基于多能互補的綜合能源發展模式研究及應用
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隨著“雙碳”戰略目標的提出,構建清潔低碳、安全高效的能源體系是我國實現“雙碳”目標的重要途徑,“低碳轉型、能源轉型、數字化轉型”將加速推進,能源的低碳化、綜合化、數字化發展將成為實現全球氣候目標、保障我國能源安全、促進經濟增長的核心動力。
隨著能源系統物理形態的轉變,能源服務形態也呈現出新的特點。綜合能源服務作為我國能源服務的新形態,打破了傳統單一化的能源服務模式,滿足了用戶多元化、個性化的能源需求,吸引了各方高度關注。
國家發展改革委、國家能源局印發的《“十四五”現代能源體系規劃》中提出,堅持生態優先、綠色發展,壯大清潔能源產業,實施可再生能源替代行動,促進新能源占比逐漸提高。綜合能源服務是順應能源消費趨勢的必然選擇。
以煤為主的能源消費結構和電源結構正在發生轉變,可再生能源、核能、天然氣等清潔能源發電將逐步占據重要位置,傳統電能資源集中度高、市場競爭意識弱,隨著互聯網、大數據、云計算、物聯網等技術與能源的深度融合,能源消費模式不斷向智能化轉變,實現多類型能源橫向跨界融合與優勢互補以及能源、需求雙向流動。
基于此,基于多能互補的綜合能源發展模式研究及應用,能夠進一步推動能源資源高效配置和利用,本文依托當前能源發展改革形勢,進一步梳理了綜合能源發展現狀,并結合發展問題,提出了未來發展展望,為“雙碳”戰略目標需求下的綜合能源服務發展奠定了基礎。
01、多能互補綜合能源內涵及現狀
多能互補綜合能源內涵
多能互補綜合能源內涵是以智能化能源生產、能源儲存、能源供應、能源消費和智慧化能源管理與服務為主線,向終端用戶提供綜合能源一體化解決方案,追求橫向“電、熱、冷、氣、水”等多品種能源協同供應,實現縱向“源網荷儲”等環節之間互動優化,構建滿足社會多元化用能需求和客戶多元化服務需求的能源服務系統。多能互補綜合能源模式架構包括綜合能源供應和能源服務(見圖1)。
綜合能源供應是指滿足社會多元化用能需求,打造多能互補的供能系統。通過能源智慧服務及綜合能源智能管控系統,對系統中的大量數據進行分析計算,實現能源監控、系統優化調度等,比如可以根據用戶負荷的變化,實時調節綜合能源系統內各電源的出力。
能源服務是指滿足客戶多元化服務需求,開展購售電服務、能源規劃、能效診斷、售電、運行維護、需求側響應等綜合能源服務。

多能互補綜合能源相關政策分析
分布式電源規劃政策方面:一是提出鼓勵專業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;二是鼓勵在工業園區或開發區等,推動綠色能源的靈活自主微平衡交易,開展化石能源互聯網交易平臺試點,開展分布式電源直供負荷試點,并在試點區域內探索過網費標準和輔助服務費標準、交易監管等政策創新工作。
儲能規劃政策方面:一是推進儲能技術裝備研發示范,推進提升可再生能源利用水平和電力系統靈活性穩定性應用示范;二是提出“鼓勵家庭、園區、區域等不同層次的終端用戶利用各類能源和儲能資源,實現多能協同和能源綜合梯級利用”。
需求側管理規劃政策方面:一是鼓勵電能服務機構、售電企業為用戶開展需求側管理提供合同能源管理、綜合節能和用電咨詢等服務;二是鼓勵電能服務公司為電力用戶提供智能化、個性化的用電與節電服務。
多能互補綜合能源發展前景
未來,能源消費方式將呈現能源服務化、產銷一體化、消費智能化等特征,綜合能源服務以客戶為中心、以能源廣泛互聯和智慧能源服務為發展方向,是滿足能源消費方式三大特征的最佳方式。能源體制改革、產業發展規劃、能源價格及補貼等能源政策是綜合能源服務業務的重要推動力量。
未來隨著能源政策紅利的持續釋放,將催生出更大市場空間。技術方面:能源生產技術受國家產業政策激勵,已取得快速突破,技術進步以“成本驅動”為主,將于2025年趨于成熟;能源配置、儲存、消費及綜合利用技術總體上處于技術驗證和快速突破期,預計2030年前后會快速突破,2035年前后成熟;
“能源+互聯網”技術正處于技術孵化期,隨著能源豎井式發展格局逐漸被打破,以及能源信息逐步公開化,2035年前后或可以快速突破。綜上所述,綜合能源服務是順應能源系統物理形態和服務形態變革的新型服務模式。
綜合能源服務市場前景巨大,具有良好的發展環境及發展基礎,將會成為未來能源發展的新模式和新增長極,為能源系統發展帶來巨大推力。
02、多能互補綜合能源發展模式及應用
多能互補綜合能源應用技術
能源生產技術包括分布式光伏、分布式燃氣、熱泵、生物質發電等技術。能源配置技術包括交直流電網、微電網電力電子、負荷控制、微能網等技術。能源儲存技術包括儲電、儲熱、儲冷、儲氫等技術。
能源消費及綜合利用技術包括充放電、家庭智慧用能、節能、動力電池梯級利用等技術。“能源+互聯網”技術包括能源大數據、能源云計算、能源物聯網、能源移動互聯網、能源人工智能等技術。
多能互補綜合能源發展模式
面向用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求,通過燃氣冷熱電三聯供,利用大型綜合能源基地風能、太陽能、水能、煤炭、天然氣等資源組合優勢,推進風、光、水、火儲多能互補系統建設運行,解決棄風、棄光、棄水等問題,實現多能協同供應和能源綜合梯級利用。
以綠色、節能、低碳、環保為前提,確保用能安全為基礎,實現冷、熱、電、氣、水、廢、氫、消防、環境監測統一規劃管理,建設光伏發電、地熱+空(水)源供熱、天然氣制熱補充、地源+制冷機供冷、儲電站、儲熱(冷)站、氫能站、充電站等相關設施,實現一站式服務實現電網、熱網、氣網統籌建設管理、數據信息互聯互通,以及土地、功能、設備、運營集約化。
搭建高溫固體燃料電池熱電聯產系統,電、氣、熱、冷、水、氫綜合能源管理系統,移動式智能微網電站,以及能源交易等系統,實現供給側、需求側高精度預測分析。
供給側的智能化管理與控制,保證信息高速、精準交流。建設智慧能源、供需側精細化管理、定制化用能、節能用能、智能微網管理、大型熱網優化節能、城市水資源綜合處理、垃圾無害處理站等系統,實現能源的自給自足。
多能互補綜合能源發展主體
當前,綜合能源服務市場競爭者數量眾多,業務多為主營業務延伸。具有較強競爭實力的競爭者有燃氣公司、能源投資公司、發電企業、電網企業等。
1)燃氣企業。主要優勢是:擁有燃氣資產;具備天然氣行業經驗和技術積累;具有天然氣價格優勢;有客戶資源,有客戶銷售和服務經驗;與現有業務捆綁,整合服務資源,市場競爭力強。主要劣勢是:天然氣設備多為進口,不掌握核心技術;中國天然氣資源緊缺;不具有電力資源。
2)能源投資公司。主要優勢是:易得到當地政府支持,市場競爭力強。主要劣勢是:不具有廣泛的客戶資源;不掌握核心能源技術。
3)發電企業。主要優勢是:擁有發電資產;具備電力行業經驗和技術積累;具有電力價格優勢;易得到政府支持;發售聯動抵御市場風險,市場競爭力強。主要劣勢是:不具有廣泛的客戶資源;不具有天然氣行業經驗和技術。
4)電網企業。主要優勢是:擁有電網資產;具備電力行業經驗和技術積累;具有電力價格優勢;擁有最廣泛的客戶資源;市場競爭力強。主要劣勢是:難以得到政府支持;不具有天然氣行業經驗和技術。
5)設備制造企業。主要優勢是:掌握設備生產技術;具有設備價格優勢;在售后設備運維管理、設備節能技術升級等方面領先;擁有一定的客戶資源,從事貼近客戶的能源建設及設備運維等。主要劣勢是:不掌握能源資源。
6)節能環保企業。主要優勢是:具有節能環保技術和人才優勢;具備一定的客戶資源和服務能力;新技術轉化應用能力強。主要劣勢是:需政策扶持,發展規模受限。
03、多能互補綜合能源發展趨勢分析
分布式能源的快速發展、能源消費水平的升級,以及能源體制改革下能源分配者的大量出現,導致能源系統終端對相關服務的需求激增,呈現融合發展態勢,并進一步催生出更多的能源服務新需求。
以分布式光伏為近期切入點,結合能源監控、光伏云網等平臺,針對主要用能環節滲透,進而逐步構建微電網或綠色建筑能源系統,提升其用能的綠色性、經濟性、可靠性。
綜合能源服務市場競爭的核心是企業以高效、智能的手段滿足用戶對能源多元化需求的能力。其中,數據是挖掘用戶需求、提升服務質量的基礎,信息技術是實現高效、智能服務的重要手段,因此能源數據資產是未來綜合能源服務領域的核心競爭力之一。
通過用能監控平臺,能夠以能效診斷等為抓手,延伸服務鏈條;基于廣泛布設的用戶級用能監控平臺構建能源數據云平臺,開展能源大數據分析與挖掘,能夠優化生產生活方式,支撐政府相關決策。
可再生能源的大規模開發利用導致能源系統源端波動性加大,而第三產業的興起又導致需求側峰谷差不斷加大,雙端劇烈波動下,儲能必將迎來爆發式增長。
近中期,儲能將主要以大型儲能電站的形式出現,參與電力系統的輔助服務;遠期,隨著技術的不斷進步以及成本的不斷下降,儲能將成為微電網、建筑綜合能源系統、家庭智慧能源系統的重要組成部分,優化區域能源系統運行。