能源互联网背景下综合智慧能源的发展

能源互联网背景下综合智慧能源的发展行宇 2016.09.18什么是能源互联网？能源互联网可以理解为:“综合运用先进 的电力电子技术，信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能 量采集装置，分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型 电力网络、油网络、天然气网络等能源节点互联起来，以实现能 量双向流动的能量对等交换与共享”。能源互联网有三大涵：从 化能源走向可再生能源；从集中式产能走向分布式产能；从封闭 走向开放。这也意味着，未来能源行业的发、输、用、储及金融 交易等环节都将会发生巨大变化。实际上，能源互联网看似美好，但具体操作起来，从电网公 司、发电企业、专门的调度机构等电力从业者，到发展改革委、 能源局等监管部门，都会觉得很头疼。因为新的电力价值链需要 新的技术，更需要新的体制以及商业模式来支撑，而这恰恰都是 目前能源行业所缺乏的。综合能源系统是能源互联网的重要物理载体，根据地理因素与能 源发/输/配/用特性，综合能源系统分为跨区级、区域级和用户级。区 域综合能源系统是探究不同能源部运行机理、推广能源先进技术的前 沿阵地，具有重要的研究意义；稳态分析是该领域研究的基础，是探 究多能互补特性、能量优化调度、协同规划、安全管理等面的核心所 在。综合智慧能源只做一件事情，就是用积极的式开发建设全新 的综合能源，运用互联网创新技术让综合能源系统拥有智慧。综 合智慧能源以功能区为单元，对不同能源品种，提供一体化解决 案，实现横向“电热冷气水”多类能源互补，纵向“源网荷储用”多 种供应环节的生产协同、管廊协同、需求协同以及生产和消费间 的互动。、综合智慧能源解决的问题关于推进“互联网+ ”智慧能源发展的指导意见提出，“互联网+ ” 智慧能源（能源互联网）是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费 以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，对提高可再生能源比 重，促进化能源清洁高效利用，推动能源市场开放和产业升级具有重要 意义“。同时明确能源互联网建设的10大重点任务，一是推动建设智能 化能源生产消费基础设施。二是加强多能协同综合能源网络建设。三是 推动能源与信息通信基础设施深度融合。四是营造开放共享的能源互联 网生态体系，培育售电商、综合能源运营商和第三增值服务供应商等新 型市场主体。五是发展储能和电动汽车应用新模式。六是发展智慧用能 新模式。七是培育绿色能源灵活交易市场模式。八是发展能源大数据服 务应用。九是推动能源互联网的关键技术攻关。十是建设国际领先的能 源互联网标准体系。作为区域综合能源系统的典型能源形式，源端与受端的能源多样 化发展以及能源传输与设备的革新促使能源系统进一步耦合。简单的讲 综合智慧能源二多类供能技术集成+分布式能源+互联网技术的创新。本 文从分布式能源特征、技术路径、用户选择等几个面，阐述“综合智慧 能源”的开发与实施的关键途径。二、综合智慧能源开发建设路径及适用技术综合智慧能源系统涵盖众多供能技术，关于推进“互联网+ ”智慧 能源发展的指导意见具体要求、分布式发电管理暂行办法根据各 用能领域的用能特征与需求，对综合智慧能源的开发建设、区域能源系 统围、适用技术，对为综合智慧能源发展提供了参考。()互联网+智慧能源指导意见1、鼓励建设智能风电场、智能光伏电站等设施及基于互联网的智 慧运行云平台，实现可再生能源的智能化生产；鼓励煤、油、气开采加 工及利用全链条智能化改造，实现化能源绿色、清洁和高效生产；鼓励 建设以智能终端和能源灵活交易为主要特征的智能家居、智能楼宇、智 能小区和智能工厂。2、推动不同能源网络接口设施的标准化、模块化建设，支持各种 能源生产、消费设施的“即插即用”与“双向传输”，大幅提升可再生能源、 分布式能源及多元化负荷的接纳能力。3、促进智能终端及接入设施的普及应用，促进水、气、热、电的 远程自动集采集抄，实现多表合一。4、积极开展电动汽车智能充放电业务，探索电动汽车利用互联网 平台参与能源直接交易、电力需求响应等新模式；充分利用风能、太阳 能等可再生能源资源，在城市、景区、高速公路等区域因地制宜建设新 能源充放电站等基础设施，提供电动汽车充放电、换电等业务。5、建设面向智能家居、智能楼宇、智能小区、智能工厂的能源综 合服务中心，通过实时交易引导能源的生产消费行为，实现分布式能源 生产、消费一体化。5、建设基于互联网的绿色能源灵活交易平台，支持风电、光伏、 水电等绿色低碳能源与电力用户之间实现直接交易；构建可再生能源实 时补贴机制。7、实施能源领域的大数据战略，拓展能源大数据采集围。支持直 流电网、先进储能、能源转换、需求侧管理等关键技术、产品及设备的 研发和应用。（二）分布式发电管理暂行办法1、分布式能源系统的适用围包括:总装机容量 50MW 及以下的小水 电；以各个电压等级接入配电网的风能、太阳能、生物质能、海洋能、 地热能等新能源发电；除煤炭直接燃烧以外的各种废弃物发电，多种能 源互补发电，余热余压余气发电、煤矿瓦斯发电等资源综合利用发电； 总装机容量50MW及以下的煤层气发电；综合能源利用率高于70%且电 力就地消纳的天然气热电冷联供等。2、综合智慧能源的适用技术，涵盖小水电发供一体化技术；与建 筑物结合的用户侧光伏发电技术；分散布局建设的并网型风电、太阳能 发电技术；小型风光储等多能互补发电技术；工业余热余压余气发电及 多联供技术；以农林剩余物、畜禽养殖废弃物、有机废水和生活垃圾等 为原料的气化、直燃和沼气发电及多联供技术；地热能、海洋能发电及 多联供技术；天然气多联供技术、煤层气（煤矿瓦斯）发电技术；其他 分布式能源发电技术等，多种供能技术+分布式能源+互联网技术创新。三、综合智慧能源系统发展结合世界各国和地区推进分布式能源发展情况，无论出发点如，定 义如变化，分布式能源系统都是以用户端用能更安全为第一要素，并具 有以下三种特征:一是靠近用户端，根据用能的资源情况、用能特点等， 因地制宜地选择一次能源，通常采用“天然气、沼气、太阳能、风能、 生物质、废弃物等可再生能源“；二是能直接应用独立运行，运行式一 般为并网、离网或上网，根据用能的实际情况灵活选择应用式；三十多 联供设施具有梯级利用的特性，即可利用高品位能源发电，又利用低品 位能源供冷、供热、供水，其系统能效可达 70%以上。（一）综合智慧能源政策体现三个特点：（1）分布式能源已经成为全球能源转型发展的重要选择。（2）技术进步不断推动分布式能源的商业化进程。（3）政府扶持激发分布式能源商业模式创新。（4）鼓励以用户端为导向构建互联网+分布式能源的新型商业模 式，着力从安全供电、提高能效、清洁排放三面推动。构成了一个整体 性的需求侧能源供应与监管服务系统，通过后台大数据的挖掘实现新的 经济价值和社会价值。（二）综合智慧能源发展市场诉求大致分类:（1）解决电厂、工业锅炉等燃煤污染问题，要解决用户原电力、 燃气、燃煤（油）锅炉供能用途和未来用能需求。2）在区域性、季节性大电网停电事故中，需要解决用户日常用电、调峰和应急备用等综合问题。（3）天然气与可再生能源的发展给优化能源结构带来了机遇，用 电和用气高峰存在季节性、时段性的互补性，而大规模天然气电厂又产 生“气、电”双调峰的新压力，发展分布式能源可缓解城市区域调峰应急 问题。综合智慧能源系统因能而选，精准服务，提供了城市乡村用电新途 径、调节了用户端“电、气、冷、热”能源平衡，提高效能和用能安全同 时，实现藏能于民、形成新的经济增长点。（三）综合智慧能源用户选择与实施 通过多年风电、光伏电站开发建设的实践以及项目市场调研，基于 目前政策环境和用户负荷需求，在互联网+的平台下，开发综合智慧能 源项目、寻找适合的分布式能源项目时，要对以下用户进行重点分析：1、对安全用能需求要求较高的用户。包括医院、军事基地，交通 枢纽、数据中心、农业养殖、重要科研实验室；2、受气候影响较小的用户。包括交通枢纽，机场、火车站等；3、有工艺热、电需求的用户。包括有稳定热需求的工业企业或工 业园区；4、无大电网或大电网供电成本高导致用户侧用电价高的供电用户。 包括野外作业、海岛、部分农村农业用电、渔业用电等；5、对节能减排有特别要求的用户。包括燃煤锅炉替代改造用户。综合考虑上述用户冷、热负荷以及负荷稳定性、连续运行时间、用 户的用能特征、系统与主机选型、分布式能源系统项目，包括综合能源 系统集成应用以及对用户量身定做，运营维护等问题。以天然气联供领 域为例，适用领域排序为：工业企业、医疗设施、宾馆、数据中心、交 通枢纽、工业园区、军事设施、文化设施、商务区、写字楼、市场、体 育设施。总结梳理同类型项目实施、投资运行经验，在气候条件、政策环境 都同等的条件下，影响项目市场发展的最重要的因素是资源供给、能源 比价、服务能力等。综合智慧能源项目的开发、建设和运行过程中，面 临5 个关键问题：1、负荷特性问题用户通常类型较多，在系统设计中需要考虑协调 冷热电调节的模式；2、主机选型问题系统类型多种多样，系统匹配提出要求高；3、环境要求问题不同区域对环保要求不同，应将系统性能与环保 要求进行匹配；4、工程围问题项目应用围一般较广，需考虑整个工程围的系统集 成应用；5、对运营维护团队的专业技术要求较高。综合智慧能源项目有较好效益产出的核心是全生命期的经营管理， 综合智慧能源项目案要具有安全经济和善于服务两面，同时关注5 个关 键点：1、项目选择的关键是要滿足经济性的负荷需求。2、项目管理难点是需求侧负荷预测与管理。3、项目产出有效益的核心是适宜的商业模式。4、提升项目抗风险能力要重视合同约定。5、技术产业瓶颈突破关键在人。风电场、光伏电站全生命期产品及技术服务，贯穿项目的规划选址、 可研设计、施工建设、生产运行以及产品销售与检修运维各个阶段。包 括：电站建设前期的风、光资源评估、设计咨询，建设过程中的质量检 测及过程监造，建设完成后的竣工验收，运维期间的电站对标、远程诊 断、现场诊断、运行分析，交易过程中的技术及财务评估、碳交易及配 额交易数据提供，以及后期的风电、光伏互联网、分布式光伏监控运维 云平台、保险、可再生能源电价附加补助资金申报和电力专项技术培训 及人才对接等服务。四、综合智慧能源商业模式案例在互联网+智慧能源的推动下，综合智慧能源发展将会更加注重用 户端的诉求，注重精准服务，利用互联网+分布式能源思维模式去创新 商业模式，以上海地区开展综合智慧能源建设项目为例。（一）区域分布式能源系统1、上海虹桥商务核心区（一期）区域供能系统以冷热能源供应为主的区供能形式，其南北有两个能源站，每个能 源站包含燃气分布式系统、水蓄冷系统，结合常规电制冷、锅炉等，满 足区域200 万平米建筑的所有冷热需求、生活用水及部分电力需求。在 条件允的情况下，此类项目还可采用分布式光伏、储能、地源（水源、 空气源）热泵等技术，在能源供应环节做进一步整合。另外，在虹桥商务核心区（二期）、西虹桥，世博A片区、B片区、前滩和汇滨江等 CBD 区域，由申能、申虹、国电投等投资建设了多个以分布式能源为核 心的多能互补区域能源供应系统，满足区域冷、热、电等多种用能需 求。2、中科院高等研究院绿色智能城网示项目由中国科学院高等研究院承担，上海普天技术支撑，实现了涵 盖产能、供能、蓄能、用能及节能技术“五能合一”和微热网、微电网、 信息网“三网互联”的区域型能源互联网雏形,建立了根据区域用户特点， 涵盖能源需求端生产、分配、供应、服务和运营全流程的系统解决案。 对基于用能侧动态需求分析的热-电智能调配技术和基于风-光-市电混 合供电的智能化双向电动汽车充电站系统技术，区域能源管理与运行等 一系列关键技术进行了研究验证。3、新奥的泛能网+协鑫的分布式微能源网新奥的泛能网将冷热、燃气联系起来，开发冷热电联产项目，将燃 气、冷、热、电一起销售给用户。协鑫的分布式微能源网按照“六位一 体”模式实施：将天然气热电冷系统、光伏发电、风能发电、储能技术、 节能技术、低位热能结合为一体，提供多种能源服务。由于前一阶段受 到燃气价格高、电力并网（售电）制约等因素影响，此类项目推进较为 缓慢。（二）以新能源为主导的“互联网+”案例1、远景能源互联网+风电、光伏模式新能源以光伏或者风电为主，它对风力发电和光伏发电的信息化系 统进行深度开发，通过对新能源发电系统的设计、运行数据进行采集， 并与天气、地理数据整合形成大数据，并在此基础上进行负荷预测、发 电预测和运行控制，打通并优化能源生产和消费端的运行效率。同时为 用户提供风力发电站选址、风机安装、风力发电站优化运行等一揽子服 务。2、“973”计划大规模非并网风电基础研究 省宏观经济研究院院长顾为东博士主持的“973”计划“大规模非并 网风电基础研究”项目，以产业能源互联网系统为理论，研究了相关技 术路径和实践，形成多能源协同供电核心技术模式，分布式风电开 展试点项目就近为电解铝、氯碱工业、海水淡化、制氢、煤化工、冶金、 新能源汽车等高耗能产业圈服务。创新多个产业分布式能源新模式。（三）垃圾处理场立体式新能源产业基地示上海老港生活垃圾填埋场，坐落在东海边，日处理生活垃圾占全市 垃圾产出量的 70%以上。其主要供能模式为：垃圾填埋气分布式能源系 统（地下）+垃圾焚烧+风电（海边空中）+太阳能利用（填埋场土地上）。（四）“车船屋储”智慧能源服务+电池梯级利用案例为上海混合电动公交车（电池+电容）提供动力集成系统的上海瑞 华集团在商业模式上也进行了创新，采用电池租赁+汽车能源智能服务 模式。公交企业将以往使用燃油车的运营维保等费用交给瑞华作为租赁 电池与购买服务费用。在这个模式下，双可实现共赢。这种电池租赁+ 汽车能源智能服务模式，可为公交用户提供全生命期服务。同时，瑞华 建立“车船屋储”智能微网系统，开展电池梯级利用，支持分布式能源系 统+储能接入和智能监控，服务导航便用户互动和灵活切换。为电动汽 车和电动船提供租赁服务的电池梯级利用，给商务楼宇夜间低谷储能， 白天高峰供能，达到削峰填谷的目标，提高电池利用率的同时也实现了 建筑节能。（五）工业型分布式能源技术与智慧能源产业服务案例1、老港工业区分布式能源项目项目位于老港工业区，围绕上海工业燃煤锅炉清洁能源替代目标， 是上海首个工业园区天然气分布式能源国产燃气轮机应用的示项目，由 上海同祺新能源、株洲中航动科、老港工业园区等“产、研、用”单位成 立园区能源服务公司敏欣能源科技，实行投资多元化、服务专业化 的合作模式。项目于2015 年底建成，由敏欣能源运营的分布式能源站 来满足用户蒸汽、电力、热水的用能需求，实现了区用户原自备的25 台（套）燃煤锅炉的清洁能源替代。与企业自备燃气锅炉模式相比，至 少能降低企业 25%的蒸汽成本，减轻了企业的经济负担。同时，项目致 力于通过区域多用户负荷协同智能控制，打造分布式能源核心装备国产 化创新资源集聚地，构建工业型分布式能源技术与智慧能源产业服务平 台。2、莘庄工业区分布式能源项目 莘庄工业园区的区域能源项目由华电新能源占股90%和申能能源 10%参股的上海华电闵行能源有限公司开发。该项目预计替代闵行区现有燃煤锅炉120台，受益企业81 家，替代燃煤量39.6 万吨标煤，燃机设备使用华电GE合资公司的燃气机型660MW）。（六）“ 互联网+”新能源汽车生态产业链全新商业模式1、上海松江分布式光伏+储能结合的智能充电站 分布式光伏+储能结合的智能充电站（图5），于2014 年底在上海松江投运。充电站顶棚是一套10千瓦的光伏发电系统，最大转化效率 可达 22%，通常每天所发的电量可以满足2.5 辆电动汽车的充电需求。 该充电站与电网并网运行，遇阴雨天太阳能不足或者充电车辆较多，系 统就会自动切换到电网供电，储能作为应急备用。用户可以通过手机 APP等可以查找附近的充电设施，进行导航和预约充电。充电中可随时 查看充电进程，可实现银联闪付等多种手机支付式。该项目探索了基于 “互联网+”，光伏发电与新能源电动车相结合的全新商业模式。2、普天新能源新能源汽车运营平台网络在充电桩产业链中，充电运营服务环节至关重要，因其决定着行业 的整体盈利模式。普天新能源有限责任公司以新能源汽车充电网络建 设、运营和服务为主业，致力于通过建设全国性新能源汽车运营平台网 络，提供专业化、网络化的运营服务。2011 年，普天以大运会为契机， 率先在建立基于网络化运营管理的充电基础设施，对新能源车辆行驶和 充电设施运行进行实时监控，自动采集信息并分析各类异动数据，确保 电动车充电和运营的安全性，提高运营服务质量。截至2014 年 7 月， 普天在市已建成直流充电站共74座，900多个充电桩，可供给全市3700 辆新能源汽车充电需求，已成为全国最大规模的新能源汽车充换电运营网络城市。未来随着新能源车在城市业务的推广发展，将逐步与新一代城市智能交通相融合，形成综合型城市信息服务能力。五、综合智慧能源项目开发建设（）主要系统解决案如下：0 体化户用微网系统解决案（风、光、储、用）0商业地产智能微网解决案（经济、节能）0绿色数据中心智能微网解决案（绿色建筑、节能减排）0基于微网的电动汽车充电站解决案0绿色海岛智能微网解决案（风、光、储、柴、用）0科技、产业园区能源微网解决案（清洁能源运营、用能服 务）0城市、区域能源互联网解决案（气、电、冷、热智能调度 及能效管理）0分布式光伏发电系统解决案（负荷中心，自发自用，余电 上网）二） 电力与天然气系统和热力系统的耦合示意：阳戌縫马区域级电力泉纯再加悠气象蜿皋佥组件1用户组电力灭然S卑舎殂件（三）北京市边主要医院分布（四）京津冀边主要工业开发分布/HK ZiSULJLr I-h259石综合智慧能源是把互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合， 推动技术进步、效率提升和组织变革，提升实体经济创新力和生产力， 形成更广泛的以互联网为基础设施和创新要素的经济社会发展新形态。 能源互联网发展的重点是推广应用，坚持基础开放、大众参与、探索创 新、市场驱动、示先行、科学监管的原则。关于进一步深化电力体制 改革的若干意见（中发20159号）文，进一步加快推动电力行业 市场化革命的步伐，标志着我国第二次电力改革正式启动。进一步放开 电力市场，用户或将可以自由选择供电商或直接与发电企业采用双边交 易模式，企业的竞争能力将不仅体现在电价低廉、供电稳定这两个面， 需求侧管理、节能服务，个性化解决案等都将是影响企业能否实现市场 拓展，稳定客户资源的重要因素。电改9号文的发布无疑优化了互联网 +分布式能源发展的外部政策环境，各类售电与能源服务企业应运而生，综合智慧能源的融合可以提高系统的智能水平和价格透明度，系统各环节的运行更经济、更协调，共享性更好。