探究智能电网中清洁分布式能源的优化利用策略

摘要：时至今日，分布式发电已经发展成为一系列小规模的模块化发电装置，在接近消费者的地点提供电力。本文就我国分布式能源发展状况及分布式能源的关键技术进行了探讨。

关键词：智能电网;清洁分布式能源;关键技术

前言

在国内业界，提起分布式能源系统一般就会马上联想到燃气热电联产或冷热电联产。国内区域开发项目规模都比较大，因此，某些数十km2范围内新建容量数十MW的中规模热电厂也被当成分布式能源项目。又因为区域开发项目主要是商务区开发，以建筑用能（供冷供热）为主，因此，分布式能源又被看成区域供冷供热系统的冷热源之一。

1我国分布式能源发展状况

随着我国持续推进能源供给侧结构性改革，推动能源发展方式由粗放式向提质增效转变，天然气、光伏、地热能等分布式能源，已成为我国应对气候变化、保障能源安全的重要内容，势必会在新一轮能源消费结构中占据重要地位。截至2017年，我国累计分布式装机容量为16.58亿kW。北京、上海和广州等地率先开展了多个分布式冷热电三联供系统的示范性项目建设，取得明显的经济效益、环保效益和社会效益。据统计，2017年燃气发电、风电、光伏等各类能源利用形式在国家政策调控下各有增长，其中光伏发电增长尤其迅速。2018年光伏分布式能源新增装机量达到20.96GW。随着我国能源结构的不断调整，城镇化率不断提高，分布式能源潜在市场广阔。但总体而言，我国分布式能源产业发展仍处于初期，存在受政策影响程度大、缺少整体发展规划、核心设备需引进等问题。针对于此，国家及地方正在积极出台相应政策，完善指导和推动分布式能源的健康高效发展;国家发展与改革委员会、能源局联合发布《依托能源工程推进燃气轮机创新发展的若干意见》，推进分布式能源基础装备研发制造，同时鼓励与拥有先进分布式能源技术的国外企业开展国际合作。随着竞争性电力市场的开放，“互联网+”智慧能源示范项目、多能互补集成优化示范工程效果逐渐显现，我们分布式能源市场正快速打开。

2分布式能源的技术路线

2.1去中心化

第一代本质上还是集中式系统，只是能源中心的位置靠近用户;第二代有多个能源中心，相比第一代，这些能源中心更加接近用户。而第三代系统中能源终端用户同时又是能源生产者，通过分散的屋顶光伏和小型燃料电池产生电力和热能，形成能源“产消者”，能源生产贴近用户。产消者之间通过能源互联网进行能源的传输、配送和交易。被称为去中心化系统或分散式系统。

2.2脱碳

能源脱碳是分布式能源的基本目标。实现能源系统脱碳，首先是城区内产业、建筑、交通的全面节能，实现高能效、低负荷。即节能是分布式能源的基础。其次是利用园区内现场生产的可再生能源，实现资源共享。再次是利用邻近园区的未开发和受污染土地（棕地）开发可再生能源。最后是通过购买绿电和绿色能源，利用非本地生产的可再生能源。集成利用可再生能源，是分布式能源的标识。

2.3数字化

数字化是能源系统的基础。泛在网络技术就是第三代能源系统的管理系统架构。它是在传感器网（分布在用户端的智能检测设备、无线传输检测系统，以及智能电表）和物联网（在传感器网基础上增加RFID射频、环境识别、视频监控、行为感知等技术）之上，加上数据采集、整理、分析功能，打通能源系统的源、网、荷、储各个环节，实现优化运行、智能调节。泛在管理系统应具备以下功能：1）兼容各种设备和系统的网络协议;2）通过物联网（IOT）实时监测系统的平衡和能耗状况（包括用户行为），并及时给出运行策略和解决方案;3）大数据的收集、整理、储存和分析;4）利用区块链等技术实现点对点的能源交易。

2.4资源集成共享

分布式能源系统遵循综合资源规划原则，在城区层面上共享资源：①通过城区智能微网，共享整个城区低密度可再生能源发电资源;②通过城区能源总线，共享整个城区低品位可再生热源，作为热泵的热源/汇;③通过系统配置，将城区超低能耗建筑的降负荷量视为虚拟电厂，将建筑节能量视为新增能源;④通过能源管理，使系统运行成本最小化，使各利益相关方共享节能成果。系统资源集成共享，需要能源规划和空间规划的协调，需要能源管理系统和用户行为的配合，也需要相应的激励政策和技术措施的引导。

2.5节能资源化

通过建筑节能实现的负荷降低，相当于建设了一座虚拟电厂（又称为“能效电厂”），其节能量被视为煤、石油、天然气、核能、可再生能源之外的第六大能源。将节省的资源统一作为一种替代资源看待，这也是需求侧能源规划理论的核心。

2.6主要服务于城市建筑

由于可再生能源能量密度低，所以第三代分布式能源更适合作为单位能耗强度比较低的建筑能源，以满足低品位、低强度、低压的用能需求。而且更适用于相对低密度的城市形态，以及既有工业建筑的转型和棕地的再生。

2.7优先使用自发电力，能源梯级利用

分布式能源系统首先是分布式发电系统。在现场生产的能源中，品位最高的就是电力。因此，第三代分布式能源的技术重点是优质能源电力的优先自用，然后再是余热废热的回收利用。城市能源中主要的能源需求是建筑用能，建筑用能中占比最大的是供冷供热。因此，第三代分布式能源系统中热泵是主要的组成。笔者曾经比喻过：自发电力驱动热泵，好比自家酿酒（电力）自己喝，无论在技术上还是在经济上都是最佳的方案。

2.8输电储热

在第一、二代分布式能源系统中，供热（冷）是主要任务。第一代系统电力主要上网，第二代系统电力主要并网。自发电力不出机房直接進入配电网甚至输电网，而远距离输送热水（蒸汽）或冷水会产生很大的输送损失。电能便于远距离输送而难以储存，热能易于储存而难以远距离输送。因此，第一、二代系统实际上是“扬短避长”，增加了不必要的能耗。而这主要受到电力上网政策的影响。第三代分布式能源系统中将所发电力用来驱动建筑内或邻近建筑的热泵机组，大大缩短了冷热输送管道长度。并根据建筑和建筑群的负荷特点，通过蓄热间接储电。

结束语

我国的主要城市正在逐渐形成分布式能源网络，目的是将多种能源和信息网络高度融合，形成新型智能化的能源网络系统。多能源作为能源互联网的物理载体，需要对系统的模型、运行特性、动态行为和稳定性等关键理论与技术进行深入研究。

参考文献：

[1]朱晓军，朱建华，朱振旗，等.分布式能源网络系统总体架构[J].科学通报，2017，62（32）：3659-3682.

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