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構建以光伏等為核心層的智慧能源微網 實現能源效率最大化

綠色生態城區能源規劃的最主要目的是實現城區能源效率的最大化, 能源微網是其中一個重要的系統, 在現有條件下, 能源微網技術是完全可實現和可落地的。

綠色生態城區的能源規劃

2016年, 中國城市化率已達到56.4%。 而今後二、三十年, 將是中國城市化的關鍵時期。 中國城市化的速度和規模, 在人類歷史上也是空前的。 城市化也將成為中國經濟社會持續發展的原動力之一。 但在另一方面, 中國的資源和環境容量都不足以支撐如此巨大的建設規模。 因此, 在中國287個地級以上城市中, 約280個城市將“低碳”、“生態”城市作為自己的發展目標, 國內幾乎所有新建開發區或工業園區都制訂了低碳生態發展規劃。 而能源專項規劃則是低碳生態發展規劃的重要組成。 與過去電力、燃氣和城市熱網等能源供應側規劃不同, 綠色生態城區能源專項規劃是一種需求側規劃,

它最主要的功能是:設定城區節能減排的戰略目標和關鍵性能指標, 集成應用低密度的可再生能源和低品位的可再生熱源, 將虛擬能源(即用戶端的節能)作為無碳的替代資源, 高效利用低碳的分散式能源熱電聯產DCHP, 實現化石能源資源的梯級利用和熱回收, 預測建築能源需求, 利用佈局調整、負荷參差率和同時係數使負荷平准化, 實現城區能源投資的多元化、能源管理的市場化, 以及清潔發展機制CDM。

可以說, 如果沒有上述內涵, 就沒有必要做能源專項規劃。 能源規劃最主要目的是實現城區能源效率的最大化、用清潔能源、可再生能源、可再生熱源和終端節能替代化石燃料能源。

具有顛覆性的能源微網

根據知名學者傑瑞米˙裡夫金的歸納, 第三次工業革命的五大特徵是:利用可再生能源, 將建築轉化為微型發電廠, 在建築及基礎設施中使用氫和其他儲能技術, 利用能源互聯網技術將分散的電力網轉化為能源共用網路, 運輸工具轉向插電式以及燃料電池動力車輛。

這些論述指出了未來低碳生態城區能源系統的技術路線。 即產能、供能、用能、蓄能和節能相互協調統一, 它很像資訊互聯網, 把分散的用能和分散式的產能互相連通、實現共用。

提到能源的互聯互通, 不能不提及智能電網。 所謂智慧電網, 是現代化的電力網, 利用資訊和通信技術(ICT), 收集和處理供應側和需求側的資訊, 自動地提高電力生產和輸配的效率、可靠性、經濟性和可持續性。

即智慧電網是傳統電力網與現代資訊網的兩網融合。 而在低碳生態城區中還要增加智慧熱力網(供冷供熱), 成為三網融合。 因此, 在低碳生態城區層面, 我們要構建的是一種能源微網, 即融合了電力微網、熱力微網和資訊網的能源互聯網。

城區能源微網有三個層次:核心層, 以光伏、小型風電、燃料電池、利用天然氣或生物質氣的小微型熱電聯產系統等現場發電(On Site Generation)系統為核心;框架層, 以分散式熱泵、集成各種低品位熱源/熱匯的能源匯流排, 以及蓄冷蓄熱設施為框架。 核心層、框架層和用戶之間, 熱泵作為重要的聯繫紐帶;管理層, 以網路技術、物聯網技術、雲技術等資訊通信技術為支撐,

對城區能源系統進行雙向管理, 這種管理本質上是一種能源服務。

可再生能源和清潔能源現場發電的最大特點是不穩定性, 特別是供應(發電)與需求(負荷)的不匹配, 表現在時間上的不匹配與功率上的不匹配。 對於熱電聯產系統, 還有一個熱與電的不匹配問題, 在城區範圍內, 不可能將電力和供熱同步用掉。 按照目前的技術水準, 大規模蓄電還無法實現商業化運行。 而所有發電設備都有一定的熱電比範圍, 如果發出電力用不掉, 就會影響產熱, 致使系統無法運行。

因此, 如何通過蓄能使負荷平准化、協調供應和需求, 是智慧電網技術中重點研究的課題, 稱為“智慧電網備份”技術。 研究中的“備份”辦法有很多, 例如用燃料電池、用電動汽車蓄電池等, 但可以立即實現的是利用熱泵蓄熱從而間接蓄電,稱為“智慧電網備份熱泵”技術。

能源微網是一種分散式供能和分散式用能的模式,而且是分層次和互動式的管理架構。

能源微網前景廣闊

綠色生態城區發展的主要技術目標就是兩個“提高”,即第一,提高高品位化石能源的利用效率,實現梯級利用;第二,提高低品位可再生能源(熱源)的保證率,即來自可再生能源的有效能在城區負荷中的占比。利用能源微網,可以實現這兩個目標。

能源微網的實現有三個重要條件,即首先,必須做到精心設計,尤其對負荷預測,不能採取單體建築設計中粗放型的指標估算方法,應對各種工況下的部分負荷分佈有詳盡分析,並有相應的運行策略;其次,必須有適應本城區條件的能源管理系統;最後,必須有良好的資源和基礎設施條件。

在中國快速城鎮化進程中,能源微網會有很好的發展前景。

但可以立即實現的是利用熱泵蓄熱從而間接蓄電,稱為“智慧電網備份熱泵”技術。

能源微網是一種分散式供能和分散式用能的模式,而且是分層次和互動式的管理架構。

能源微網前景廣闊

綠色生態城區發展的主要技術目標就是兩個“提高”,即第一,提高高品位化石能源的利用效率,實現梯級利用;第二,提高低品位可再生能源(熱源)的保證率,即來自可再生能源的有效能在城區負荷中的占比。利用能源微網,可以實現這兩個目標。

能源微網的實現有三個重要條件,即首先,必須做到精心設計,尤其對負荷預測,不能採取單體建築設計中粗放型的指標估算方法,應對各種工況下的部分負荷分佈有詳盡分析,並有相應的運行策略;其次,必須有適應本城區條件的能源管理系統;最後,必須有良好的資源和基礎設施條件。

在中國快速城鎮化進程中,能源微網會有很好的發展前景。

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