(shè)備容量,并進行充分的技術(shù)方案分析和經(jīng)濟效益分析。

優(yōu)秀的規(guī)劃設(shè)計可以避免項目建設(shè)過程中的反復(fù)和資源浪費,同時還能達(dá)到預(yù)期建設(shè)目標(biāo)和運營效果,獲得最好的投資回報率。因此規(guī)劃設(shè)計是微能源網(wǎng)成功建設(shè)和成功運營的關(guān)鍵階段。

2.2協(xié)調(diào)運行

微能源網(wǎng)內(nèi)包含的供能單元和儲能單元種類眾多,每個單元又有自己的特點,例如光伏電源建成后幾乎不需要發(fā)電成本但發(fā)電不穩(wěn)定,分布式燃?xì)鈾C發(fā)電穩(wěn)定但受發(fā)電成本和供熱負(fù)荷限制,熱泵能夠以較低的電能消耗達(dá)到較好的制冷制熱效果但受氣候影響較大,等等。因此必須根據(jù)用戶不同時段的用能需求,結(jié)合各供能單元運行工況、儲能裕度情況,進行實時經(jīng)濟成本分析,并根據(jù)最優(yōu)運行策略對微能源網(wǎng)進行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)控制,從而使微能源網(wǎng)運行更經(jīng)濟、更安全。

微能源網(wǎng)的實際控制策略中,應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)成本、環(huán)境成本以及協(xié)調(diào)成本,利用數(shù)據(jù)挖掘、云計算等先進技術(shù),對控制目標(biāo)進行優(yōu)化。

2.3“互聯(lián)網(wǎng)+”重構(gòu)供需

自2015年政府工作報告提到了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃后,“互聯(lián)網(wǎng)+”概念一直是社會各行業(yè)討論的熱點,能源行業(yè)也不例外。其實早在2012年里夫金《第三次工業(yè)革命》就已經(jīng)提到,在經(jīng)歷第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命之后,“第三次工業(yè)革命”將是互聯(lián)網(wǎng)對能源行業(yè)帶來的沖擊。