我國微能源網發(fā)展價值機遇及技術

1、微能源網發(fā)展的價值機遇

微能源網與區(qū)域綜合能源系統(tǒng)(或區(qū)域能源互聯(lián)網)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荷特點的規(guī)劃、安全、控制等問題。而微能源網直接面對單個主體用戶，它主要以商務區(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、供能網絡還是控制方式都更加簡單，更具有實際應用價值。

微能源網集成了風、光、氣等多種能源輸入和熱、電、冷等多種產品輸出，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進行冷熱電一體化生產、計劃和調度，幫助用戶選擇更經濟的能源。微能源網的組成除了用戶外通常還包括分布式三聯(lián)供燃氣機、光伏電源、小型風電、熱泵等供能單元，蓄冷、蓄熱、蓄電、蓄氣等儲能單元以及電網、熱(冷)網、通信網等網絡單元，并通過大數據、云計算、物聯(lián)網等信息技術對用戶和能源進行統(tǒng)一的調度管理，從而更好的實現能源、環(huán)境和經濟效益的協(xié)調發(fā)展。

1.1政策導向不斷利好

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，并強調了“互聯(lián)網+”計劃。

同時電改9號文也明確指出全面放開用戶側分布式電源市場，支持企業(yè)、機構、社區(qū)和家庭投資建設太陽能、風能、生物質能發(fā)電以及燃氣“熱電冷”聯(lián)產等各類分布式電源，準許接入各電壓等級的配電網絡和終端用電系統(tǒng)，并鼓勵專業(yè)化能源服務公司與用戶合作或以“合同能源管理”模式建設分布式電源。

目前中國已經展開了以深圳為試點的電力改革，隨著政府對相關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實，而微能源網由于集成風電、光伏、燃氣機等多種分布式電源，并采用全網統(tǒng)一的調度管理技術，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)電上網模式也具有更大的盈利空間。

1.2解決分布式電源并網的安全問題

大多數分布式光伏電源建設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，目前已經造成部分用戶供電電能質量問題。隨著分布式光伏電源進一步的規(guī)?；@一問題將更為突出，而且可能影響電網主網的安全。

微能源網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)一調度管理實現全網的安全經濟運行。隨著分布式電源的迅速發(fā)展，微能源網將發(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%，燃氣鍋爐直接供熱的效率雖然能達到90%，但是它的最終產出能量形式為低品位的熱能，而微能源網通過熱電聯(lián)產或冷熱電三聯(lián)供技術實現對能源的梯級利用，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，比采用分散燃氣供熱鍋爐+燃氣純凝發(fā)電機組+電制冷空調供能方案能源利用效率可提高12%以上，達到79.8%的水平。

1.4我國天然氣供應呈逐年寬松趨勢

分布式燃氣機是微能源網的重要組成部分，不僅發(fā)電功率穩(wěn)定，產生的余熱還可以給用戶供冷和供熱。根據中國石化石油勘探開發(fā)研究院的關于中國天然氣行業(yè)“十三五”發(fā)展分析，2014年國內天然氣市場已經出現區(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，甚至可能出現供大于求的局面。同時國家發(fā)改委《關于建立保障天然氣穩(wěn)定供應長效機制的若干意見》，到2020年我國天然氣供應能力達到4000億立方米，力爭達到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變，而天然氣價格也有下行可能。將有利于分布式燃氣機發(fā)展，從而促進微能源網的建設。

1.5信息通信技術的廣泛應用

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

同時物聯(lián)網技術已經成為了人們日常生活中密不可分的一部分，現在人們已經習慣利用手機和互聯(lián)網進行生活、學習和工作，人們正享受信息技術為生活帶來的便利，這也為微能源網的發(fā)展提供了機遇。

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

1.6儲能產品和控制技術的日趨成熟

由于光伏、風電等分布式電源波動性和間歇性較大，特別是在孤網運行時，微能源網需要利用儲能裝置平穩(wěn)網內功率波動，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。

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

2、微能源網發(fā)展的關鍵技術

雖然微能源網的各組成單元(例如分布式燃氣機、光伏、儲能等)已經得到大規(guī)模的應用，但微能源網作為聯(lián)系各單元的統(tǒng)一網絡在設計研究中還需要充分考慮以下技術問題。

2.1規(guī)劃設計

微能源網是涉及到冷、熱、電、儲能的綜合能源利用系統(tǒng)，是一個十分復雜的多目標、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)網技術，傳統(tǒng)單一專業(yè)設計人員已經不能憑借本專業(yè)的工程經驗滿足微能源網的規(guī)劃設計要求，因此各專業(yè)間的協(xié)同規(guī)劃設計非常重要。

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

優(yōu)秀的規(guī)劃設計可以避免項目建設過程中的反復和資源浪費，同時還能達到預期建設目標和運營效果，獲得最好的投資回報率。因此規(guī)劃設計是微能源網成功建設和成功運營的關鍵階段。

2.2協(xié)調運行

微能源網內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，分布式燃氣機發(fā)電穩(wěn)定但受發(fā)電成本和供熱負荷限制，熱泵能夠以較低的電能消耗達到較好的制冷制熱效果但受氣候影響較大，等等。因此必須根據用戶不同時段的用能需求，結合各供能單元運行工況、儲能裕度情況，進行實時經濟成本分析，并根據最優(yōu)運行策略對微能源網進行統(tǒng)一的協(xié)調控制，從而使微能源網運行更經濟、更安全。

微能源網的實際控制策略中，應綜合考慮生產成本、環(huán)境成本以及協(xié)調成本，利用數據挖掘、云計算等先進技術，對控制目標進行優(yōu)化。

2.3“互聯(lián)網+”重構供需

自2015年政府工作報告提到了“互聯(lián)網+”行動計劃后，“互聯(lián)網+”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》就已經提到，在經歷第一次工業(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)網對能源行業(yè)帶來的沖擊。

阿里巴巴移動事業(yè)群總裁俞永福認為，“互聯(lián)網+”的本質是重構供需，非互聯(lián)網與互聯(lián)網跨界融合后，不只是改善了效率，而是在供給和需求兩端都產生增量，從而建立新的流程和模式：供給端是“點石成金”，將原本的閑散資源充分利用，需求端則是“無中生有”，創(chuàng)造了原本不存在的使用消費場景。

這種“重構供需”的“互聯(lián)網+”思維正好與微能源網的用戶需求響應思維一致，需求響應是指用戶對市場價格信號或控制指令作出響應，并改變常規(guī)能源消費模式的市場參與行為。能源供應公司可在低谷時根據發(fā)電、供熱(冷)裕量以及相應的低價格信息通過互聯(lián)網實時反饋至用戶，便宜的用能價格能夠激勵用戶擴大需求，相反，高峰時較高的用能價格也抑制了用戶的部分需求。通過“互聯(lián)網+”重構能源供需的應用，整個系統(tǒng)不僅達到了削峰填谷的目的，也提高了能源的綜合利用效率和系統(tǒng)的運行經濟性，對于節(jié)能減排也具有重要意義。

“互聯(lián)網+”如何在微能源網中重構供需以及其在用戶需求響應的應用程度將是微能源網運行效率和經濟性的重要因素。

2.4因地制宜的商業(yè)模式

目前微能源網中的各類供能單元投資回報參差不齊：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)由于政府補貼較高已經具有較高的投資回報率(目前針對工業(yè)用戶，分布式光伏可在6~9年收回投資成本);分布式小型風電單位投資成本約是光伏系統(tǒng)的2~3倍，同時小型風機的發(fā)電效率不及大型風機;分布式燃氣機受天然氣價格影響較大，3元/立方米的燃氣價格不足以保證投資回報率。

因此在不考慮政府補貼的情況下我國微能源網的投資收益率有一定的局限性。然而隨著政府關于新能源建設力度的不斷加大，配套及補貼政策的逐步出臺，微能源網的投資回報率會日益樂觀。應根據政府的最新政策動向(包括補貼政策)，結合項目建設地點的具體情況(例如風、光、氣資源，當地用能價格)，研究適用于不同項目的商業(yè)模式。

3、微能源網的發(fā)展前景

目前全球至少有70余個國家先后開展了與綜合能源系統(tǒng)技術相關的研究。毫無疑問，與綜合能源系統(tǒng)相關的關鍵技術將成為國際能源界的重要技術制高點和增長點，是21世紀能源工業(yè)重要的技術發(fā)展方向之一。

發(fā)展綜合能源系統(tǒng)或能源互聯(lián)網的主要目的是提高能源利用效率、降低碳排放，但由于涉及范圍較廣，仍然需要展開大量的研究工作。微能源網作為終端型的微型綜合能源系統(tǒng)，滿足發(fā)展綜合能源系統(tǒng)的意義和目的，并且規(guī)模小、易于實現，具有極大的推廣價值。同時由于提供冷熱服務，微能源網將比微電網具有更高的投資回報率，能夠吸引更多的能源投資方。