構(gòu)建以光伏等為核心層的智慧能源微網(wǎng) 實現(xiàn)能源效率最大化

:綠色生態(tài)城區(qū)能源規(guī)劃的最主要目的是實現(xiàn)城區(qū)能源效率的最大化，能源微網(wǎng)是其中一個重要的系統(tǒng)，在現(xiàn)有條件下，能源微網(wǎng)技術是完全可實現(xiàn)和可落地的。

綠色生態(tài)城區(qū)的能源規(guī)劃

2016年，中國城市化率已達到56.4%。而今后二、三十年，將是中國城市化的關鍵時期。中國城市化的速度和規(guī)模，在人類歷史上也是空前的。城市化也將成為中國經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的原動力之一。但在另一方面，中國的資源和環(huán)境容量都不足以支撐如此巨大的建設規(guī)模。因此，在中國287個地級以上城市中，約280個城市將“低碳”、“生態(tài)”城市作為自己的發(fā)展目標，國內(nèi)幾乎所有新建開發(fā)區(qū)或工業(yè)園區(qū)都制訂了低碳生態(tài)發(fā)展規(guī)劃。而能源專項規(guī)劃則是低碳生態(tài)發(fā)展規(guī)劃的重要組成。與過去電力、燃氣和城市熱網(wǎng)等能源供應側(cè)規(guī)劃不同，綠色生態(tài)城區(qū)能源專項規(guī)劃是一種需求側(cè)規(guī)劃，它最主要的功能是：設定城區(qū)節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標和關鍵性能指標，集成應用低密度的可再生能源和低品位的可再生熱源，將虛擬能源(即用戶端的節(jié)能)作為無碳的替代資源，高效利用低碳的分布式能源熱電聯(lián)產(chǎn)DCHP，實現(xiàn)化石能源資源的梯級利用和熱回收，預測建筑能源需求，利用布局調(diào)整、負荷參差率和同時系數(shù)使負荷平準化，實現(xiàn)城區(qū)能源投資的多元化、能源管理的市場化，以及清潔發(fā)展機制CDM。

可以說，如果沒有上述內(nèi)涵，就沒有必要做能源專項規(guī)劃。能源規(guī)劃最主要目的是實現(xiàn)城區(qū)能源效率的最大化、用清潔能源、可再生能源、可再生熱源和終端節(jié)能替代化石燃料能源。

具有顛覆性的能源微網(wǎng)

根據(jù)知名學者杰里米˙里夫金的歸納，第三次工業(yè)革命的五大特征是：利用可再生能源，將建筑轉(zhuǎn)化為微型發(fā)電廠，在建筑及基礎設施中使用氫和其他儲能技術，利用能源互聯(lián)網(wǎng)技術將分散的電力網(wǎng)轉(zhuǎn)化為能源共享網(wǎng)絡，運輸工具轉(zhuǎn)向插電式以及燃料電池動力車輛。

這些論述指出了未來低碳生態(tài)城區(qū)能源系統(tǒng)的技術路線。即產(chǎn)能、供能、用能、蓄能和節(jié)能相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一，它很像信息互聯(lián)網(wǎng)，把分散的用能和分布式的產(chǎn)能互相連通、實現(xiàn)共享。

提到能源的互聯(lián)互通，不能不提及智能電網(wǎng)。所謂智能電網(wǎng)，是現(xiàn)代化的電力網(wǎng)，利用信息和通信技術(ICT)，收集和處理供應側(cè)和需求側(cè)的信息，自動地提高電力生產(chǎn)和輸配的效率、可靠性、經(jīng)濟性和可持續(xù)性。即智能電網(wǎng)是傳統(tǒng)電力網(wǎng)與現(xiàn)代信息網(wǎng)的兩網(wǎng)融合。而在低碳生態(tài)城區(qū)中還要增加智能熱力網(wǎng)(供冷供熱)，成為三網(wǎng)融合。因此，在低碳生態(tài)城區(qū)層面，我們要構(gòu)建的是一種能源微網(wǎng)，即融合了電力微網(wǎng)、熱力微網(wǎng)和信息網(wǎng)的能源互聯(lián)網(wǎng)。

城區(qū)能源微網(wǎng)有三個層次：核心層，以光伏、小型風電、燃料電池、利用天然氣或生物質(zhì)氣的小微型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等現(xiàn)場發(fā)電(On Site Generation)系統(tǒng)為核心;框架層，以分布式熱泵、集成各種低品位熱源/熱匯的能源總線，以及蓄冷蓄熱設施為框架。核心層、框架層和用戶之間，熱泵作為重要的聯(lián)系紐帶;管理層，以網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、云技術等信息通信技術為支撐，對城區(qū)能源系統(tǒng)進行雙向管理，這種管理本質(zhì)上是一種能源服務。

可再生能源和清潔能源現(xiàn)場發(fā)電的最大特點是不穩(wěn)定性，特別是供應(發(fā)電)與需求(負荷)的不匹配，表現(xiàn)在時間上的不匹配與功率上的不匹配。對于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，還有一個熱與電的不匹配問題，在城區(qū)范圍內(nèi)，不可能將電力和供熱同步用掉。按照目前的技術水平，大規(guī)模蓄電還無法實現(xiàn)商業(yè)化運行。而所有發(fā)電設備都有一定的熱電比范圍，如果發(fā)出電力用不掉，就會影響產(chǎn)熱，致使系統(tǒng)無法運行。

因此，如何通過蓄能使負荷平準化、協(xié)調(diào)供應和需求，是智能電網(wǎng)技術中重點研究的課題，稱為“智能電網(wǎng)備份”技術。研究中的“備份”辦法有很多，例如用燃料電池、用電動汽車蓄電池等，但可以立即實現(xiàn)的是利用熱泵蓄熱從而間接蓄電，稱為“智能電網(wǎng)備份熱泵”技術。

能源微網(wǎng)是一種分布式供能和分散式用能的模式，而且是分層次和交互式的管理架構(gòu)。

能源微網(wǎng)前景廣闊

綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展的主要技術目標就是兩個“提高”，即第一，提高高品位化石能源的利用效率，實現(xiàn)梯級利用;第二，提高低品位可再生能源(熱源)的保證率，即來自可再生能源的有效能在城區(qū)負荷中的占比。利用能源微網(wǎng)，可以實現(xiàn)這兩個目標。

能源微網(wǎng)的實現(xiàn)有三個重要條件，即首先，必須做到精心設計，尤其對負荷預測，不能采取單體建筑設計中粗放型的指標估算方法，應對各種工況下的部分負荷分布有詳盡分析，并有相應的運行策略;其次，必須有適應本城區(qū)條件的能源管理系統(tǒng);最后，必須有良好的資源和基礎設施條件。

在中國快速城鎮(zhèn)化進程中，能源微網(wǎng)會有很好的發(fā)展前景。

原標題:【城市能源·新型城鎮(zhèn)化和生態(tài)文明助推器】綠色生態(tài)城區(qū)建設與智慧能源微網(wǎng)