基于多能互補(bǔ)的綜合能源發(fā)展模式研究及應(yīng)用

王 虎

(華能左權(quán)煤電有限責(zé)任公司，山西 左權(quán) 032600)

隨著“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑，“低碳轉(zhuǎn)型、能源轉(zhuǎn)型、數(shù)字化轉(zhuǎn)型”將加速推進(jìn)，能源的低碳化、綜合化、數(shù)字化發(fā)展將成為實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)、保障我國(guó)能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的核心動(dòng)力。隨著能源系統(tǒng)物理形態(tài)的轉(zhuǎn)變，能源服務(wù)形態(tài)也呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)。綜合能源服務(wù)作為我國(guó)能源服務(wù)的新形態(tài)，打破了傳統(tǒng)單一化的能源服務(wù)模式，滿(mǎn)足了用戶(hù)多元化、個(gè)性化的能源需求，吸引了各方高度關(guān)注。

國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中提出，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，壯大清潔能源產(chǎn)業(yè)，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，促進(jìn)新能源占比逐漸提高。綜合能源服務(wù)是順應(yīng)能源消費(fèi)趨勢(shì)的必然選擇。以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和電源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，可再生能源、核能、天然氣等清潔能源發(fā)電將逐步占據(jù)重要位置，傳統(tǒng)電能資源集中度高、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)弱，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與能源的深度融合，能源消費(fèi)模式不斷向智能化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型能源橫向跨界融合與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)以及能源、需求雙向流動(dòng)[1]。

1 多能互補(bǔ)綜合能源內(nèi)涵及現(xiàn)狀

1.1 多能互補(bǔ)綜合能源內(nèi)涵

多能互補(bǔ)綜合能源內(nèi)涵是以智能化能源生產(chǎn)、能源儲(chǔ)存、能源供應(yīng)、能源消費(fèi)和智慧化能源管理與服務(wù)為主線(xiàn)，向終端用戶(hù)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(xié)同供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)縱向“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”等環(huán)節(jié)之間互動(dòng)優(yōu)化，構(gòu)建滿(mǎn)足社會(huì)多元化用能需求和客戶(hù)多元化服務(wù)需求的能源服務(wù)系統(tǒng)[2]。

多能互補(bǔ)綜合能源模式架構(gòu)包括綜合能源供應(yīng)和能源服務(wù)(見(jiàn)圖1)。綜合能源供應(yīng)是指滿(mǎn)足社會(huì)多元化用能需求，打造多能互補(bǔ)的供能系統(tǒng)。通過(guò)能源智慧服務(wù)及綜合能源智能管控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)能源監(jiān)控、系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度等，比如可以根據(jù)用戶(hù)負(fù)荷的變化，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各電源的出力[3]。能源服務(wù)是指滿(mǎn)足客戶(hù)多元化服務(wù)需求，開(kāi)展購(gòu)售電服務(wù)、能源規(guī)劃、能效診斷、售電、運(yùn)行維護(hù)、需求側(cè)響應(yīng)等綜合能源服務(wù)。

圖1 多能互補(bǔ)綜合能源模式示意圖

1.2 多能互補(bǔ)綜合能源相關(guān)政策分析

分布式電源規(guī)劃政策方面：一是提出鼓勵(lì)專(zhuān)業(yè)化能源服務(wù)公司與用戶(hù)合作或以“合同能源管理”模式建設(shè)分布式電源；二是鼓勵(lì)在工業(yè)園區(qū)或開(kāi)發(fā)區(qū)等，推動(dòng)綠色能源的靈活自主微平衡交易，開(kāi)展化石能源互聯(lián)網(wǎng)交易平臺(tái)試點(diǎn)，開(kāi)展分布式電源直供負(fù)荷試點(diǎn)，并在試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)探索過(guò)網(wǎng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和輔助服務(wù)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、交易監(jiān)管等政策創(chuàng)新工作。

儲(chǔ)能規(guī)劃政策方面：一是推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)裝備研發(fā)示范，推進(jìn)提升可再生能源利用水平和電力系統(tǒng)靈活性穩(wěn)定性應(yīng)用示范；二是提出“鼓勵(lì)家庭、園區(qū)、區(qū)域等不同層次的終端用戶(hù)利用各類(lèi)能源和儲(chǔ)能資源，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同和能源綜合梯級(jí)利用”[4]。

需求側(cè)管理規(guī)劃政策方面：一是鼓勵(lì)電能服務(wù)機(jī)構(gòu)、售電企業(yè)為用戶(hù)開(kāi)展需求側(cè)管理提供合同能源管理、綜合節(jié)能和用電咨詢(xún)等服務(wù)；二是鼓勵(lì)電能服務(wù)公司為電力用戶(hù)提供智能化、個(gè)性化的用電與節(jié)電服務(wù)。

1.3 多能互補(bǔ)綜合能源發(fā)展前景

未來(lái)，能源消費(fèi)方式將呈現(xiàn)能源服務(wù)化、產(chǎn)銷(xiāo)一體化、消費(fèi)智能化等特征，綜合能源服務(wù)以客戶(hù)為中心、以能源廣泛互聯(lián)和智慧能源服務(wù)為發(fā)展方向，是滿(mǎn)足能源消費(fèi)方式三大特征的最佳方式。能源體制改革、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、能源價(jià)格及補(bǔ)貼等能源政策是綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的重要推動(dòng)力量。未來(lái)隨著能源政策紅利的持續(xù)釋放，將催生出更大市場(chǎng)空間。技術(shù)方面：能源生產(chǎn)技術(shù)受?chē)?guó)家產(chǎn)業(yè)政策激勵(lì)，已取得快速突破，技術(shù)進(jìn)步以“成本驅(qū)動(dòng)”為主，將于2025年趨于成熟；能源配置、儲(chǔ)存、消費(fèi)及綜合利用技術(shù)總體上處于技術(shù)驗(yàn)證和快速突破期，預(yù)計(jì)2030年前后會(huì)快速突破，2035年前后成熟；“能源+互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)正處于技術(shù)孵化期，隨著能源豎井式發(fā)展格局逐漸被打破，以及能源信息逐步公開(kāi)化，2035年前后或可以快速突破。

綜上所述，綜合能源服務(wù)是順應(yīng)能源系統(tǒng)物理形態(tài)和服務(wù)形態(tài)變革的新型服務(wù)模式。 綜合能源服務(wù)市場(chǎng)前景巨大，具有良好的發(fā)展環(huán)境及發(fā)展基礎(chǔ)，將會(huì)成為未來(lái)能源發(fā)展的新模式和新增長(zhǎng)極，為能源系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)巨大推力。

2 多能互補(bǔ)綜合能源發(fā)展模式及應(yīng)用

2.1 多能互補(bǔ)綜合能源應(yīng)用技術(shù)

能源生產(chǎn)技術(shù)包括分布式光伏、分布式燃?xì)?、熱泵、生物質(zhì)發(fā)電等技術(shù)。能源配置技術(shù)包括交直流電網(wǎng)、微電網(wǎng)電力電子、負(fù)荷控制、微能網(wǎng)等技術(shù)。能源儲(chǔ)存技術(shù)包括儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷、儲(chǔ)氫等技術(shù)。

本刊常設(shè)“研究報(bào)告”、“研究簡(jiǎn)報(bào)”、“儀器裝置與設(shè)備”等欄目?！岸ㄆ谠u(píng)述”欄目系統(tǒng)發(fā)布特邀知名專(zhuān)家學(xué)者撰寫(xiě)的國(guó)內(nèi)外分析化學(xué)各領(lǐng)域的綜合評(píng)述，連續(xù)跟蹤學(xué)術(shù)發(fā)展前沿。

能源消費(fèi)及綜合利用技術(shù)包括充放電、家庭智慧用能、節(jié)能、動(dòng)力電池梯級(jí)利用等技術(shù)?！澳茉?互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)包括能源大數(shù)據(jù)、能源云計(jì)算、能源物聯(lián)網(wǎng)、能源移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、能源人工智能等技術(shù)。

2.2 多能互補(bǔ)綜合能源發(fā)展模式

面向用戶(hù)電、熱、冷、氣等多種用能需求，通過(guò)燃?xì)饫錈犭娙?lián)供，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)建設(shè)運(yùn)行，解決棄風(fēng)、棄光、棄水等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級(jí)利用[5]。

以綠色、節(jié)能、低碳、環(huán)保為前提，確保用能安全為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電、氣、水、廢、氫、消防、環(huán)境監(jiān)測(cè)統(tǒng)一規(guī)劃管理，建設(shè)光伏發(fā)電、地?zé)?空(水)源供熱、天然氣制熱補(bǔ)充、地源+制冷機(jī)供冷、儲(chǔ)電站、儲(chǔ)熱(冷)站、氫能站、充電站等相關(guān)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)一站式服務(wù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、熱網(wǎng)、氣網(wǎng)統(tǒng)籌建設(shè)管理、數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通，以及土地、功能、設(shè)備、運(yùn)營(yíng)集約化。搭建高溫固體燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，電、氣、熱、冷、水、氫綜合能源管理系統(tǒng)，移動(dòng)式智能微網(wǎng)電站，以及能源交易等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供給側(cè)、需求側(cè)高精度預(yù)測(cè)分析。供給側(cè)的智能化管理與控制，保證信息高速、精準(zhǔn)交流。建設(shè)智慧能源、供需側(cè)精細(xì)化管理、定制化用能、節(jié)能用能、智能微網(wǎng)管理、大型熱網(wǎng)優(yōu)化節(jié)能、城市水資源綜合處理、垃圾無(wú)害處理站等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源的自給自足[6]。

2.3 多能互補(bǔ)綜合能源發(fā)展主體

當(dāng)前，綜合能源服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者數(shù)量眾多，業(yè)務(wù)多為主營(yíng)業(yè)務(wù)延伸。具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)者有燃?xì)夤?、能源投資公司、發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)等。

(1)燃?xì)馄髽I(yè)。主要優(yōu)勢(shì)是：擁有燃?xì)赓Y產(chǎn)；具備天然氣行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累；具有天然氣價(jià)格優(yōu)勢(shì)；有客戶(hù)資源，有客戶(hù)銷(xiāo)售和服務(wù)經(jīng)驗(yàn)；與現(xiàn)有業(yè)務(wù)捆綁，整合服務(wù)資源，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。主要劣勢(shì)是：天然氣設(shè)備多為進(jìn)口，不掌握核心技術(shù)；中國(guó)天然氣資源緊缺；不具有電力資源。

(2)能源投資公司。主要優(yōu)勢(shì)是：易得到當(dāng)?shù)卣С?，市?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。主要劣勢(shì)是：不具有廣泛的客戶(hù)資源；不掌握核心能源技術(shù)。

(3)發(fā)電企業(yè)。主要優(yōu)勢(shì)是：擁有發(fā)電資產(chǎn)；具備電力行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累；具有電力價(jià)格優(yōu)勢(shì)；易得到政府支持；發(fā)售聯(lián)動(dòng)抵御市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。主要劣勢(shì)是：不具有廣泛的客戶(hù)資源；不具有天然氣行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)[7]。

(4)電網(wǎng)企業(yè)。 主要優(yōu)勢(shì)是：擁有電網(wǎng)資產(chǎn)；具備電力行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累；具有電力價(jià)格優(yōu)勢(shì)；擁有最廣泛的客戶(hù)資源；市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。主要劣勢(shì)是：難以得到政府支持；不具有天然氣行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。

(5)設(shè)備制造企業(yè)。主要優(yōu)勢(shì)是：掌握設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)；具有設(shè)備價(jià)格優(yōu)勢(shì)；在售后設(shè)備運(yùn)維管理、設(shè)備節(jié)能技術(shù)升級(jí)等方面領(lǐng)先；擁有一定的客戶(hù)資源，從事貼近客戶(hù)的能源建設(shè)及設(shè)備運(yùn)維等。主要劣勢(shì)是：不掌握能源資源。

(6)節(jié)能環(huán)保企業(yè)。主要優(yōu)勢(shì)是：具有節(jié)能環(huán)保技術(shù)和人才優(yōu)勢(shì)；具備一定的客戶(hù)資源和服務(wù)能力；新技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用能力強(qiáng)。主要劣勢(shì)是：需政策扶持，發(fā)展規(guī)模受限。

3 多能互補(bǔ)綜合能源發(fā)展趨勢(shì)分析

分布式能源的快速發(fā)展、能源消費(fèi)水平的升級(jí)，以及能源體制改革下能源分配者的大量出現(xiàn)，導(dǎo)致能源系統(tǒng)終端對(duì)相關(guān)服務(wù)的需求激增，呈現(xiàn)融合發(fā)展態(tài)勢(shì)，并進(jìn)一步催生出更多的能源服務(wù)新需求。以分布式光伏為近期切入點(diǎn)，結(jié)合能源監(jiān)控、光伏云網(wǎng)等平臺(tái)，針對(duì)主要用能環(huán)節(jié)滲透，進(jìn)而逐步構(gòu)建微電網(wǎng)或綠色建筑能源系統(tǒng)，提升其用能的綠色性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

綜合能源服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心是企業(yè)以高效、智能的手段滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)能源多元化需求的能力。其中，數(shù)據(jù)是挖掘用戶(hù)需求、提升服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)，信息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效、智能服務(wù)的重要手段，因此能源數(shù)據(jù)資產(chǎn)是未來(lái)綜合能源服務(wù)領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。通過(guò)用能監(jiān)控平臺(tái)，能夠以能效診斷等為抓手，延伸服務(wù)鏈條；基于廣泛布設(shè)的用戶(hù)級(jí)用能監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)建能源數(shù)據(jù)云平臺(tái)，開(kāi)展能源大數(shù)據(jù)分析與挖掘，能夠優(yōu)化生產(chǎn)生活方式，支撐政府相關(guān)決策[8]。

可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用導(dǎo)致能源系統(tǒng)源端波動(dòng)性加大，而第三產(chǎn)業(yè)的興起又導(dǎo)致需求側(cè)峰谷差不斷加大，雙端劇烈波動(dòng)下，儲(chǔ)能必將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。近中期，儲(chǔ)能將主要以大型儲(chǔ)能電站的形式出現(xiàn)，參與電力系統(tǒng)的輔助服務(wù)；遠(yuǎn)期，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及成本的不斷下降，儲(chǔ)能將成為微電網(wǎng)、建筑綜合能源系統(tǒng)、家庭智慧能源系統(tǒng)的重要組成部分，優(yōu)化區(qū)域能源系統(tǒng)運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合當(dāng)前綜合能源發(fā)展的實(shí)際情況，首先介紹了多能互補(bǔ)綜合能源的主要內(nèi)涵，并系統(tǒng)梳理了當(dāng)前相關(guān)政策環(huán)境，然后對(duì)未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行了展望，并進(jìn)一步分析了應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，以及相關(guān)競(jìng)爭(zhēng)主體的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，最后明確了實(shí)際發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)，以期為相關(guān)理論研究提供參考。本文能夠?yàn)楹罄m(xù)綜合能源的發(fā)展提供相應(yīng)參考思路，為提供多元化用能需求的綜合能源服務(wù)推廣奠定基礎(chǔ)。