《電子技術(shù)應(yīng)用》
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國網(wǎng)能研院董事長 張運(yùn)洲:我國綜合能源服務(wù)一體化發(fā)展模式研究

2019-06-13

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  隨著能源體制變革、技術(shù)發(fā)展、系統(tǒng)形態(tài)升級,綜合能源服務(wù)進(jìn)入快速發(fā)展階段。作為滿足用戶多元化需求、拓展能源企業(yè)盈利空間、提升社會整體能效的重要抓手,綜合能源服務(wù)吸引了各方高度關(guān)注。從能源價格、能源需求、用能形式等分析來看,面向工業(yè)園區(qū)、公共建筑開展能源一體化供應(yīng),將是未來一段時間內(nèi)我國綜合能源服務(wù)的發(fā)展重點(diǎn)。

  綜合能源服務(wù)發(fā)展基本脈絡(luò)

  綜合能源服務(wù)并非全新事物,而是擁有長久的發(fā)展歷史。從能夠查證的資料來看,早在1909年,德國萊茵集團(tuán)已經(jīng)開展電力和天然氣綜合供應(yīng)業(yè)務(wù),成為綜合能源服務(wù)的雛形。縱觀發(fā)展歷史,綜合能源服務(wù)主要面向能源系統(tǒng)終端開展,在能源技術(shù)進(jìn)步、系統(tǒng)形態(tài)升級、管理體制變革共同推動下,先后出現(xiàn)了能源組合供應(yīng)式服務(wù)、新技術(shù)/新模式融合式服務(wù)、一體化集成式服務(wù)等三種業(yè)務(wù)形態(tài)。

  近年來,我國綜合能源服務(wù)得到了快速發(fā)展。究其根源,主要有三方面因素:一是理念引領(lǐng)。應(yīng)對氣候變化任務(wù)緊迫,提高能效成為優(yōu)先選項(xiàng)。綠色低碳、“互聯(lián)網(wǎng)+”等發(fā)展理念向能源領(lǐng)域加速滲透,引領(lǐng)能源系統(tǒng)朝著打破壁壘、綜合集成、一體化解決方案方向發(fā)展;二是創(chuàng)新驅(qū)動。分布式能源、節(jié)能提效、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)快速進(jìn)步,能源定制、能源集成、能源跨界等模式不斷創(chuàng)新,為提升能源系統(tǒng)整體效率提供了更多技術(shù)手段和模式選擇;三是政策支持。深化能源體制改革對打破行業(yè)壁壘、為終端客戶提供綜合用能服務(wù)發(fā)揮了重要作用,產(chǎn)業(yè)規(guī)劃進(jìn)一步明確發(fā)展方向,財(cái)稅補(bǔ)貼提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益,推動綜合能源服務(wù)發(fā)展進(jìn)入快車道。

  國外綜合能源服務(wù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

  國外綜合能源服務(wù)起步較早、發(fā)展較快,其主要原因在于寬嚴(yán)適度的能源管理體制和健全的市場機(jī)制。歸納起來,有四方面經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。

  提供能源一體化解決方案

  歐美日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)均以提供能源一體化解決方案為重要發(fā)展方向。歐洲注重能源系統(tǒng)間的耦合和互動優(yōu)化,自1999年起,各國在歐盟第五、六、七框架下,開展了多能流協(xié)同優(yōu)化、能源和信息系統(tǒng)耦合集成等方面研究。美國側(cè)重以分布式能源和智能電網(wǎng)為核心的綜合能源供應(yīng)系統(tǒng),于2001年提出綜合能源系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃,促進(jìn)分布式能源和熱電聯(lián)供技術(shù)的推廣應(yīng)用,提高清潔能源使用比重;2007年頒布能源獨(dú)立和安全法,要求社會主要供用能環(huán)節(jié)必須開展綜合能源規(guī)劃。日本關(guān)注用戶側(cè)綜合能源系統(tǒng),2009年日本政府公布溫室氣體減排目標(biāo),認(rèn)為構(gòu)建覆蓋全國的綜合能源系統(tǒng),以此優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提升能效、促進(jìn)可再生能源規(guī)?;_發(fā),是實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)的必由之路;目前日本能源研究機(jī)構(gòu)致力于智能社區(qū)技術(shù)研究與示范。

  搭建智慧能源管理平臺

  國外能源電力企業(yè)圍繞用戶需求打造智慧能源管理平臺,通過投資并購能源數(shù)據(jù)分析、專業(yè)平臺建設(shè)領(lǐng)域的中小公司,整合用能監(jiān)控、需求響應(yīng)、電動汽車、儲能等多領(lǐng)域?qū)I(yè)平臺,提升一體化服務(wù)能力。

  依托智慧能源管理平臺,國外企業(yè)積極打造各類擴(kuò)展業(yè)務(wù)的入口,吸引更多企業(yè)通過平臺提供多樣化服務(wù),提供用戶多元化選擇,增強(qiáng)其黏性。日本Fuji電機(jī)在北九州建設(shè)了智能社區(qū)系統(tǒng)平臺,分別為政府提供能源消費(fèi)和二氧化碳減排信息,為電力消費(fèi)者提供用能服務(wù),為獨(dú)立發(fā)電廠(IPP)、電力交易機(jī)構(gòu)提供電力調(diào)度服務(wù),為電網(wǎng)企業(yè)提供能源平衡管理,為第三方提供擴(kuò)展服務(wù)入口。德國Sonnen公司打造了能源服務(wù)平臺,能夠?yàn)榧彝タ蛻籼峁╇娔苜I賣直接交易服務(wù),為電網(wǎng)公司提供輔助服務(wù),幫助電網(wǎng)公司解決設(shè)備效率不高、電力通道建設(shè)滯后等問題,同時支持第三方在該平臺上開發(fā)APP,擴(kuò)大客戶群體。

  開展基于電能的冷熱供應(yīng)服務(wù)

  隨著可再生能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模增長,以熱泵為代表的電制熱/冷技術(shù)受到青睞,該技術(shù)制熱能效比(COP)可達(dá)3以上。國外能源電力企業(yè)積極開展基于電能的冷熱供應(yīng)服務(wù),因地制宜地利用水源/空氣源/地源熱泵滿足商業(yè)樓宇、大型建筑等的冷熱需求。東京電力、關(guān)西電力公司目前已有超過20個集中供應(yīng)的成功案例。相比分散式制冷供熱,可節(jié)能10%~20%,并節(jié)約人力成本和建筑空間。關(guān)西電力旗下的Kenes株式會社利用空氣源熱泵及水源熱泵向大阪市本莊東地區(qū)的六座寫字樓和一座超市共68890平米區(qū)域提供集中供暖制冷服務(wù),是日本關(guān)西地區(qū)第一個100%電力集中制冷及供暖工程。

  創(chuàng)新商業(yè)模式

  在宏觀業(yè)務(wù)布局層面,國外能源電力企業(yè)靈活運(yùn)用金融手段加速發(fā)展,主要通過風(fēng)險(xiǎn)投資、私募股權(quán)投資進(jìn)行前瞻性布局,通過并購交易快速提升實(shí)力,搶占市場。風(fēng)險(xiǎn)投資、私募股權(quán)投資自2013年以來顯著增多,其中對能源管理、儲能、電動汽車充電投資次數(shù)位于前列,分別占25%、17%、16%;并購交易自2014年以來顯著增多,其中對能效服務(wù)、能源管理、分布式光伏投資次數(shù)居于前列,分別占43%、22%、18%1。在微觀項(xiàng)目層面,歐洲企業(yè)對重資產(chǎn)項(xiàng)目創(chuàng)新采用“建設(shè)-出售-運(yùn)營”(BSO)模式。

  我國綜合能源服務(wù)應(yīng)鼓勵一體化發(fā)展模式

  我國綜合能源服務(wù)處于發(fā)展初期,市場潛力空間較大。從綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)和終端能源需求兩方面測算表明,2020年我國綜合能源服務(wù)市場潛力規(guī)模為5000~6000億元。為加快綜合能源服務(wù)發(fā)展,需要對其重點(diǎn)對象、發(fā)展方向、主要形態(tài)、典型模式開展深入分析。

  重點(diǎn)對象分析

  綜合能源服務(wù)重點(diǎn)對象的選擇需要統(tǒng)籌考慮多方面因素,能源價格越高、消費(fèi)量越大、用能形式越豐富的客戶開展綜合能源服務(wù)的價值越高。

  從能源價格來看,我國工商業(yè)用戶的電力、天然氣、熱力價格明顯高于居民用戶。以北京、上海、江蘇、浙江、山東、河南、四川等省市為例,電價方面,大工業(yè)(35kV)為0.5574~0.6570元/千瓦時,一般工商業(yè)(10kV)為0.7115~0.8447元/千瓦時,居民(第一階梯)為0.4883~0.617元/千瓦時;氣價方面,工商業(yè)2.66~3.56元/立方米,居民(第一階梯)1.89~3.10元/立方米;熱價方面,居民16~40元/(平方米·供暖季)或0.1~0.25元/千瓦時,非居民30~45元/(平方米·供暖季)或0.13~0.36元/千瓦時2。

  從能源消費(fèi)量來看,工業(yè)園區(qū)、公共建筑是我國未來一段時期能源消費(fèi)的重要增長點(diǎn)。工業(yè)園區(qū)方面,截至2018年1月,我國國家級、省級開發(fā)區(qū)已達(dá)552個、1991個,近5年平均每年新增74個。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),各類園區(qū)集中了我國70%工業(yè)用能,以電力口徑計(jì)算,目前單個園區(qū)年用電量1.7~11.3億千瓦時,預(yù)計(jì)每年新增用電量約400億千瓦時,占全部新增電量7.5%左右3。公共建筑方面,其能耗強(qiáng)度較高且增長迅速。2017年我國建筑總面積約592億平方米,總能耗約9.6億噸標(biāo)煤,其中公共建筑面積約123億平方米,單位面積能耗約為30千克標(biāo)煤/平方米,接近其他類型建筑的3倍4。

  從用能形式來看,工業(yè)園區(qū)和公共建筑具有電、冷、熱等多種能源需求,存在較大的多能互補(bǔ)、集成提效空間。

  綜合分析,工業(yè)園區(qū)和公共建筑客戶資源優(yōu)質(zhì),能源價格較高、能源需求巨大、用能形式豐富,是我國未來一段時期開展綜合能源服務(wù)的重點(diǎn)對象。

  發(fā)展方向研判

  集成產(chǎn)生效益,互補(bǔ)創(chuàng)造價值。能源一體化供應(yīng)作為綜合能源服務(wù)的高級形態(tài),具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益,對我國能源轉(zhuǎn)型意義重大。

  首先,能源一體化供應(yīng)能夠提升能效,統(tǒng)籌采用熱泵、熱電聯(lián)產(chǎn)等能源技術(shù),構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源綜合管控平臺,區(qū)域能源系統(tǒng)的運(yùn)行效率將明顯提升。其次,能源一體化供應(yīng)能夠節(jié)約資源,通過應(yīng)用綜合管廊、多表合一等一體化規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)籌建設(shè)、土地等資源集約利用。第三,能源一體化供應(yīng)受到政策支持,2016年7月,國家發(fā)改委、能源局《關(guān)于推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實(shí)施意見》中提出,到2020年,各?。▍^(qū)、市)新建產(chǎn)業(yè)園區(qū)采用終端一體化集成供能系統(tǒng)的比例達(dá)到50%左右,既有產(chǎn)業(yè)園區(qū)實(shí)施能源綜合梯級利用改造的比例達(dá)到30%左右。

  因此,以多能互補(bǔ)、集成優(yōu)化等方式實(shí)現(xiàn)能源一體化供應(yīng)服務(wù),不僅能夠經(jīng)濟(jì)、綠色、高效地滿足客戶的多種用能需求,而且可以有效提升綜合能效、實(shí)現(xiàn)資源集約利用,是我國綜合能源服務(wù)的發(fā)展方向。

  系統(tǒng)形態(tài)選擇

  在面向工業(yè)園區(qū)和公共建筑開展能源一體化供應(yīng)服務(wù)時,選擇以電為中心或以氣為中心的模式需要進(jìn)行多方面比較論證。綜合客戶用能需求、能源自身屬性和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)特征、各類能源供需平衡的前瞻性分析來看,以電為中心更具優(yōu)勢。

  基于客戶能源需求視角,電能在新增工業(yè)園區(qū)和公共建筑用能中占比較高。新增工業(yè)園區(qū)多將新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),近三年這一比例達(dá)65%5,戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)用電量大,在整體用能中占比大多在50%以上;公共建筑除集中供暖能耗外,空調(diào)、照明、插座產(chǎn)生的用電能耗約占其總能耗的90%。

  基于能源屬性和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)特征視角,電更加靈活,電網(wǎng)更加可靠。電能在滿足終端需求和實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)中處于核心地位。一方面,電能能夠高效轉(zhuǎn)化為熱能、光能、機(jī)械能,滿足多樣化的終端需求,除轉(zhuǎn)換為光能的效率為30%左右外,轉(zhuǎn)換為其他能量的效率均在90%以上;另一方面,電能能夠靈活連接分布式光伏、冷熱電三聯(lián)供、儲能、熱泵等要素,是多能互補(bǔ)的關(guān)鍵媒介。我國電網(wǎng)統(tǒng)一管理、深度覆蓋千家萬戶,能夠?yàn)榫C合能源一體化供應(yīng)系統(tǒng)提供可靠能源。截至2018年底,我國220千伏及以上輸電線路回路長度達(dá)到73.3萬千米,由國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司等企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一管理。相比較而言,天然氣管網(wǎng)管理不統(tǒng)一、輸送能力和范圍亟需進(jìn)一步提升。2017年天然氣主干管道里程為7.7萬千米,中石油、中石化、中海油及其他公司占比分別為69%、8%、7%、16%;城市天然氣配網(wǎng)由屬地管理,相關(guān)企業(yè)眾多。

  基于各類能源供需前景視角,我國電力供需形勢總體寬松,而天然氣供應(yīng)能力不足、對外依存度高、價格偏高。截至2018年底,我國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到19.0億千瓦,平均利用小時數(shù)為3682小時,電力供應(yīng)充足。而同期天然氣(含煤層氣、頁巖氣)估計(jì)產(chǎn)量為1733億立方米,消費(fèi)2766億立方米,進(jìn)口1254億立方米,對外依存度達(dá)到45%6,價格顯著高于歐美國家。

  隨著我國能源轉(zhuǎn)型深入推進(jìn),可再生能源在一次能源消費(fèi)中的占比將持續(xù)提高??稍偕茉粗饕D(zhuǎn)化為電力加以利用,持續(xù)提升綠色電氣化水平已成為廣泛共識,以電為中心發(fā)展綜合能源服務(wù)是適合我國國情和能源發(fā)展趨勢的必然選擇。

  典型模式研究

  存量市場和增量市場具有不同的建設(shè)條件和產(chǎn)權(quán)約束,發(fā)展能源一體化供應(yīng)服務(wù)應(yīng)采用不同模式:存量市場主要基于現(xiàn)有能源系統(tǒng),力求對不同能源設(shè)備的一體化運(yùn)營管理,以輕資產(chǎn)方式創(chuàng)造效益;增量市場重在打破行業(yè)壁壘,沿著規(guī)劃設(shè)計(jì)、投資建設(shè)、運(yùn)營管理全環(huán)節(jié)一體化路徑推進(jìn),以重資產(chǎn)方式全面滿足客戶需求。

  存量市場輕資產(chǎn)一體化

  對于存量市場,若已有能源系統(tǒng)的產(chǎn)權(quán)較為分散,可依據(jù)客戶的不同需求提供定制化服務(wù);若產(chǎn)權(quán)較為集中,可以提供運(yùn)營管理一體化服務(wù),采用“管控平臺+新增設(shè)施+部分改造+專業(yè)服務(wù)”四位一體的模式。該模式以構(gòu)建綜合能源管控平臺為切入點(diǎn),以開展能源統(tǒng)一管理和專業(yè)運(yùn)營服務(wù)為核心,輔助開展節(jié)能改造和新建綠色高效設(shè)施。

  江蘇紅豆工業(yè)園項(xiàng)目為典型的存量改造項(xiàng)目,采用了運(yùn)營管理一體化服務(wù)模式。該工業(yè)園區(qū)用能種類豐富,涵蓋電、氣、熱、光、儲等多種類型,其中電力占比較高。通過在園區(qū)建設(shè)綜合能源服務(wù)平臺,實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)、可再生能源特性、負(fù)荷特性等信息及大數(shù)據(jù)分析的綜合能源管理。項(xiàng)目總投資約1400萬元,年節(jié)電量2104萬千瓦時,二氧化碳減排1.9萬噸,預(yù)計(jì)3.5年可收回投資。

  增量市場重資產(chǎn)一體化

  對于增量市場,需要在系統(tǒng)架構(gòu)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、合作方式、運(yùn)行方式四個方面進(jìn)行統(tǒng)籌:

  首先,要靈活選擇系統(tǒng)架構(gòu)。能源一體化供應(yīng)系統(tǒng)包括兩部分,外部由大電網(wǎng)提供支撐,內(nèi)部為區(qū)域綜合能源系統(tǒng)。該綜合能源系統(tǒng)一般分為以電為源頭和以氣為源頭兩種模式,也存在混合模式。以電為源頭的模式能夠在大電網(wǎng)供電的基礎(chǔ)上集成分布式光伏、熱泵、儲能等元素,適用于新增工業(yè)園區(qū)和公共建筑。以氣為源頭的模式主要基于分布式天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)(含冷熱電三聯(lián)供),將大電網(wǎng)作為備用,適用于在氣價較低、政府補(bǔ)貼力度大的地區(qū)或者傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)。

  其次,規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循三方面原則。一是統(tǒng)籌考慮內(nèi)外部能源資源,以經(jīng)濟(jì)、綠色、高效、可靠為導(dǎo)向,開展綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)。二是基于負(fù)荷增長進(jìn)行多階段規(guī)劃,充分考慮負(fù)荷增長時序與綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃的匹配關(guān)系,確保綜合能源系統(tǒng)在各階段均能夠滿足終端能源需求。三是強(qiáng)化各類資源集成融合,推進(jìn)物理信息融合和資源集約利用,增強(qiáng)綜合能源系統(tǒng)的可感、可觀、可控性,提升智能化水平。

  再次,積極開展多元化合作??梢劳许?xiàng)目公司聚合多方資源,靈活采用多元股權(quán)投資、混合所有制等形式投資建設(shè)綜合能源服務(wù)項(xiàng)目,促進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)品、資金、屬地資源等方面的優(yōu)勢互補(bǔ),實(shí)現(xiàn)共建共享。

  最后,在系統(tǒng)運(yùn)行過程中把握三個要點(diǎn)。一是數(shù)據(jù)驅(qū)動,實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。基于能源數(shù)據(jù),利用大云物移智等先進(jìn)技術(shù),對負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測,形成科學(xué)的能源系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)劃。二是市場化配置,提升經(jīng)濟(jì)效益?;谕獠?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/電力市場" target="_blank">電力市場、天然氣市場、輔助服務(wù)市場等的價格信號,進(jìn)行動態(tài)響應(yīng),靈活調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),降低客戶用能成本。三是多能互補(bǔ),提升綜合能效。通過智能調(diào)度,優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式,滿足客戶對電、熱、冷、氣等的多元用能需求,實(shí)現(xiàn)安全供能前提下的效益最大化。

  國網(wǎng)客服中心北方園區(qū)項(xiàng)目為典型的增量項(xiàng)目,采用了全環(huán)節(jié)一體化服務(wù)模式。該園區(qū)集生產(chǎn)、辦公、生活為一體,總建筑面積14.28萬平方米,以電能為唯一外部能源,包括光伏發(fā)電、地源熱泵、冰蓄冷、太陽能空調(diào)、太陽能熱水、儲能微網(wǎng)、蓄熱式電鍋爐七個子系統(tǒng),規(guī)模化高效利用區(qū)域內(nèi)可再生能源,能夠?qū)@區(qū)冷、熱、電、熱水進(jìn)行綜合分析、統(tǒng)一調(diào)度和優(yōu)化管理。項(xiàng)目投資超過1億元,年節(jié)電量達(dá)1100萬千瓦時,從全壽命周期來看,收益較為可觀。

  未來展望

  發(fā)展能源一體化供應(yīng)服務(wù),面臨的最大挑戰(zhàn)是要打破不同設(shè)備、不同能源、不同主體間的壁壘,在體制機(jī)制變革、技術(shù)創(chuàng)新以及政策的共同驅(qū)動下,實(shí)現(xiàn)互動互補(bǔ)、協(xié)同共享,創(chuàng)造價值。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開啟萬物互聯(lián)時代,將通過有機(jī)連接不同能源設(shè)備,提升其可感可控性,促進(jìn)電氣冷熱多能互補(bǔ)和源網(wǎng)荷儲不同市場主體間互動互濟(jì),實(shí)現(xiàn)市場對能源資源的優(yōu)化配置。當(dāng)前,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展,促使能源流、信息流、價值流緊密耦合,物聯(lián)網(wǎng)在能源領(lǐng)域的深度應(yīng)用,必將促進(jìn)融通融合,高效推動以能源一體化供應(yīng)為代表的綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)發(fā)展。


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