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你的能源你做主, 网购能源不是梦

楼主:高教学术 时间:2018-06-19 03:07:02

         Frontiers in Energy10卷第1期发表了上海市发展改革研究院能源交通研究所刘惠萍教授的综述文章Pathway to energy technical innovation and commercialization based on Internet plus DES,文中对能源互联网、分布式能源的现状和发展都做了详细的论述。

详情请访问本刊网址

http://journal.hep.com.cn/fie

经本刊编辑部邀请,刘教授撰写了以下文章,重点关注互联网+分布式能源那些事,以飨读者。该文通过梳理政策发展历程,结合国内外实践案例经验,对未来互联网+分布式能源的可持续发展进行思考,以天然气、热电(冷)联供、分布式光伏发电为主要对象进行重点分析,提出基于用户端的互联网+分布式能源商业模式新理念和建议。


昨天的故事

一、国内外分布式能源发展趋势研判

经过多年发展,各国和地区推进分布式能源系统,无论出发点如何,定义如何变化,分布式能源系统都以用户端用能更安全为第一要素,并具有以下两个特征内涵:一是靠近用户端,可根据用能方资源情况、用能特点等因素,因地制宜选择一次能源,一般采用天然气、沼气、太阳能、风能、生物质废弃物等可再生能源。 二是能直接应用,独立运行,运行方式一般为并网、离网或可上网,可以根据用能方的实际情况灵活选择应用方式。多联供设施还具有梯级利用的特性,即可利用高品位能源发电,利用低品位能源供冷、供热,系统能效可达70%以上

(一)国际分布式能源发展新特征

鉴于各国资源条件、产业特点等差异,推动分布式能源的出发点与发展历程不尽相同。美国、德国和日本发展分布式能源的原因相似,旨在鼓励使用更为高效的能源系统。丹麦则是迫于1973年石油危机发生造成其供热价格成倍增长,致使丹麦政府被迫着手调整能源结构,推行节能政策,以维护社会利益。从分布式能源的发展历程来看,各国存在异同点。2003年美国大停电事件以及2011年日本大地震事件发生后,美国和日本开始反思集中式发电,从加强电力供应安全性的角度出发,推进分布式能源的发展。而丹麦和德国均属于欧盟成员,两国将推进包括可再生能源在内的分布式能源作为达到欧盟提出的2020年基于1990年的水平减少40%温室气体排放要求的重要举措。上述几个国家在发展中都经历了电力改革、能源结构调整、政策法案出台过程。分布式能源在发展过程中曾经历过起落,而重要的是目前又从能源安全、经济、科技产业等方面考虑大力支持和发展分布式能源。

从国际层面看,在分布式能源利用成本下降的大背景下,各国的分布式能源直接财政补贴政策扶持力度有所减弱,但扶持政策并没有全面退出,转而形成更有针对性的精细化扶持政策,推动市场寻找商机,以商业模式创新带动分布式能源行业优胜劣汰。国际分布式能源政策体现三个特点:一是依然明确分布式能源的发展方向,提供电网接入和售电服务保障;二是鼓励分布式能源投融资,激发商业模式创新;三是通过政策的精准调整引导发展方向。

部分先行国家分布式能源政策梳理见表1


从各国经验来看,分布式能源将呈现以下特征趋势:

1)分布式能源已经成为全球能源转型发展的重要选择。依然明确分布式能源的发展方向,提供电网接入和售电服务保障;鼓励分布式能源投融资,激发商业模式创新;政策的精准调整引导发展方向。

2)技术进步不断推动分布式能源的商业化进程。呈现技术集成化、服务模块化特点。分布式能源的用户需求逐步从工业用户向商业、住宅用户转变,随之装机规模向小型化、模块化发展,针对个人用户,德国、日本等国的企业已经开发了模块集成化的微型分布式能源系统,以满足庞大的家用市场需求。

3)政府扶持激发分布式能源商业模式创新。鼓励以用户端为导向构建互联网+分布式能源的新型商业模式,政策扶持重点着力从安全供电、提高能效、清洁排放三方面推动。构成了一个整体性的需求侧能源供应与监管服务系统,通过后台大数据的挖掘实现新的经济价值和社会价值。这种多元的商业价值创造意味着多元的参与机制与利益分享机制,为分布式能源依靠互联网+实现规模化发展提供了有效载体。

(二)我国分布式能源政策与市场诉求研判

我国分布式能源系统发展至今已有十多年的历史,发展历程可大致划分为引入阶段、起步阶段和推进阶段。自十二五起,我国分布式能源系统的发展已进入推进阶段,扶持政策陆续出台,主要涉及天然气分布式能源、分布式光伏等。其中,《分布式发电管理暂行办法》的颁布标志着我国开始全面推进分布式能源的发展。20153月国务院发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》,这标志着我国第二次电力改革正式启动,电改的实施也成为了分布式能源发展的重要驱动力,对分布式移动能源的创新模式也将发挥指导性作用。

目前,从分布式能源发展市场诉求看大致可分为四类。

1)一是要求解决电厂、工业锅炉等燃煤污染问题,要解决用户原电力、燃气、燃煤(油)锅炉供能用途和未来用能需求。

2)二是在区域性、季节性大电网停电事故中,需要解决用户日常用电、调峰和应急备用等综合问题。如近年来,夏季多地区遭遇台风暴雨断电情况,造成地铁停运、交通信号灯应急用电出力不够,农户养殖业损失惨重等,再次引发了人们对用电安全的反思。

3)三是天然气与可再生能源的发展给优化能源结构带来了机遇,用电和用气高峰存在季节性、时段性的互补性,而大规模天然气电厂又产生气、电双调峰的新压力,发展分布式能源可缓解城市区域调峰应急问题。

4)四是在用户端发展互联网+分布式能源系统,因能而选,精准服务,提供了城市乡村用电新途径、调节了用户端电、气、冷、热能源平衡,提高效能和用能安全同时,或将实现藏能于民、形成新的经济增长点。


二、X类技术+分布式能源+互联网的技术创新

(一)分布式能源适用技术路径

分布式能源系统的定义涵盖了众多供能技术,国家《分布式发电管理暂行办法》根据各用能领域的用能特征与需求,对分布式能源系统划分了5个适用范围,初步遴选了9类目前适用技术,可为8个领域分布式能源系统发展提供参考。

分布式能源系统的适用范围,涵盖总装机容量50MW及以下的小水电;以各个电压等级接入配电网的风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等新能源发电;除煤炭直接燃烧以外的各种废弃物发电,多种能源互补发电,余热余压余气发电、煤矿瓦斯发电等资源综合利用发电;总装机容量50MW及以下的煤层气发电;综合能源利用率高于70%且电力就地消纳的天然气热电冷联供等。

分布式能源系统的适用技术,涵盖小水电发供一体化技术;与建筑物结合的用户侧光伏发电技术;分散布局建设的并网型风电、太阳能发电技术;小型风光储等多能互补发电技术;工业余热余压余气发电及多联供技术;以农林剩余物、畜禽养殖废弃物、有机废水和生活垃圾等为原料的气化、直燃和沼气发电及多联供技术;地热能、海洋能发电及多联供技术;天然气多联供技术、煤层气(煤矿瓦斯)发电技术;其他分布式能源发电技术。

总体看来,过去十多年来,我国分布式能源项目更加偏重通过技术集成为各类分布式能源系统用户服务,即X类技术+分布式能源系统+互联网发展路径。其中,利用信息技术对项目进行智能监测或监控,也主要在能源服务企业内部项目运营中实施,与用户端或多用户实现互动案例还不多。

(二)分布式能源用户选择与实施的技术关键问题分析

笔者通过多年实践和对近百个项目调研,基于目前政策环境和用户负荷需求,建议在寻找适合的分布式能源项目时,对以下五方面用户进行重点负荷分析和服务订制分析:一是对安全用能需求要求较高的用户如医院、军事基地,交通枢纽、数据中心、农业养殖、重要科研实验室;二是受气候影响较小的用户如交通枢纽,机场、火车站等;三是有工艺热电需求的用户如有稳定热需求的工业企业或工业园区;四是无大电网或大电网供电成本高导致用户侧用电价高的供电用户如野外作业、海岛、部分农村农业用电、渔业用电等;五是对节能减排有特别要求的用户如燃煤锅炉替代改造用户。

综合考虑冷热负荷、负荷稳定性、连续运行时间、用户的用能特征、系统与主机选型、分布式能源系统项目在整个工程范围内的系统集成应用以及对用户量身定做,运营维护问题。以天然气领域为例,适用领域具体排序为:工业企业、医疗设施、宾馆、数据中心、交通枢纽、工业园区、军事设施、文化设施、商务区、写字楼、市场、体育设施。

总结梳理已实施项目的投资运行经验,在气候条件、政策环境都同等的条件下,影响分布式能源市场发展的最重要的因素是资源供给、能源比价、服务能力等。在具体设计建设运行过程中,还可能面临5个关键问题:一是负荷特性问题用户通常类型较多,在系统设计中需要考虑协调冷热电调节的模式;二是主机选型问题系统类型多种多样,系统匹配提出要求高;三是环境要求问题不同区域对环保要求不同,应将系统性能与环保要求进行匹配;四是工程范围问题项目应用范围一般较广,需考虑整个工程范围内的系统集成应用;五是对运营维护团队的专业技术要求较高。

综上分析,分布式能源项目有较好效益产出的核心是全生命周期的经营管理,好方案要具有安全经济和善于服务两方面,还需抓住5个关键点

1)项目选择的关键是要滿足经济性的负荷需求。

2)项目管理难点是需求侧负荷预测与管理。

3)项目产出有效益的核心是适宜的商业模式。

4)提升项目抗风险能力要重视合同约定。

5)技术产业瓶颈突破关键在人。

今天的实践

一、互联网+分布式能源+X的技术集成与商业模式创新案例

在互联网+智慧能源的推动下,新一轮分布式能源发展将会更加注重用户端的诉求,注重精准服务,利用互联网+分布式能源思维模式去创新商业模式。下面就近年上海及业内相关企业创新案例进行模式特点梳理和案例分析:

(一)区域分布式能源系统

1、上海虹桥商务核心区(一期)区域供能系统

它是以冷热能源供应为主的区供能形式,其南北有两个能源站,每个能源站包含燃气分布式系统、水蓄冷系统,结合常规电制冷、锅炉等,满足区域内200万平米建筑的所有冷热需求、生活用水及部分电力需求。在条件允许的情况下,此类项目还可采用分布式光伏、储能、地源(水源、空气源)热泵等技术,在能源供应环节做进一步整合。

另外,在虹桥商务核心区(二期)、西虹桥,世博A片区、B片区、前滩和徐汇滨江等CBD区域,由申能、申虹、国电投等投资建设了多个以分布式能源为核心的多能互补区域能源供应系统,满足区域内冷、热、电等多种用能需求。

2、中科院高等研究院绿色智能城网示范

项目由中国科学院高等研究院承担,上海普天技术支撑,实现了涵盖产能、供能、蓄能、用能及节能技术“五能合一”和微热网、微电网、信息网“三网互联”的区域型能源互联网雏形,建立了根据区域用户特点,涵盖能源需求端生产、分配、供应、服务和运营全流程的系统解决方案。对基于用能侧动态需求分析的热-电智能调配技术和基于风--市电混合供电的智能化双向电动汽车充电站系统技术,区域能源管理与运行等一系列关键技术进行了研究验证。


图2 智能城网模式

3新奥的泛能网+协鑫的分布式微能源网

新奥的泛能网将冷热、燃气联系起来,开发冷热电联产项目,将燃气、冷、热、电一起销售给用户。协鑫的分布式微能源网按照六位一体模式实施:将天然气热电冷系统、光伏发电、风能发电、储能技术、节能技术、低位热能结合为一体,提供多种能源服务。由于前一阶段受到燃气价格高、电力并网(售电)制约等因素影响,此类项目推进较为缓慢。

(二)以新能源为主导的“互联网+”案例

1、远景能源—— 互联网+风电、光伏模式

新能源以光伏或者风电为主,以远景能源为例。它对风力发电和光伏发电的信息化系统进行深度开发,通过对新能源发电系统的设计、运行数据进行采集,并与天气、地理数据整合形成大数据,并在此基础上进行负荷预测、发电预测和运行控制,打通并优化能源生产和消费端的运行效率。同时为用户提供风力发电站选址、风机安装、风力发电站优化运行等一揽子服务。

2、国家973计划——大规模非并网风电基础研究

江苏省宏观经济研究院院长顾为东博士主持的国家“973”计划大规模非并网风电基础研究项目,以产业能源互联网系统为理论,研究了相关技术路径和实践,形成多能源协同供电核心技术模式,分布式风电——开展试点项目就近为电解铝、氯碱工业、海水淡化、制氢、煤化工、冶金、新能源汽车等高耗能产业圈服务。创新多个产业分布式能源新模式。

   (三)垃圾处理场立体式新能源产业基地示范

上海老港生活垃圾填埋场,坐落在东海边,日处理生活垃圾占全市垃圾产出量的70%以上。其主要供能模式为:垃圾填埋气分布式能源系统(地下)+垃圾焚烧+风电(海边空中)+太阳能利用(填埋场土地上)。

   (四)“车船屋储”智慧能源服务+电池梯级利用案例

为上海混合电动公交车(电池+电容)提供动力集成系统的上海瑞华集团在商业模式上也进行了创新,采用电池租赁+汽车能源智能服务模式。公交企业将以往使用燃油车的运营维保等费用交给瑞华作为租赁电池与购买服务费用。在这个模式下,双方可实现共赢。这种电池租赁+汽车能源智能服务模式,可为公交用户提供全生命周期服务。同时,瑞华建立车船屋储智能微网系统(图3),开展电池梯级利用,支持分布式能源系统+储能接入和智能监控,服务导航方便用户互动和灵活切换。如将为电动汽车和电动船提供租赁服务的电池梯级利用,给商务楼宇夜间低谷储能,白天高峰供能,达到削峰填谷的目标,提高电池利用率的同时也实现了建筑节能。


图3 “车船屋储”智能微网系统模式


(五)工业型分布式能源技术与智慧能源产业服务案例

1、老港工业区分布式能源项目

项目位于老港工业区,围绕上海工业燃煤锅炉清洁能源替代目标,是上海首个工业园区天然气分布式能源国产燃气轮机应用的示范项目,由上海同祺新能源、株洲中航动科、老港工业园区等产、研、用单位成立园区能源服务公司——敏欣能源科技,实行投资多元化、服务专业化的合作模式。项目于2015年底建成,由敏欣能源运营的分布式能源站来满足用户蒸汽、电力、热水的用能需求,实现了区内用户原自备的25台(套)燃煤锅炉的清洁能源替代。与企业自备燃气锅炉模式相比,至少能降低企业25%的蒸汽成本,减轻了企业的经济负担。同时,项目致力于通过区域多用户负荷协同智能控制,打造分布式能源核心装备国产化创新资源集聚地,构建工业型分布式能源技术与智慧能源产业服务平台。


图4 老港工业区分布式能源项目运营模式


2、莘庄工业区分布式能源项目

莘庄工业园区的区域能源项目由华电新能源占股90%和申能能源10%参股的上海华电闵行能源有限公司开发。该项目预计替代闵行区现有燃煤锅炉120台,受益企业81家,替代燃煤量39.6万吨标煤,燃机设备使用华电GE合资公司的燃气机型(2[6] ×60MW)。

  图5 莘庄工业区分布式能源项目运营模式


(六)“互联网+”新能源汽车生态产业链全新商业模式

1、上海松江分布式光伏+储能结合的智能充电站

分布式光伏+储能结合的智能充电站(图5),于2014年底在上海松江投运。充电站顶棚是一套10千瓦的光伏发电系统,最大转化效率可达22%,通常每天所发的电量可以满足2.5辆电动汽车的充电需求。该充电站与电网并网运行,遇阴雨天太阳能不足或者充电车辆较多,系统就会自动切换到电网供电,储能作为应急备用。用户可以通过手机APP等可以查找附近的充电设施,进行导航和预约充电。充电中可随时查看充电进程,可实现银联闪付等多种手机支付方式。该项目探索了基于互联网+”,光伏发电与新能源电动车相结合的全新商业模式。


图6 “跳”出电桩“谈”电桩


2、普天新能源——新能源汽车运营平台网络

在充电桩产业链中,充电运营服务环节至关重要,因其决定着行业的整体盈利模式。普天新能源有限责任公司以新能源汽车充电网络建设、运营和服务为主业,致力于通过建设全国性新能源汽车运营平台网络,提供专业化、网络化的运营服务。2011年,普天以大运会为契机,率先在深圳建立基于网络化运营管理的充电基础设施,对新能源车辆行驶和充电设施运行进行实时监控,自动采集信息并分析各类异动数据,确保电动车充电和运营的安全性,提高运营服务质量。截至20147月,普天在深圳市内已建成直流充电站共74座,900多个充电桩,可供给全市3700辆新能源汽车充电需求,深圳已成为全国最大规模的新能源汽车充换电运营网络城市。未来随着新能源车在城市业务的推广发展,将逐步与新一代城市智能交通相融合,形成综合型城市信息服务能力。


         图7 充电运营服务及电桩运营模式


明天的愿景

一、“互联网+”商业模式思考

《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》 (中发〔20159号)文,进一步加快推动电力行业市场化革命的步伐。标志着我国第二次电力改革正式启动。进一步放开电力市场,用户或将可以自由选择供电商或直接与发电企业采用双边交易模式,供电企业的竞争能力将不仅体现在电价低廉、供电稳定这两个方面,需求侧管理、节能服务,个性化解决方案等都将是影响供电企业能否实现市场拓展,稳定客户资源的重要因素。电改9号文的发布无疑优化了互联网+分布式能源发展的外部政策环境,各类售电与能源服务企业应运而生,互联网与分布式能源的融合可以提高系统的智能水平和价格透明度,系统各环节的运行更经济、更协调,共享性更好。

“互联网+”实际上是把互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合,推动技术进步、效率提升和组织变革,提升实体经济创新力和生产力,形成更广泛的以互联网为基础设施和创新要素的经济社会发展新形态。《关于推进互联网+”智慧能源发展的指导意见》 发改能源〔2016392)文,2016-2018年,将重点开展试点示范,2019-2025年,发展的重点是推广应用。坚持基础开放、大众参与、探索创新、市场驱动、示范先行、科学监管的原则。互联网+智慧能源的发展模式,将重点探索关键技术产业指南与重点行业区域示范应用。

(一)区域能源互联网构架下的综合能源服务

在互联网+模式和电改推动下,同时,受环境政策约束,越来越多的国家级和省级开发区、CBD将不允许使用燃煤,而区域内用户往往存在较大的用热(冷)需求,因此,以燃气分布式能源系统为枢纽,整合分布式光伏、空气源热泵、储能等供能技术,并与互联网+有机结合,形成一种主要的“互联网+”商业模式:区域能源互联网。

区域能源互联网的核心业务内容是为用户提供综合能源服务,包括提供:冷、热、电、气、水等综合能源,以及提供咨询、工程、节能改造、融资租赁、碳金融等综合服务。传统能源产业,包括:电力企业、电网企业、燃气企业、设备商、ESCO(节能服务公司)、系统集成商以及专业设计院都在策划综合能源服务转型。

综合能源服务公司的核心竞争力,笔者认为主要有两方面:一是在收益来源方面。收益来源体现在三个要素:电源、配网和大用户。二是获利能力方面。获利能力体现在三个要素:技术、资金和资源。首先技术层面需突破,包括负荷预测、运行优化等技术能力;其次资金方面需稳定的融资平台和融资渠道;最后资源方面需掌握园区等用户,或与上下游的电力、燃气或热力相互联系。开展上述业务关键是资源整合。

(二)互联网+新能源构架下的大数据服务

另一种主要的互联网+分布式能源商业模式是结合能源的市场化、民主化、去中心化、智能化、物联化等趋势,用先进的传感器、控制和软件应用程序,将能源生产端、能源传输端、能源消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来,形成了能源互联网的“物联基础”。能源互联网通过整合运行数据、天气数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等,进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学习,打通并优化能源生产和能源消费端的运作效率,需求和供应将可以进行随时的动态调整。


二、建设互联网+分布式能源生态圈

在国家政策推进下,基于互联网+分布式能源的各类能源服务企业迅速发展,市场活跃度不断提高。各类能源企业以发展分布式能源为重要契机,拓展业务板块,延伸企业价值链。为了更好地推进分布式能源服务产业发展,上海市分布式能源产业技术创新战略联盟于2014年筹备启动,2015年正式获市科委批准。联盟以国家能源战略和上海市科技创新中心建设需求为导向,以企业为主体,以形成产业核心竞争力为目标,围绕优化分布式能源产业技术创新生态圈及“产学研用金”结合机制,共同致力于突破分布式能源技术创新和产业发展的瓶颈,提升上海市分布式能源产业整体水平。

利用互联网新思维,致力于打造互联网+分布式能源联盟集群创新文化品牌,从规划设计、建设运营、管理服务、监测评估、文化宣传,构建教育培训平台、标准宣传平台、国内外学术交流平台、文化创作平台、文体活动互动平台、职业人才实训交流平台、承担科普启蒙平台、政策宣传平台、节能环保健康平台、学生实习平台构建十大联盟服务平台,并从宣传推广模式创新角度考虑,将分布式能源创新技术以及所带来的生活新方式以更生动的形式向大众展示,引导人们创建一个更安全、更高效、更清洁的生产生活环境。


三、用户导向——网购能源不是梦

互联网+分布式能源产业技术创新,以用户端需求为导向,精准便利服务为先。用户端能源品种及技术种类选择不以多为优,要用4E要素来优选项目与技术路线,4E要素即能源(energy)可获得性、环境(environment)友好性、经济(economy)性、使用便利(easy),实现安全、清洁、高效、经济、智能、灵活的目标。

基于用户端个性订制的智能能源模块化、菜单式服务将是分布式能源系统的重要服务方式。以安全为本,从可靠供应出发,因地制宜、因能而选、多能互补的设计将会成基本菜单。从外出便携式、手提式到居家即插即用型的智能技术模块,智能电表、智能气表、智慧能源网线上线下互动、多能共享、现代服务方式将会成通用标配。从农村偏远无网电区到无人值守重要基地能源站,都将成为分布式能源主要用户之一。网购能源不是梦终将实现

基于用户端的分布式能源发展,让用能方有了主人翁意识,还能源商品属性,藏能于民,不仅是解决能源问题,而且也是推动全民自主创新的机遇,特别对推动农村能源发展和促进就业,一批被服务的用户或将会转化为服务他人的新生力量,电能服务结合“电商、电桩”下乡进村,或将在城镇乡村产生“三电”融合新业态、新经济。未来分布式能源服务业,会以你的能源你做主,你用能源我服务这样一种新思维、新理念去推进,分布式能源行业发展的新模式将会引领新型的生活方式。随着互联网+”战略推进,互联网+分布式能源生态圈逐步完善,如何在能源这场革命中,把握市场机遇,选准切入口,投身于分布式能源行业,在技术和商业模式上创新,获得多赢,值得谋划。

 

作者简介:

刘惠萍 教授级高级工程师,上海市发展改革研究院能源交通研究所副所长

 

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