多能互補(bǔ)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐探究

吉蕓嫻 張 權(quán) 楊 松 張良利 沈道軍

（浙江正泰新能源開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 杭州 310053）

0 引言

目前我國(guó)的能源發(fā)展過(guò)程中遇到很多瓶頸包括煤炭去產(chǎn)能任重道遠(yuǎn)、煤電產(chǎn)能過(guò)剩潛在風(fēng)險(xiǎn)突出、天然氣市場(chǎng)開(kāi)拓難、新能源棄風(fēng)棄光等問(wèn)題。面對(duì)能源需求不斷變化的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)，能源發(fā)展已經(jīng)到了變革的關(guān)鍵時(shí)期，僅依靠單一的能源品種必然不能滿足國(guó)內(nèi)外形勢(shì)發(fā)展的需要。在這種背景下，將多能互補(bǔ)作為能源變革的突破口是大勢(shì)所趨。

國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局在《關(guān)于推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》中明確提出了2種模式。

（1）面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求，因地制宜，統(tǒng)籌開(kāi)發(fā)、互補(bǔ)利用傳統(tǒng)能源和新能源，優(yōu)化布局建設(shè)一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)天然氣熱電冷三聯(lián)供、分布式可再生能源和能源智能微網(wǎng)等方式，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級(jí)利用。

（2）利用大型綜合能源基地風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、煤炭、天然氣等資源組合優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的建設(shè)。

在“十三五”期間，多能互補(bǔ)項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)為：建成國(guó)家級(jí)終端一體化集成供應(yīng)示范工程20項(xiàng)以上，國(guó)家級(jí)風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)示范工程3項(xiàng)以上；到2020年，各?。▍^(qū)、市）新建產(chǎn)業(yè)園區(qū)采用終端一體化集成供能系統(tǒng)的比例達(dá)到50 %左右，既有產(chǎn)業(yè)園區(qū)實(shí)施能源綜合梯級(jí)利用改造的比例達(dá)到30 %左右；國(guó)家級(jí)風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)示范工程棄風(fēng)率控制在5 %以內(nèi)，棄光率控制在3%以內(nèi)。

1 多能互補(bǔ)系統(tǒng)

多能互補(bǔ)政策的目的是按照不同資源條件和用能對(duì)象，采取多種能源互相補(bǔ)充，以緩解能源供需矛盾，合理保護(hù)和利用自然資源，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。

我國(guó)正逐漸改變單一以煤為主的能源格局，開(kāi)發(fā)利用了其他能源象太陽(yáng)能、海洋能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎蜌淠艿?，而多能互補(bǔ)耦合了風(fēng)能、光能、電能以及天然氣能等，通過(guò)“終端一體化集成供能系統(tǒng)”和“風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)系統(tǒng)”多能互補(bǔ)集成模式，實(shí)現(xiàn)多種能源之間的相互補(bǔ)充和階梯利用，從而達(dá)到1+1＞2的效果。這種多能流系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、工業(yè)園區(qū)等區(qū)域，在提高能源綜合利用效率的同時(shí)，能夠減少環(huán)境污染、緩解能源供需矛盾，對(duì)促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有十分重要的意義，圖1為多能互補(bǔ)系統(tǒng)構(gòu)成。

圖1 多能互補(bǔ)系統(tǒng)構(gòu)成

2 現(xiàn)狀與趨勢(shì)

多能互補(bǔ)的內(nèi)涵至少有三“多”：涵蓋的能源品種多樣化、提供的產(chǎn)品多樣化、供需模式多樣化。為了大規(guī)模地利用多種新能源，進(jìn)一步提高用能效率，未來(lái)能量系統(tǒng)的發(fā)展必然是以多種能源的源、網(wǎng)、荷深度融合和緊密互動(dòng)為趨勢(shì)。國(guó)家能源局已經(jīng)收到地方申報(bào)的超過(guò)500個(gè)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)項(xiàng)目，首批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程入選項(xiàng)目共計(jì)23個(gè)，其中，終端一體化集成供能系統(tǒng)有17個(gè)，占比73.91 %；風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)系統(tǒng)6個(gè)，占比26.09 %，圖2為我國(guó)第一批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程類型結(jié)構(gòu)。

圖2 中國(guó)第一批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程類型結(jié)構(gòu)

圖3為我國(guó)第一批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程地區(qū)分布，圖中可以看出多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程項(xiàng)目主要分布在傳統(tǒng)的能源大省，陜西省第一，數(shù)量為5個(gè)，其次是河北省，數(shù)量為4個(gè)，江蘇、青海、內(nèi)蒙等省緊隨其后。

圖3 中國(guó)第一批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程地區(qū)分布

首批示范工程多數(shù)分布在北方地區(qū)，以河北省為例，《河北省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》中涉及多能互補(bǔ)的內(nèi)容如下。

2.1 大力發(fā)展光電

堅(jiān)持集中式與分布式相結(jié)合，推廣先進(jìn)技術(shù)裝備，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)利用模式，提升就地消納能力，加快發(fā)展村級(jí)電站和居民屋頂、公共建筑等多能互補(bǔ)分布式光電，因地制宜地發(fā)展農(nóng)光、漁光、牧光等規(guī)模化集中電站，穩(wěn)步推進(jìn)光熱發(fā)電示范工程。

2.2 攻關(guān)行動(dòng)

結(jié)合國(guó)家要求和河北省的實(shí)際情況，著力推進(jìn)智能微網(wǎng)和“互聯(lián)網(wǎng)＋”智慧能源、多能互補(bǔ)集成優(yōu)化、規(guī)?；瘍?chǔ)能、風(fēng)光儲(chǔ)輸一體化、核小堆供熱、新能源開(kāi)發(fā)利用等示范項(xiàng)目，重點(diǎn)實(shí)施能源互聯(lián)及信息化融合、智慧能源核心設(shè)備研發(fā)、生物液體燃料、氫能利用、大功率動(dòng)力電池、碳捕獲和封存等攻關(guān)行動(dòng)。“十三五”河北能源主要發(fā)展目標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 “十三五”河北能源主要發(fā)展目標(biāo)

3 前景預(yù)測(cè)

多能互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)在政策、技術(shù)及市場(chǎng)需求方面都有良好的發(fā)展前景。

在政策上，能源革命把消費(fèi)革命放在首位，打破集中式、豎井式相互孤立的傳統(tǒng)能源體系，構(gòu)建清潔、高效、經(jīng)濟(jì)、安全的現(xiàn)代能源體系。

當(dāng)前我國(guó)正處于傳統(tǒng)能源體系向現(xiàn)代能源體系過(guò)渡的關(guān)鍵時(shí)期，從傳統(tǒng)能源體系到現(xiàn)代能源體系需要從根本上進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)、能源供應(yīng)方式、能源供需關(guān)系的變革，必然開(kāi)展“技術(shù)+模式+體制”的集成創(chuàng)新。同時(shí)，加快能源轉(zhuǎn)型以及建設(shè)現(xiàn)代能源體系是世界各國(guó)共同面臨的任務(wù)。

4 多能互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)能源相比，多能互補(bǔ)系統(tǒng)具有高度集中、有序調(diào)控和處理故障、先進(jìn)的通信和數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)、多種能源和運(yùn)營(yíng)模式相結(jié)合等優(yōu)勢(shì)。

4.1 優(yōu)勢(shì)一

我國(guó)各種能源豐富，開(kāi)發(fā)潛力大，為多能互補(bǔ)的實(shí)施提供了有力的資源條件，多能互補(bǔ)與分布式“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)優(yōu)化相結(jié)合，在提高多能系統(tǒng)集成水平的同時(shí)，有利于能源之間的互補(bǔ)運(yùn)行，能夠獲得更多的集成互補(bǔ)效益。

4.2 優(yōu)勢(shì)二

在實(shí)施多能互補(bǔ)的能源基地制定配套的政策措施和協(xié)調(diào)機(jī)制以及建立統(tǒng)一的管理模式，能夠有序調(diào)控和處理故障，便于對(duì)存在的問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，降低了大系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)控和安全動(dòng)作的工作壓力。

4.3 優(yōu)勢(shì)三

運(yùn)用“云”技術(shù)整合現(xiàn)有的調(diào)度管理平臺(tái)、監(jiān)測(cè)評(píng)估平臺(tái)，大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析能夠精確地量測(cè)、匯總、儲(chǔ)存并分析預(yù)測(cè)用能數(shù)據(jù)、能源價(jià)格信息和多能系統(tǒng)運(yùn)行整體運(yùn)行態(tài)勢(shì)，形成運(yùn)行安全、用能經(jīng)濟(jì)、互動(dòng)有序的能源綜合服務(wù)平臺(tái)。

4.4 優(yōu)勢(shì)四

因地制宜，將多種能源服務(wù)、交易和運(yùn)營(yíng)模式相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)光自然互補(bǔ)、水光和水風(fēng)互補(bǔ)、風(fēng)光火互補(bǔ)、風(fēng)光火儲(chǔ)互補(bǔ)、光伏光熱儲(chǔ)能互補(bǔ)等模式，結(jié)合自身資源和建設(shè)條件，推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，進(jìn)一步深化電力體制改革，以經(jīng)濟(jì)手段為杠桿驅(qū)動(dòng)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化系統(tǒng)良性發(fā)展。

5 存在問(wèn)題及挑戰(zhàn)

目前多能互補(bǔ)系統(tǒng)仍然面臨3點(diǎn)挑戰(zhàn)。

5.1 在多能互補(bǔ)的認(rèn)識(shí)上還存在一定的誤區(qū)

互補(bǔ)和節(jié)能是指整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性以及能源的充分利用，我國(guó)很多系統(tǒng)要求的太陽(yáng)能利用率達(dá)70 %以上并不科學(xué)，應(yīng)多向歐洲的太陽(yáng)能互補(bǔ)項(xiàng)目學(xué)習(xí)。

5.2 不利于系統(tǒng)的環(huán)保型和經(jīng)濟(jì)性

多能系統(tǒng)的配置結(jié)構(gòu)不夠完善，系統(tǒng)使用效率不高，不利于系統(tǒng)的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性， 應(yīng)完善能源價(jià)格形成機(jī)制，提高風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行水平，體現(xiàn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化項(xiàng)目的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和綜合效益。

5.3 功率平衡問(wèn)題和風(fēng)光消納問(wèn)題

多能互補(bǔ)系統(tǒng)的風(fēng)光接入容量較高，容易給系統(tǒng)帶來(lái)功率平衡問(wèn)題和風(fēng)光消納問(wèn)題，同時(shí)區(qū)域內(nèi)風(fēng)光出力具有相關(guān)性，因此還需要在規(guī)劃階段充分考慮風(fēng)光出力的不確定性和相關(guān)性。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著可再生能源、儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，能源產(chǎn)業(yè)開(kāi)始進(jìn)入多元化時(shí)代，全球能源正在進(jìn)行轉(zhuǎn)型，多能互補(bǔ)成為能源可持續(xù)發(fā)展的新潮流。若能將多能互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，能源利用轉(zhuǎn)換效率可大幅提升且成本更低。多能互補(bǔ)才剛剛起步，任重而道遠(yuǎn)，其作為推動(dòng)能源革命的有效方式，前景光明、意義重大。