国内综合能源项目技术模式及开发建议研究???

文波

摘 要：综合能源系统（IES）最早由欧洲提出，强调多种能源形式的互补协调，是未来能源供应体系主要形式。目前，美国、欧洲、日本等发达国家纷纷将综合能源作为国策能源战略的研究。随着我国能源结构的调整，可再生能源发展逐渐成熟，现代能源技术的发展，对未来现代化能源体系的探索已提上日程。

关键词：综合能源系统;技术模式;开发

综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统，应该来说是能源供应体系的一次革命。

从形式上来分，综合能源可分为能源供应型综合能源、节能优化服务型综合能源两种形式。能源供应型综合能源系统：以多种能源协调互补、能源环保可再生、源网荷一体化、区域小型化、用户亲和、信息互联智能为主要特点的现代化能源供应体系。从规模上可分为跨区级、区域级及终端级综合能源系统。节能优化服务型综合能源：是指面向用户以节能优化为主要形式的服务型能源业务。

1国内综合能源相关政策研究

2015年以来，随着国家能源改革呼声的高涨，国家发布多项与综合能源相关政策，多能互补集成化示范确定首批终端一体化集成供能系统17个;新能源微电网示范确定首批28个示范项目;互联网+智慧能源示范确定首批55个示范项目。国家政策对综合能源项目的开发和推广是积极引导的，但是落实到地方和具体项目还有一个落实、明确和贯彻的过程，未来政策层面会越来越明确。

2 能源供应型综合能源所涉及的技术

综合能源所涉及环节为“源网荷储”+综合能源互联网平台五个环节，相关具体技术本文将从五个环节分别介绍分析。

2.1 源侧

综合能源源侧包含光能、风能、电能、热能、冷能、燃气、氢能等多种能源形式的转换设备，包含燃气冷热电CCHP、光伏发电、风力发电、热泵（水、地、空气、余热）、锅炉、光热、潮汐能发电、氢燃料电池等多种能源技术，其中以光伏、风电、热泵、燃气冷热电三联供系统为主要系统设备。

（1）光伏：2018年起国内光伏市场发展趋缓，原因为光伏补贴下降，项目投资收益不明显，目前光伏由于发电成本高，无法与传统煤电抗衡，未来光伏发展方向以分布式光伏、自发自用形式为主。

（2）风力发电：风力发电技术成熟，国内于18年底开始实行风电集中竞价核准机制，未来风力发电趋向平价上网，然而由于设备投资成本高，风力发电成本仍无法与传统煤电抗衡，分布式风电隔墙售电方向发展是风力发电的趋势。

（3）燃气冷热电三联供（CCHP）：是实现燃气与电、热、冷实现能量转换的关键设备，所以CCHP在综合能源系统中起着关键作用。设备主要由燃气原动机+余热利用设备构成，通过原动机发电，原动机余热利用实现供冷供热，由于对燃气的阶梯利用，系统整体能源利用效率可达80%，设备电力装机容量100kW-100MW之间不等，设备主要排放物为NOX，燃气轮机约50mg/Nm3，内燃机约250mg/Nm3，故内燃机设备通常需要设置脱硝装置。CCHP在国外应用广泛，技术成熟，但国内则应用较少，原因为国内缺油少气，燃气价格高企，利用燃气制电冷热无法与传统煤电成本抗衡。

（4）热泵：是实现电能、热能、冷能转换的关键设备，热泵根据热源侧介质不同分为地缘热泵、空气源热泵，电空调属于空气源热泵一种，由于土壤和水的环境温度较稳定，地缘热泵的制热制冷效率理论上要优于空气源热泵，根据相关数据分析，地缘热泵系统效率比空气源热泵高40%。目前由于地缘热泵初始投资高，系统建设复杂，国内公共建筑空调仍以传统空调为主。

（5）氢燃料电池：是实现氢能、电能转换的关键设备，氢燃料电池目前主流技术以日本丰田MIRAI汽车用燃料电池为主流技术代表，电池功率达到100kW，能量转换效率达到70%，可以期待未来氢能在交通领域的应用将会很广泛，但由于氢燃料发电成本高，国内氢燃料发电未有相关支持政策，氢燃料电池在发电领域目前并没有较大突破。

2.2 网侧

综合能源网侧主要包含供电、供气、供冷、供热、供氢气等供能网络，技术形式以综合管廊、高精度能源流量传感器等为主。

2.3 荷侧

综合能源荷侧主要包含电负荷、冷负荷、热负荷、天然气负荷等，技术形式主要以充电桩、智能照明、智能电器、建筑节能、加氢站等为主。

2.4 储能

综合能源储能环节主要包含储电、储气、储冷、储热、储氢等储能形式，技术形式以锂电池储电、天然气储气罐、冰/水蓄冷、熔融盐/热水储热、储氢罐等技术形式为主，其中冰/水蓄冷、天然气储罐应用成熟，锂电池储电等技术由于成本高昂，尚未普及。

2.5 综合能源互联网平台

综合能源信息服务平台主要包含能源监测、能源分析、能源调度管控、能源客户终端服务功能，技术形式以SCADA作为基础层，采用互联网或租用运营商无限公网5G信息传输，基于Hadoop大数据存储机制，通过HTML5、OBject-c等前沿技术支持移动终端。

3 节能优化服务型综合能源技术

节能服务型综合能源涵盖了上文能源供应体系中各环节的节能应用，所以其技术涉及面较广，目前主流节能服务技术分为能源生产、供应、消耗环节三大类。

（1）能源生产侧节能：面对发电企业、石油化工企业等主要能源供应企业，在能源供应侧实现能源生产效率提升。

（2）能源供应侧节能：面对输配电、供暖供冷管网、天然气管输等能源配送网络，在能源供应侧实现减少输配损失。

（3）能源消耗侧节能：面對企业、住宅、公共建筑，以建筑暖通、动力、电器等环节节能优化。

在此处仅介绍几种主流节能技术：面向用能用户的电机变频技术、建筑节能技术、LED照明、热泵、天然气冷热电三联供技术、面向电网的直流高压输电技术，面向电力企业的水泵变频改造，燃气轮机热电联产改造，面向石油化工企业的有机朗肯循环余热利用技术（ORC）等等。

4 目前典型的区域型综合能源系统构成

4.1 基于微电网的微能网

国家政策文件定义微电网构成，35kV电压等级一下，容量20MW以内配网，可再生能源装机占比50%或综合能源利用效率70%以上的燃气冷热电三联供系统，搭配一定储能系统。基于微电网供电范围外，拓展范围内供冷、供热、供天然气、供氢等多能源形式的微能网（微型综合能源体系）。

4.2 多能互补+增量配电网

图1 综合能源典型架构

国家政策文件定义增量配网包括新建增量配电网、混合所有制方式投资配电网增容扩建和电网企业存量资产外的存量配电网。原则上指220（330）kV及以下电压等级工业园区（经济开发区）等局域电网，不涉及220kV及以上输电网建设，以增量配网范围为主要供能区域结合区域内设置的风电、光伏、天然气分布式能源站等搭建多能互补综合能源体系。

图1为典型的以冷、热、电、燃气、风能、太阳能为主要能源形式，以天然气冷热电、光伏、风电、热泵、电制冷技术构建的综合能源系统。

综上所述，从电网角度看，受政策所限，综合能源分为微电网项目和增量配电网项目，由于增量配网项目推进难度较大，且增量配网涉及范围广，电压等级高，并不适合分布式能源的定义。

4.3 微能网综合能源项目

未来能源供应型综合能源形式以微能网（基于微电网）形式为主，以深圳海洋新城为例，在7平方公里范围，设置2-4个微能网能源站，通过微能网能源站实现对周边2-4公里范围内热、电、冷、燃气甚至氢气的多能源供应，区域内多个微能网实现互通互联组成区域内微电网群（能源区块链），由此搭建区域综合能源供应体系。微能网结构设想：

源侧：以光伏、风力发电机、潮汐发电等可再生能源为主，天然气冷热电三联、城镇燃气、热泵、水解制氢设施为辅的能源供应设施，设施大部分布置于微能网能源站内，部分设施可布置于用户侧;

网侧：以综合管廊为主要电热冷气输送设施，布置于区域内地下;

储能：以冰/水蓄冷装置、可更换电池充电设施、储氢罐为主要储冷储电储电设施，设施大部分布置于能源站内;

荷侧：以加氢站和可更换电池充电设施为主要用能设施，布置于能源站内或周边合适地点;

综合能源互联网平台：实现对各能源系统统一调配、协同优化，同时提供面对用能用户的终端服务功能的信息采集处理设施，布置于能源站内。基于平台对区域内各能源环节数据的分析，为系统内各能源环节提供优化节能服务，最终实现节能服务型综合能源与能源供应型综合能源相结合的综合能源体系。

5 国内相关综合能源项目开发的思考和建议

（1）从综合能源理念上，在能源供应型综合能源、节能服务型综合能源两种不同形式综合能源业务同时开展业务开发。从形式上看，能源供应型综合能源属于重资产业务，节能服务型综合能源业务属于轻资产业务，两者在开发模式、运营模式上千差万别，是两种完全不同的业务，需要区分对待，可以考虑做互补;

（2）能源供应型综合能源以能源可再生、多能源互补、源网荷储一体化、区域小型化、用户亲和、智能互联网为主要特征。考虑消费者需要、社会政府需要、能源生产者需要，未来能源体系需具有能源可再生、多能互补、源网荷储一体、区域小型化、用户亲和、智能互联网主要特点，设计具体技术方案;

（3）未来能源体系所具备的首要特征是可再生，可再生能源綜合能源利用以达到装机比例提升是可再生能源二次发展的必要条件，故基于新能源业务拓展综合能源项目是各电力公司普遍做法，能够在现有业务上进行产业链延伸和拓展;

（4）项目开发模式上以政府规划阶段介入为主，通过合作并购快速具备综合能源业务能力。目前应集中在经济发达地区，能源消费价格承受力较强的地区，比如粤港澳大湾区、长三角地区和雄安等环京津冀地区。以经济发达地区的新建工业园区、经济开发区，以及北方清洁供暖需求地区为主要目标市场;

（5）项目商业模式上积极探索B2C、C2C、能源众筹、能源云服务、能源大数据等能源互联网商业模式;同时基于碳资产交易、绿色电力证书等现有能源环保机制挖掘能源环保收益，探索基于能源供应带来的如地产、旅游等增值业务收益。