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构建以光伏等为核心层的智慧能源微网 实现能源效率最大化

文章来源:能源评论 作者:【未知】 点击:次 时间:2017/11/10 15:18:08

绿色生态城区能源规划的最主要目的是实现城区能源效率的最大化,能源微网是其中一个重要的系统,在现有条件下,能源微网技术是完全可实现和可落地的。

绿色生态城区的能源规划

2016年,中国城市化率已达到56.4%。而今后二、三十年,将是中国城市化的关键时期。中国城市化的速度和规模,在人类历史上也是空前的。城市化也将成为中国经济社会持续发展的原动力之一。但在另一方面,中国的资源和环境容量都不足以支撑如此巨大的建设规模。因此,在中国287个地级以上城市中,约280个城市将“低碳”、“生态”城市作为自己的发展目标,国内几乎所有新建开发区或工业园区都制订了低碳生态发展规划。而能源专项规划则是低碳生态发展规划的重要组成。与过去电力、燃气和城市热网等能源供应侧规划不同,绿色生态城区能源专项规划是一种需求侧规划,它最主要的功能是:设定城区节能减排的战略目标和关键性能指标,集成应用低密度的可再生能源和低品位的可再生热源,将虚拟能源(即用户端的节能)作为无碳的替代资源,高效利用低碳的分布式能源热电联产DCHP,实现化石能源资源的梯级利用和热回收,预测建筑能源需求,利用布局调整、负荷参差率和同时系数使负荷平准化,实现城区能源投资的多元化、能源管理的市场化,以及清洁发展机制CDM。

可以说,如果没有上述内涵,就没有必要做能源专项规划。能源规划最主要目的是实现城区能源效率的最大化、用清洁能源、可再生能源、可再生热源和终端节能替代化石燃料能源。

具有颠覆性的能源微网

根据知名学者杰里米˙里夫金的归纳,第三次工业革命的五大特征是:利用可再生能源,将建筑转化为微型发电厂,在建筑及基础设施中使用氢和其他储能技术,利用能源互联网技术将分散的电力网转化为能源共享网络,运输工具转向插电式以及燃料电池动力车辆。

这些论述指出了未来低碳生态城区能源系统的技术路线。即产能、供能、用能、蓄能和节能相互协调统一,它很像信息互联网,把分散的用能和分布式的产能互相连通、实现共享。

提到能源的互联互通,不能不提及智能电网。所谓智能电网,是现代化的电力网,利用信息和通信技术(ICT),收集和处理供应侧和需求侧的信息,自动地提高电力生产和输配的效率、可靠性、经济性和可持续性。即智能电网是传统电力网与现代信息网的两网融合。而在低碳生态城区中还要增加智能热力网(供冷供热),成为三网融合。因此,在低碳生态城区层面,我们要构建的是一种能源微网,即融合了电力微网、热力微网和信息网的能源互联网。

城区能源微网有三个层次:核心层,以光伏、小型风电、燃料电池、利用天然气或生物质气的小微型热电联产系统等现场发电(On Site Generation)系统为核心;框架层,以分布式热泵、集成各种低品位热源/热汇的能源总线,以及蓄冷蓄热设施为框架。核心层、框架层和用户之间,热泵作为重要的联系纽带;管理层,以网络技术、物联网技术、云技术等信息通信技术为支撑,对城区能源系统进行双向管理,这种管理本质上是一种能源服务。

可再生能源和清洁能源现场发电的最大特点是不稳定性,特别是供应(发电)与需求(负荷)的不匹配,表现在时间上的不匹配与功率上的不匹配。对于热电联产系统,还有一个热与电的不匹配问题,在城区范围内,不可能将电力和供热同步用掉。按照目前的技术水平,大规模蓄电还无法实现商业化运行。而所有发电设备都有一定的热电比范围,如果发出电力用不掉,就会影响产热,致使系统无法运行。

因此,如何通过蓄能使负荷平准化、协调供应和需求,是智能电网技术中重点研究的课题,称为“智能电网备份”技术。研究中的“备份”办法有很多,例如用燃料电池、用电动汽车蓄电池等,但可以立即实现的是利用热泵蓄热从而间接蓄电,称为“智能电网备份热泵”技术。

能源微网是一种分布式供能和分散式用能的模式,而且是分层次和交互式的管理架构。

能源微网前景广阔

绿色生态城区发展的主要技术目标就是两个“提高”,即第一,提高高品位化石能源的利用效率,实现梯级利用;第二,提高低品位可再生能源(热源)的保证率,即来自可再生能源的有效能在城区负荷中的占比。利用能源微网,可以实现这两个目标。

能源微网的实现有三个重要条件,即首先,必须做到精心设计,尤其对负荷预测,不能采取单体建筑设计中粗放型的指标估算方法,应对各种工况下的部分负荷分布有详尽分析,并有相应的运行策略;其次,必须有适应本城区条件的能源管理系统;最后,必须有良好的资源和基础设施条件。

在中国快速城镇化进程中,能源微网会有很好的发展前景。


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