11月18日，第22屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)在摩洛哥馬拉喀什閉幕。這是《巴黎協(xié)定》于今年11月4日正式生效后的首次聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)。《巴黎協(xié)定》倡導(dǎo)溫室氣體低排放發(fā)展，要求把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上低于2℃之內(nèi)，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5℃之內(nèi)。如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)呢？日前在北京召開(kāi)的2016泰山論壇暨《巴黎協(xié)定》實(shí)施研討會(huì)、中國(guó)微能源網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟年會(huì)上，與會(huì)專(zhuān)家提出可大力構(gòu)建微能源網(wǎng)。
什么是微能源網(wǎng)
微能源網(wǎng)是一種智慧型能源綜合利用的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。它以能源的優(yōu)化利用為導(dǎo)向，是與能源互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)鏈接的智能化區(qū)域能源生產(chǎn)、使用、存儲(chǔ)、調(diào)度、控制的系統(tǒng)，是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本組成部分。它具備較高的新能源接入比例，相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行，可通過(guò)能量存儲(chǔ)和優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)本地能源生產(chǎn)與用能負(fù)荷基本平衡，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光、天然氣等各類(lèi)分布式能源多能互補(bǔ)，并可根據(jù)需要與公共電網(wǎng)靈活互動(dòng)。
微能源網(wǎng)的概念比較拗口，我們只需明白它是解決末端智慧用能的就夠了。末端智慧用能很重要嗎？是的，很重要。
去年11月，在聯(lián)合國(guó)氣候變化巴黎大會(huì)上，中國(guó)莊嚴(yán)承諾：將于2030年左右使二氧化碳排放達(dá)到峰值，并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)；2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%至65%；非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右。
“峰值等自主貢獻(xiàn)目標(biāo)的確定，實(shí)際上建立了中國(guó)質(zhì)量效益型綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的倒逼機(jī)制。”中國(guó)氣候變化事務(wù)特別代表、全國(guó)政協(xié)人口資源環(huán)境委員會(huì)副主任解振華說(shuō)。
世界銀行報(bào)告顯示，最近20年來(lái)，中國(guó)累計(jì)節(jié)能量雖然占全球52%，但2014年單位GDP能耗仍是世界平均水平的1.7倍，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家。燃煤工業(yè)鍋爐能效水平和電機(jī)系統(tǒng)平均運(yùn)行效率比世界先進(jìn)水平低10個(gè)百分點(diǎn)以上。化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放已居世界首位，接近美國(guó)、日本等國(guó)家排放量的總和。中國(guó)雖然是全球可再生能源利用規(guī)模最大的國(guó)家，但非化石能源占一次能源消費(fèi)比重仍只有12%，而歐盟和一些發(fā)展中國(guó)家已有25%的能源消費(fèi)來(lái)自非化石能源。
為根治霧霾、減少溫室氣體排放，我國(guó)就必須大力發(fā)展清潔能源和可再生能源。然而，在大力發(fā)展新能源過(guò)程中，我們又遇到發(fā)電側(cè)大量間歇性電源的接入問(wèn)題。與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的最大區(qū)別是，以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的新能源發(fā)電屬于一次能源，不可儲(chǔ)存。風(fēng)能、太陽(yáng)能的隨機(jī)波動(dòng)性，決定了其發(fā)電功率的隨機(jī)波動(dòng)性。大規(guī)模的新能源電源接入電網(wǎng)以后，就對(duì)電網(wǎng)形成巨大的沖擊。缺少需求側(cè)（負(fù)荷側(cè)）響應(yīng)的智能電網(wǎng)無(wú)法通過(guò)協(xié)調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)消化一些局部不均衡，只能依靠自身能力進(jìn)行被動(dòng)調(diào)整。“珠三角、長(zhǎng)三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，電力不夠，負(fù)荷高峰時(shí)期只能限電。西北、三北地區(qū)雖然是理想的風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)，但工業(yè)底子很薄，自身用電少，風(fēng)電、光電配套輸變電能力差，導(dǎo)致大量風(fēng)電、光電輸送不出來(lái)，只能棄風(fēng)棄光。個(gè)別地區(qū)，部分時(shí)段，棄風(fēng)、棄光率達(dá)到了驚人的90%。”中國(guó)微能源網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長(zhǎng)馮東說(shuō)。
在此背景下，以微能源網(wǎng)為代表的新型能源體系的研究與建設(shè)就成為發(fā)展的必然。微能源網(wǎng)的思路是，以分布式開(kāi)發(fā)、本地化高效利用的微能源網(wǎng)系統(tǒng)，取代集中生產(chǎn)、被動(dòng)消費(fèi)的傳統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)；以用戶(hù)為中心，讓用戶(hù)真正參與進(jìn)來(lái)，削峰填谷，在需求側(cè)管理的基礎(chǔ)上加強(qiáng)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)供需并重。通俗地說(shuō)，普通家庭和個(gè)人將不再是單純的能源消費(fèi)者，同時(shí)也可能成為能源的生產(chǎn)者和銷(xiāo)售者。當(dāng)每一個(gè)企業(yè)、每一棟樓、每一個(gè)家庭都能參與可再生能源生產(chǎn)的時(shí)候，整個(gè)能源系統(tǒng)和傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)消費(fèi)方式將被徹底改變。由此，新能源的加入、多能源的融合等智能電網(wǎng)末端最后一公里的問(wèn)題有望迎刃而解。
微能源網(wǎng)怎么運(yùn)作
微能源網(wǎng)具備儲(chǔ)能、節(jié)能、需求側(cè)響應(yīng)、分布式多能互補(bǔ)四位一體的特性，橫向多元互補(bǔ)和縱向園網(wǎng)合儲(chǔ)的協(xié)調(diào)控制是其成功運(yùn)行的關(guān)鍵。
“微能源網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)一個(gè)最主要的區(qū)別，是微能源網(wǎng)可以對(duì)分布式能源進(jìn)行就地消化、就地平衡，同時(shí)也可以和大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，因此微電網(wǎng)內(nèi)部的控制和相關(guān)保護(hù)技術(shù)，和大電網(wǎng)相比有一些相應(yīng)的區(qū)別。”華北電力大學(xué)輸配電系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)、國(guó)家973計(jì)劃能源專(zhuān)家咨詢(xún)組成員張建華說(shuō)。
微能源網(wǎng)通過(guò)綜合能量管理平臺(tái)，來(lái)管控局域能源流、信息流、業(yè)務(wù)流，因此，必須首先建立立體信息感知系統(tǒng)。立體信息感知主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)、熱網(wǎng)、氣網(wǎng)、交通、用戶(hù)和氣象甚至生產(chǎn)調(diào)度等信息進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)采集，得到完整的園區(qū)數(shù)據(jù)信息。信息感知需借助園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)中的底層智能傳感設(shè)備，包括各類(lèi)智能量測(cè)表計(jì)、智能傳感器以及負(fù)責(zé)信息匯總的集中器等。微能源網(wǎng)依據(jù)這些立體信息，進(jìn)行能量和負(fù)荷的預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)的精度是能量精確管理和高效利用的重要前提。
之后，就是電、天然氣、熱力、水能等多能源的優(yōu)化調(diào)度。優(yōu)化調(diào)度有各種方法，其中主要是分層和分布式的兩類(lèi)算法。中央調(diào)度控制器根據(jù)優(yōu)化調(diào)度方案或智能決策對(duì)電、熱、氣網(wǎng)發(fā)出決策指令，執(zhí)行控制器對(duì)底層設(shè)備發(fā)出執(zhí)行指令，以改變系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
關(guān)于微能源網(wǎng)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，張建華以微電網(wǎng)為例作了闡釋?zhuān)?/p>
分布式發(fā)電的控制技術(shù)。分布式電源從幾十千瓦到幾十兆瓦，即插即用，清潔環(huán)保。
微電網(wǎng)控制與保護(hù)技術(shù)。這其中包括不同供電模式下微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)與運(yùn)行控制技術(shù)、微電網(wǎng)的保護(hù)與主動(dòng)安全控制技術(shù)、高滲透率場(chǎng)景下的微電網(wǎng)互聯(lián)運(yùn)行的群組協(xié)調(diào)控制技術(shù)，以及適用于微電網(wǎng)的集中、分散控制保護(hù)裝置。
儲(chǔ)能技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)可提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，平抑可再生能源的波動(dòng)性，提高暫態(tài)過(guò)程中的穩(wěn)定性，是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前主要有鋰電池、釩液流電池、超級(jí)電容等解決方案。
能量管理技術(shù)。針對(duì)居民用戶(hù)、商業(yè)用戶(hù)、工業(yè)用戶(hù)，建立基線負(fù)荷、可計(jì)劃負(fù)荷、可調(diào)控負(fù)荷等互動(dòng)用電模型，借助光伏發(fā)電、風(fēng)電機(jī)組、燃料電池等監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)視和預(yù)測(cè)微電網(wǎng)內(nèi)各分布式電源、儲(chǔ)能和負(fù)荷的狀態(tài)，生成最優(yōu)控制策略，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)。當(dāng)多個(gè)微網(wǎng)之間形成微網(wǎng)群的時(shí)候，如何協(xié)調(diào)和控制？比如十幾個(gè)微電網(wǎng)群，根據(jù)價(jià)格、負(fù)荷情況，靈活地實(shí)行多微網(wǎng)協(xié)調(diào)、分工。
微電網(wǎng)的接入使配電系統(tǒng)發(fā)生根本性變化，比如可以使配電網(wǎng)從傳統(tǒng)單向輻射的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向潮流流動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)。分布式能源和微電網(wǎng)本身的建設(shè)，還可以補(bǔ)充大電網(wǎng)的投資不足。多種能源互補(bǔ)，特別是用戶(hù)側(cè)水、電、氣各種能源的互補(bǔ)，將對(duì)電力市場(chǎng)的未來(lái)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。也就是說(shuō)，用戶(hù)可以向配電網(wǎng)購(gòu)電，也可以向配電網(wǎng)出售電能，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)更加激烈。
經(jīng)濟(jì)效益如何體現(xiàn)
微能源網(wǎng)作用那么大，它的盈利模式是什么呢？
解振華認(rèn)為，雖然目前國(guó)內(nèi)發(fā)展微能源網(wǎng)還談不上經(jīng)濟(jì)收益，但我國(guó)已建立質(zhì)量效益型、綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的倒逼機(jī)制，正為像微能源網(wǎng)這樣的綠色低碳產(chǎn)業(yè)提供廣闊的市場(chǎng)盈利空間。
據(jù)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)初步估算，按2010年價(jià)格計(jì)算，到2030年，我國(guó)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)氣候變化巴黎大會(huì)上的自主貢獻(xiàn)目標(biāo)和任務(wù)，大約需要投入41萬(wàn)億元人民幣。目前已投入10.4萬(wàn)億元，未來(lái)15年還將投入約30萬(wàn)億元。2017年全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)將啟動(dòng)，涉及石化、化工、建材、鋼鐵、有色、造紙、電力和航空等8個(gè)主要工業(yè)行業(yè)年能耗1萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上的企業(yè)約7000家，總排放占當(dāng)前全國(guó)化石能源燃燒碳排放總量的40%以上。
如果從全球范圍來(lái)看，微能源網(wǎng)市場(chǎng)空間更大。據(jù)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)估計(jì)，到2030年，全球有90萬(wàn)億美元的新建基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要綠色低碳化。世行宣布最新氣候變化行動(dòng)計(jì)劃，到2020年每年提供290億美元融資支持發(fā)展中國(guó)家新增可再生能源。目前絕大多數(shù)成員已提交了國(guó)家自主貢獻(xiàn)計(jì)劃（INDC），如歐盟計(jì)劃到2030年，可再生能源占一次能源消費(fèi)比重將從2014年的16%提高到27%。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)評(píng)估，現(xiàn)有INDC可將全球溫度上升控制在2.7℃，離2℃目標(biāo)還有較大差距。全球綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展方向已成共識(shí)，能源革命已經(jīng)成為大趨勢(shì)，微能源網(wǎng)產(chǎn)業(yè)如果搶占了低碳技術(shù)和低碳市場(chǎng)先機(jī)，就能占領(lǐng)未來(lái)科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)，贏得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
據(jù)了解，北京中石油大廈采用微能源網(wǎng)末端優(yōu)化系統(tǒng)后，能耗大幅下降了三分之二，節(jié)省了三分之二的能源運(yùn)行成本。“減少了開(kāi)支，就等于取得了收益。”馮東說(shuō)。
機(jī)制創(chuàng)新亟待跟上
“當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電產(chǎn)能過(guò)剩，可能是因?yàn)楣┬鑳啥诉B接不夠，而并不是真的過(guò)剩了。構(gòu)建微能源網(wǎng)需要?jiǎng)?chuàng)造性地進(jìn)行供給側(cè)改革。供給側(cè)改革怎么改？它必須和消費(fèi)側(cè)改革相結(jié)合，發(fā)揮消費(fèi)端的反作用。”泰山論壇主席、微能源網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)艾豐說(shuō)。
一方面是激勵(lì)機(jī)制和招投標(biāo)制度。科技部可再生能源與新能源國(guó)際科技合作計(jì)劃辦公室主任趙剛認(rèn)為，發(fā)展微能源網(wǎng)不但要在投入、研發(fā)上加大力度，關(guān)鍵還得進(jìn)行體制、機(jī)制變革。“我們過(guò)去有很多不好的做法：政策一方面鼓勵(lì)科研人員創(chuàng)新，鼓勵(lì)研發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品，另一方面政府招標(biāo)采購(gòu)卻要求必須有市場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)。剛研發(fā)出的新技術(shù)、新產(chǎn)品，怎么可能有市場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)呢？因此，好項(xiàng)目往往被跨國(guó)公司拿走了。”他表示，科技部最近幾年陸續(xù)出臺(tái)了《科技成果轉(zhuǎn)化法》，還與中科院、教育部聯(lián)手出臺(tái)了鼓勵(lì)科技人員創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、鼓勵(lì)成果轉(zhuǎn)化的一些新政策。“在成果轉(zhuǎn)化的時(shí)候，50%以上的收益歸個(gè)人，或者歸團(tuán)隊(duì)。注冊(cè)公司的時(shí)候，研發(fā)者可以占大股份，可以注冊(cè)公司當(dāng)法人代表，這在過(guò)去是不可能允許的。”
另一方面是電價(jià)改革。國(guó)家能源局新能源和可再生能源司新能源處孔濤博士認(rèn)為，目前卡在光伏直供電壓機(jī)制、微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)主體售電權(quán)、供熱權(quán)、供電營(yíng)業(yè)區(qū)劃定。新一輪電力體制改革的方向是逐步推進(jìn)電價(jià)改革，推動(dòng)供求雙方直接交易，構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)性的電力市場(chǎng)，促進(jìn)可再生能源利用。他建議：輸配電地區(qū)建設(shè)的光伏發(fā)電項(xiàng)目，可將電力就近銷(xiāo)售給附近用戶(hù)，在試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，允許簽訂自由合約，允許適用偏差結(jié)算條款，允許采取峰谷分時(shí)的靈活交易方式。
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