綜合能源系統探討

曹煜祺

摘 要：面對資源緊缺、燃料價格昂貴、環境影響帶來的一系列問題，開發一個能源生產、分配、消費更加有效的系統顯得尤為重要。本文簡單探討綜合能源系統的基本概念、主要特點以及發展現狀。

關鍵詞：綜合能源系統；能源綜合利用；可持續性發展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.218

0 引言

面對世界范圍的能源危機和環境惡化，為滿足人類社會日益增長的能源需求及追求健康生活的基本訴求，人類轉變觀念不斷追求可持續性發展。綜合能源系統概念的提出旨在追求建立一個統籌石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，實現多種異質能源的協調規劃，互補互濟的綜合能源系統，在滿足系統多元用能需求的基礎上，追求提升能源利用效率。與傳統的能源系統不同，綜合能源系統利用現代的網絡通信技術將一個終端處甚至一個地區、一個國家原本各自獨立的子系統緊密地聯系在一起。隨著能源系統的深刻變革，技術與制度也將進行深刻的變革，破除層層壁壘最終實現多種能源的協調規劃與綜合利用，也必將帶來更多的商業發展機會。

1 基本概念

傳統上的能源系統如天然氣系統、供暖系統、制冷系統等，它們互不干涉，各自獨立運行，彼此缺乏協調從而導致能源利用率不高、供能可靠性也較低。隨著20世紀中期以來計算機、自動控制、通信、數據網絡等技術的快速發展，促進了能源領域的快速發展[1]。目前綜合能源系統仍缺乏統一的定義，廣義上講，綜合能源系統涉及多種能源的生產、輸送、分配及最終消費等多個環節較為復雜，研究初期均選擇從終端處入手[2]。美國能源部在2001年提出綜合能源系統發展計劃，重點研究并推廣冷熱電三聯供技術[3]。加拿大于2009年提出構建覆蓋全國的社區綜合能源系統（ICES）[4]。

2 主要特點

2.1 提高能源利用效率

不同異質能源之間相互協調，以獲得較高的能源利用率。如熱泵（heat pump），熱泵工作時消耗很小一部分電能，從環境介質（如土壤、水、空氣等）中吸收4-7倍的電能，能極大地節省能耗。熱泵按種類分有空氣熱泵、水源熱泵、地源熱泵等，應用前景十分開闊；如熱電聯供系統，發電機發電產生巨大熱量，對產生的熱量利用起來用于供暖，可大大提高能源利用效率。

2.2 提高供能的可靠性

各能源子系統相互間緊密聯系，大大提高了能源供應的可靠性。當某一能源系統出現故障時，系統內通過能源儲備或其他能源子系統的能源轉換來保證緊急情況下供能的可靠性。此外，由于風能、太陽能、生物質能等可再生能源供能具有明顯的間歇性與波動性，對供能網絡會帶來很大的沖擊，結合電能等進行削峰填谷、綜合利用以達到穩定供能的目的。

2.3 促進相關能源產業發展

綜合能源系統技術的推廣必定會促進相關科技領域及市場的快速發展。為了實現不同種能源之間的優化利用，異質能源間的耦合技術得到了快速發展，如目前的冷熱電聯供、熱泵技術等；為了切實提高不同種能源間的可替代性與互補應用的水平，能源儲備與能源轉化技術也是科研人員研究的重點。

2.4 加快管理體制與市場體制的改革

現有不同能源的管理體制與市場體制各自獨立，沒有統一的價格衡量標準和市場規范，也沒有統一的調度部門，注定不會適應協調調度、統一管理的綜合能源系統。綜合能源系統的推進也必將會引起管理體制與市場體制的深化改革。

3 發展現狀

3.1 政策支持

國家出臺大量政策，大力支持綜合能源產業發展，2011-2012年中央給18個省“三款科目”撥款818.83億元，用于推動工業、建筑等領域節能降耗，支持可再生能源發展。2017年4月國家起草了《關于促進可再生能源供熱的意見》來推進北方地區冬季清潔取暖。2017年12月，國家通過免征部分新能源汽車車輛購置稅來促進系能源汽車產業發展。

3.2 示范工程舉例

在綜合能源系統方面，歐洲起步較早。丹麥目前采用獨立供暖和區域供暖兩種供暖方式，以減小燃氣供暖比例，增加電能、生物質能和熱泵等供能方式比例。由德國經濟和環境部發起的E-energy項目則致力于構建一個基于ICT的能源系統，促進通信領域與能源領域的互利共贏[5]。在國內，北京延慶縣憑借當地豐富的可再生能源，構建起了基于大數據技術的能源結構[6]。 上海迪士尼樂園采用分布式能源技術，能實現供冷、供熱、供電和壓縮空氣聯合供應[7]。

4 結語

本文淺層次地介紹了綜合能源系統的基本概念、主要特點和發展現狀。在能源日益緊缺的現狀下，綜合能源系統憑借其較高的能源利用效率、可靠穩定的供能特點已經成為了未來能源系統的發展趨勢，也是世界各國研究的熱點。綜合能源系統的大規模應用對于中國實現節能減排目標，促進社會的可持續性發展具有重要意義。

參考文獻：

[1]余曉丹，徐憲東，陳碩翼等.綜合能源系統與能源互聯網簡述[J].電工技術學報，2016，31（01）：1-13.

[2]賈宏杰，王丹，徐憲東等.區域綜合能源系統若干問題研究[J].電力系統自動化，2015（07）：198-207.

[3]Transmission O O E.Grid 2030：A national vision for electricity's second 100 years[J].2003.

[4]Natural resources Canada， Integrated community energy solutions-aroadmap for action[EB/OL]，http：//oee.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf

[5]吳建中.歐洲綜合能源系統發展的驅動與現狀[J].電力系統自動化，2016（05）：1-7.

[6]黃仁樂，蒲天驕，劉克文等.城市能源互聯網功能體系及應用方案設計[J].電力系統自動化，2015，39（09）.

[7]彭克，張聰，徐丙垠等.多能協同綜合能源系統示范工程現狀與展望[J].電力自動化設備，2017，37（06）：3-10.