國內綜合能源項目技術模式及開發建議研究

(深圳能源綜合能源開發有限公司,廣東深圳 518031)

綜合能源系統是指一定區域內利用先進的物理信息技術和創新管理模式，整合區域內煤炭、石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，實現多種能源子系統之間的協調規劃、優化運行，協同管理、交互響應和互補互濟。在滿足系統內多元化用能需求的同時，要有效地提升能源利用效率，促進能源可持續發展的新型一體化的能源系統，應該來說是能源供應體系的一次革命。

從形式上來分，綜合能源可分為能源供應型綜合能源、節能優化服務型綜合能源兩種形式。能源供應型綜合能源系統：以多種能源協調互補、能源環保可再生、源網荷一體化、區域小型化、用戶親和、信息互聯智能為主要特點的現代化能源供應體系。從規模上可分為跨區級、區域級及終端級綜合能源系統。節能優化服務型綜合能源：是指面向用戶以節能優化為主要形式的服務型能源業務。

1 國內綜合能源相關政策研究

2015年以來，隨著國家能源改革呼聲的高漲，國家發布多項與綜合能源相關政策，多能互補集成化示范確定首批終端一體化集成供能系統17個；新能源微電網示范確定首批28個示范項目；互聯網+智慧能源示范確定首批55個示范項目。國家政策對綜合能源項目的開發和推廣是積極引導的，但是落實到地方和具體項目還有一個落實、明確和貫徹的過程，未來政策層面會越來越明確。

2 能源供應型綜合能源所涉及的技術

綜合能源所涉及環節為“源網荷儲”+綜合能源互聯網平臺五個環節，相關具體技術本文將從五個環節分別介紹分析。

2.1 源側

綜合能源源側包含光能、風能、電能、熱能、冷能、燃氣、氫能等多種能源形式的轉換設備，包含燃氣冷熱電CCHP、光伏發電、風力發電、熱泵（水、地、空氣、余熱）、鍋爐、光熱、潮汐能發電、氫燃料電池等多種能源技術，其中以光伏、風電、熱泵、燃氣冷熱電三聯供系統為主要系統設備。

（1）光伏：2018年起國內光伏市場發展趨緩，原因為光伏補貼下降，項目投資收益不明顯，目前光伏由于發電成本高，無法與傳統煤電抗衡，未來光伏發展方向以分布式光伏、自發自用形式為主。

（2）風力發電：風力發電技術成熟，國內于18年底開始實行風電集中競價核準機制，未來風力發電趨向平價上網，然而由于設備投資成本高，風力發電成本仍無法與傳統煤電抗衡，分布式風電隔墻售電方向發展是風力發電的趨勢。

（3）燃氣冷熱電三聯供（CCHP）：是實現燃氣與電、熱、冷實現能量轉換的關鍵設備，所以CCHP在綜合能源系統中起著關鍵作用。設備主要由燃氣原動機+余熱利用設備構成，通過原動機發電，原動機余熱利用實現供冷供熱，由于對燃氣的階梯利用，系統整體能源利用效率可達80%，設備電力裝機容量100kW-100MW之間不等，設備主要排放物為NOX，燃氣輪機約50mg/Nm3，內燃機約250mg/Nm3，故內燃機設備通常需要設置脫硝裝置。CCHP在國外應用廣泛，技術成熟，但國內則應用較少，原因為國內缺油少氣，燃氣價格高企，利用燃氣制電冷熱無法與傳統煤電成本抗衡。

（4）熱泵：是實現電能、熱能、冷能轉換的關鍵設備，熱泵根據熱源側介質不同分為地緣熱泵、空氣源熱泵，電空調屬于空氣源熱泵一種，由于土壤和水的環境溫度較穩定，地緣熱泵的制熱制冷效率理論上要優于空氣源熱泵，根據相關數據分析，地緣熱泵系統效率比空氣源熱泵高40%。目前由于地緣熱泵初始投資高，系統建設復雜，國內公共建筑空調仍以傳統空調為主。

（5）氫燃料電池：是實現氫能、電能轉換的關鍵設備，氫燃料電池目前主流技術以日本豐田MIRAI汽車用燃料電池為主流技術代表，電池功率達到100kW，能量轉換效率達到70%，可以期待未來氫能在交通領域的應用將會很廣泛，但由于氫燃料發電成本高，國內氫燃料發電未有相關支持政策，氫燃料電池在發電領域目前并沒有較大突破。

2.2 網側

綜合能源網側主要包含供電、供氣、供冷、供熱、供氫氣等供能網絡，技術形式以綜合管廊、高精度能源流量傳感器等為主。

2.3 荷側

綜合能源荷側主要包含電負荷、冷負荷、熱負荷、天然氣負荷等，技術形式主要以充電樁、智能照明、智能電器、建筑節能、加氫站等為主。

2.4 儲能

綜合能源儲能環節主要包含儲電、儲氣、儲冷、儲熱、儲氫等儲能形式，技術形式以鋰電池儲電、天然氣儲氣罐、冰/水蓄冷、熔融鹽/熱水儲熱、儲氫罐等技術形式為主，其中冰/水蓄冷、天然氣儲罐應用成熟，鋰電池儲電等技術由于成本高昂，尚未普及。

2.5 綜合能源互聯網平臺

綜合能源信息服務平臺主要包含能源監測、能源分析、能源調度管控、能源客戶終端服務功能，技術形式以SCADA作為基礎層，采用互聯網或租用運營商無限公網5G信息傳輸，基于Hadoop大數據存儲機制，通過HTML5、OBject-c等前沿技術支持移動終端。

3 節能優化服務型綜合能源技術

節能服務型綜合能源涵蓋了上文能源供應體系中各環節的節能應用，所以其技術涉及面較廣，目前主流節能服務技術分為能源生產、供應、消耗環節三大類。

（1）能源生產側節能：面對發電企業、石油化工企業等主要能源供應企業，在能源供應側實現能源生產效率提升。

（2）能源供應側節能：面對輸配電、供暖供冷管網、天然氣管輸等能源配送網絡，在能源供應側實現減少輸配損失。

（3）能源消耗側節能：面對企業、住宅、公共建筑，以建筑暖通、動力、電器等環節節能優化。

在此處僅介紹幾種主流節能技術：面向用能用戶的電機變頻技術、建筑節能技術、LED照明、熱泵、天然氣冷熱電三聯供技術、面向電網的直流高壓輸電技術，面向電力企業的水泵變頻改造，燃氣輪機熱電聯產改造，面向石油化工企業的有機朗肯循環余熱利用技術（ORC）等等。

4 目前典型的區域型綜合能源系統構成

4.1 基于微電網的微能網

國家政策文件定義微電網構成，35kV電壓等級一下，容量20MW以內配網，可再生能源裝機占比50%或綜合能源利用效率70%以上的燃氣冷熱電三聯供系統，搭配一定儲能系統。基于微電網供電范圍外，拓展范圍內供冷、供熱、供天然氣、供氫等多能源形式的微能網（微型綜合能源體系）。

4.2 多能互補+增量配電網

圖1 綜合能源典型架構

國家政策文件定義增量配網包括新建增量配電網、混合所有制方式投資配電網增容擴建和電網企業存量資產外的存量配電網。原則上指220（330）kV及以下電壓等級工業園區（經濟開發區）等局域電網，不涉及220kV及以上輸電網建設，以增量配網范圍為主要供能區域結合區域內設置的風電、光伏、天然氣分布式能源站等搭建多能互補綜合能源體系。

圖1為典型的以冷、熱、電、燃氣、風能、太陽能為主要能源形式，以天然氣冷熱電、光伏、風電、熱泵、電制冷技術構建的綜合能源系統。

綜上所述，從電網角度看，受政策所限，綜合能源分為微電網項目和增量配電網項目，由于增量配網項目推進難度較大，且增量配網涉及范圍廣，電壓等級高，并不適合分布式能源的定義。

4.3 微能網綜合能源項目

未來能源供應型綜合能源形式以微能網（基于微電網）形式為主，以深圳海洋新城為例，在7平方公里范圍，設置2-4個微能網能源站，通過微能網能源站實現對周邊2-4公里范圍內熱、電、冷、燃氣甚至氫氣的多能源供應，區域內多個微能網實現互通互聯組成區域內微電網群（能源區塊鏈），由此搭建區域綜合能源供應體系。微能網結構設想：

源側：以光伏、風力發電機、潮汐發電等可再生能源為主，天然氣冷熱電三聯、城鎮燃氣、熱泵、水解制氫設施為輔的能源供應設施，設施大部分布置于微能網能源站內，部分設施可布置于用戶側；

網側：以綜合管廊為主要電熱冷氣輸送設施，布置于區域內地下；

儲能：以冰/水蓄冷裝置、可更換電池充電設施、儲氫罐為主要儲冷儲電儲電設施，設施大部分布置于能源站內；

荷側：以加氫站和可更換電池充電設施為主要用能設施，布置于能源站內或周邊合適地點；

綜合能源互聯網平臺：實現對各能源系統統一調配、協同優化，同時提供面對用能用戶的終端服務功能的信息采集處理設施，布置于能源站內。基于平臺對區域內各能源環節數據的分析，為系統內各能源環節提供優化節能服務，最終實現節能服務型綜合能源與能源供應型綜合能源相結合的綜合能源體系。

5 國內相關綜合能源項目開發的思考和建議

（1）從綜合能源理念上，在能源供應型綜合能源、節能服務型綜合能源兩種不同形式綜合能源業務同時開展業務開發。從形式上看，能源供應型綜合能源屬于重資產業務，節能服務型綜合能源業務屬于輕資產業務，兩者在開發模式、運營模式上千差萬別，是兩種完全不同的業務，需要區分對待，可以考慮做互補；

（2）能源供應型綜合能源以能源可再生、多能源互補、源網荷儲一體化、區域小型化、用戶親和、智能互聯網為主要特征。考慮消費者需要、社會政府需要、能源生產者需要，未來能源體系需具有能源可再生、多能互補、源網荷儲一體、區域小型化、用戶親和、智能互聯網主要特點，設計具體技術方案；

（3）未來能源體系所具備的首要特征是可再生，可再生能源綜合能源利用以達到裝機比例提升是可再生能源二次發展的必要條件，故基于新能源業務拓展綜合能源項目是各電力公司普遍做法，能夠在現有業務上進行產業鏈延伸和拓展；

（4）項目開發模式上以政府規劃階段介入為主，通過合作并購快速具備綜合能源業務能力。目前應集中在經濟發達地區，能源消費價格承受力較強的地區，比如粵港澳大灣區、長三角地區和雄安等環京津冀地區。以經濟發達地區的新建工業園區、經濟開發區，以及北方清潔供暖需求地區為主要目標市場；

（5）項目商業模式上積極探索B2C、C2C、能源眾籌、能源云服務、能源大數據等能源互聯網商業模式；同時基于碳資產交易、綠色電力證書等現有能源環保機制挖掘能源環保收益，探索基于能源供應帶來的如地產、旅游等增值業務收益。