深度好文|区域智慧能源发展现状及其相关问题的探讨

时间:2018-10-17    点击: 次     来源:19cf cc最快报码软件    

一、智慧能源简介

  “互联网+”智慧能源(以下简称能源互联网)是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态,具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。

  根据地理边界范围,智慧能源可以分为:(1)全球、洲际、国家、省际、城际、城域的全域能源互联网(国家、省、市层面的能源侧与传输侧);(2)一个较小范围内的区域(或局域)智慧能源,例如产业园区、城镇区、商务区(用户侧)。其中,区域(或局域)智慧能源,也称园区智慧能源、区域综合能源,具有边界清晰、投资适量、建设灵活、过程可控、资产优质、盈利稳定、配售电(燃气)政策放开等特点,备受市场上投资企业青睐。(3)针对一个医院、酒店、飞机场、火车站、数据中心、商场、工厂(用户端)而建设的终端一体化集成供能系统,即单一能源站。

  目前在市场上,一般市场化投资企业关注的是园区智慧能源和单一能源站。

二、智慧能源现状

  1、单一能源站

  单一能源站一般是指针对一个医院、酒店、飞机场、火车站、数据中心、商场、工厂等单一用户而建设的终端一体化集成供能系统。系统以满足用户冷热负荷为主要目的。在用户侧产生冷热的主要能源有:电力和燃气。电力供冷热主要是通过电热锅炉、电制冷机、空调、热泵等用电设备产生冷热。燃气供冷热主要是通过燃气锅炉、直燃机、燃气热泵、燃气发电机烟气余热等用气设备产生冷热。电转热效率低,因此无法在用户侧大规模使用电力产生热。燃气供冷效率低,因此无法大规模在用户侧使用燃气制冷。

  它的优点是:

  (1) 总体建设规模小,投资小。

  (2) 针对单一用户,商业模式简单。

  (3) 项目建设周期短,一般在一年以内。

  (4) 能源收费比较容易,一般不存在拖欠费用的情况。

  它的缺点是:

  (1) 用户单一,电、热、冷负荷简单且不互补,必须按最大冷热负荷配置设备,导致设备容量较大,投资增加,且长时间低负荷运行,实际使用效率较低。

  (2) 系统一次性全部投资,但用户却长时间不达产,导致投资方设备长期低负荷运行,经济效益较差。

  (3) 投资方议价能力较弱,能源价格比较难协商。

  (4) 发电装机容量和上网电价受到电力接入的制约。

  (5) 目前各地燃气价格较高,电价较低,导致燃气发电机运行经济性较差。

  (6) 无法大规模采用电制热,而且气价相对较高,导致供热经济效益较低。

  (7) 单一用户系统用燃气量较少,难以与燃气公司议价、争取气价优惠。

  (8) 不能LNG点供作为燃气来源,目前大多数LNG点供都存在建设不按流程,现场不满足消防、安全要求等问题。

  目前,由于单一能源站必须按满足最大冷热负荷配置容量,负荷不互补,装机总容量往往偏大,而且是一次性全额投资,同时大多数用户长期不达产,再加上各地燃气价格较高、电价较低,项目受到燃气和电力的双重制约,导致市场上绝大部分单一能源站项目经济效益较差。

  2、园区智慧能源项目

  (1)园区智慧能源的定义

  在一个边界清晰的产业园区、城镇区、商务区(用户侧),因地制宜,充分利用太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生能源和天然气等清洁能源,以多能互补和电、热、冷、气等综合供能方式为核心,在园区内建设多个分布式能源站,互联互通,所产生的电、热、冷、气等终端能源通过内部配电网、热力网、燃气网,输送至终端用户,满足用户电、热、冷、气等能源需求。同时,建设园区智慧运行云平台,通过智能化调控运营管理信息系统,实现智慧供电、智慧供热、智慧供冷、智慧运营。如下图所示。

典型园区智慧能源示意图

  它的优点是:

  (1) 采用区域综合能源发配售用一体化服务的商业模式,政府、企业、用户等多元主体参与,互利共赢,符合国家能源发展方向,推进阻力较小。

  (2) 园区内用户类型多样,用户群体大,冷、热、电负荷互补性强,可以有效降低总体建设规模。

  (3) 长期为园区内大量的工商业、居民提供综合能源服务,用能需求量较大,盈利能力较稳定。

  (4) 园区内可利用的空闲屋顶、绿地多,可以大规模建设光伏、风电、热泵等可再生能源,充分利用当地各种资源。

  (5) 园区用户多且用能需求大,再加上采用了燃气多联供、外部市政电力、智慧配网、智慧运行云平台等保障手段,可以高比例消纳光伏、风电、热泵等可再生能源,多能互补,获得经济效益的同时,实现能源的绿色低碳、可持续发展。

  (6) 采用了多能互补、能源互联网的新型供能方式,能源生产侧多能互补,能源传输环节互联互通,能源消费侧智能互补,能够有效实现能源供需匹配、资源合理配置、系统安全稳定。

  (7) 综合能源供应的产品多元化,电、热、冷、气交叉互补,能够优化产品组合及定价,整体供能价格有保障。

  (8) 能够有效避免光伏、风电的限电、补贴不到位、分布式售电收益无保障的问题,使项目收入有保障。

  (9) 园区有大量用户基数,可以综合拓展相关产业与服务,包括园区地产、电动汽车销售/租赁、社区综合服务、旅游、酒店、金融等。

  (10) 园区智慧能源中的能源配网(配电网、燃气网、热力网)是自然“垄断”业务,投资体量适中、盈利长期稳定,资本青睐,容易融资。

  它的缺点是:

  (1) 整个项目总体建设规模大,总投资大,全部周期较长,风险较大。因此整个项目必须因地制宜,统一规划、分步实施,根据园区实际需求,分期建设,实现供需匹配,操作灵活可控,分散投资,才能大大降低了风险,获得长期收益。

  (2) 面临电力电网企业、燃气企业的制约或竞争。虽然电力改革、油气改革已经推行,涉及到配售电、上网电价、燃气供应及价格的时候,仍受到对方的抵制和控制,议价能力弱,协商谈判处于劣势。

  3、小结

  综上所述,单一能源站本身存在着难以解决的问题,市场上此类项目大部分经济效益较差。园区智慧能源具有投资体量适中、分期建设投资、用能有保障、盈利较长期稳定、融资较容易、操作灵活可控、总体风险可控等优点。同时,应考虑与燃气、电网公司的合作,争取优惠气价和上网电价;在有条件的地方,应优先掌握天然垄断的配电网、燃气网和热力网,实施阻力较小,能够大大提高经济效益。

三、园区智慧能源现状

  园区智慧能源在规划实施过程中可以分成两类:一是以电力为主的园区智慧能源;二是以燃气为主的园区智慧能源。

  1、以电力为主的园区智慧能源

  以电力系统为核心,结合燃气系统和热力系统,以电力为园区主要动力来源,产生电、冷和热,为园区提供电、热、冷等综合能源供应及服务。

  它的优点是:

  (1) 我国智能电网技术国际领先,园区智能配电网的应用也广泛成熟。

  (2) 可以高比例有效消纳园区内部及周边的可再生能源电力(光伏、风电)。

  (3) 以园区外部市政电力为调节补充,可以有效减少或者不使用燃气。

  (4) 适用于以电力、供冷为主的园区,且要求极少或无集中供热供气需求。

  它的缺点是:

  (1) 电力无法大规模产生蒸汽、采暖、燃气,因此不适用于具有集中供热、供气负荷需求的园区。

  (2) 电力无法大规模产生蒸汽、采暖、燃气,因此不适用于具有大量采暖、蒸汽、燃气负荷需求的园区。

  (3) 在采暖、蒸汽负荷需求较大的园区,受到燃气制约,难以推进。如若以电力产生热力,导致总投资剧增,且综合能源利用效率低下,经济效益较差。

  (4) 难以为园区集中供热,受到燃气公司或热力公司制约和竞争,难以实现综合能源供应服务模式。

  2、以燃气为主的园区智慧能源

  以燃气系统为核心,结合电力系统和热力系统,以燃气为园区主要动力来源,产生电、冷和热,为园区提供电、热、冷、气等综合能源供应及服务。

  它的优点是:

  (1) 燃气在园区的应用是采用冷热电多联供方式,即燃气先通过燃气发电机产生电力,然后发电后的余热再进行制冷制热,综合能源利用效率高于70%(一般电力系统综合效率约33%),同时售电、热、冷,经济效益较好

  (2) 燃气可以大规模产生蒸汽和采暖,适用于具有大量热力需求的园区。

  (3) 燃气是清洁能源,适用于替代园区燃煤锅炉(供热),进行大规模的供蒸汽和采暖。

  (4) 燃气也是园区用户的一种终端能源需求形式,例如商业居民餐饮、工业原料、冶炼熔融行业等。

  (5) 燃气管网已覆盖我国大部分区域,且燃气输送几乎没有燃气量的损失。

  (6) 燃气发电成熟稳定,可以有效解决可再生能源电力(光伏、风电)的不连续、电能质量差等问题,高效集成互补,并提高消纳可再生能源电力。

  它的缺点是:

  (1) 受到燃气公司的制约和竞争,且目前我国大部分地区燃气价格较高、电价较低,导致大部分燃气冷热电多联供系统经济性较差,从而使得园区智慧能源项目经济效益降低。

  (2) 受到电网电力的制约和竞争,因此燃气冷热电多联供的装机容量无法做到在园区内的最合理匹配和运营,导致经济效益下降。

  (3) 受燃气、电力的双重制约和竞争,不适用于以电力、供冷为主的园区。

  3、不同类型园区智慧能源发展现状

  目前,我国园区智慧能源项目大多是由电力电网公司牵头,更关注电力的融合互补、互联互通,但热能的传输损失要远大于电,而且在用户终端(园区)能源需求中热能占比一般也高于电,导致项目受到燃气公司或热力公司强烈制约和竞争,要么难以实现综合能源供应服务的目标,要么经济效益较差。

  目前,日本正从传统单一能源站走向园区智慧能源模式,园区智慧能源推进大多以燃气公司为实施主体,以既有建筑为实施对象,以区域集中供冷供热为实施内容,是国际上较成功的案例。在我国,以燃气公司为实施主体的项目,发展以燃气为主的园区智慧能源,但由于其核心目的是销售燃气,且受到电网电力制约,且大部分项目建设规模过大(特别是燃气多联供),导致供需不匹配,设备利用率低,综合能源利用率低,经济效益远远达不到预期。

  对于既不是电力电网企业、也不是燃气企业的公司,则利用自身在光伏、风电领域的优势,推进园区智慧能源项目,同时受到电力电网企业、燃气企业的制约和竞争。目前,他们在新增配电网领域主要选择与电力电网企业合作,在园区综合供能项目主要选择与燃气企业合作,都不可避免的遇到项目建设规模过大、投资过大、供需不匹配、设备利用率低、能源效率低、经济效益不达预期等问题。

  4、燃气来源

  对于不掌握燃气网的园区智慧能源项目,如果热力(蒸汽、采暖)需求较大,燃气来源问题一般有三种解决方案:

  (1)与上游供气公司直接签订供气协议,为项目建设供气专线。好处是获得门站燃气价格,但需要自建供气专线管道,投资增加,同时要协调气源指标。

  (2)与当地燃气公司合作成立项目公司,争取优惠气价,并共享能源服务收益。好处是燃气公司方面阻力相对较小,燃气公司还可帮忙协调当地政府关系。

  (3)LNG点供:目前大多数LNG点供都存在建设不按流程,现场不满足消防、安全要求等问题,国家会在适当时候出台治理政策。LNG点供要跟园区协商,按照国家要求报批、建设及运维,但存在问题是园区一般很难提供能够满足安全间距的场地空间,需要我方能够合理设计,满足消防安全要求等。

  从长远运行来看,方案1要优于方案2,方案2要优于方案3。

  5、小结

  综上所述,对于以电力为主的园区智慧能源,宜掌握配电网,同时结合热力网和燃气网。对于以燃气为主的园区智慧能源,宜掌握燃气网,同时结合热力网和配电网。

  目前,我国大多数园区,特别是工业园区,热能需求往往大于电能,且热能的难题远大于电能,因而在推进园区智慧能源的过程中,热力局域网的迫切性要高于电力局域网。天然气是一次能源,我国燃气管网覆盖面积广,仅次于电网和交通网,以燃气公司为主体推进能源互联网建设,可以使互联网理念在用户终端(园区)能源领域的渗透更深入、更彻底。规划设计中应摆脱常规贪大求多的规模效应思维,立足于可确定负荷,并最优化减小天然气冷热电多联供系统的规模,减少总投资;要结合既有建筑和工业节能改造,构建跨边界的一体化节能改造框架体系,减少因园区新扩建缓慢而产生的负荷率长期较低的风险。

四、智慧能源业务发展方向

  1、智慧能源业务模式

  以园区类智慧能源为切入点,通过智慧能源整体解决方案,获得燃气、配电、热力或综合能源特许经营权,掌握具有“天然”垄断性质的燃气网、配电网、热力网,采用多能互补、能源互联网的新型供能方式,因地制宜,在园区内统一规划、分期、有序构建涵盖分布式光伏、燃气冷热电多联供、储能、热泵、配售电、智能光伏车棚充电站、智慧用能、需求侧响应、智慧运行云平台、综合能源交易、能源金融、增值辅助服务、发配售用一体化在内的区域能源互联网(即智慧能源项目),为园区提供包括电、热、冷、蒸汽、燃气在内的综合能源供应与服务。同时,延伸拓展至市政基础设施、园区地产、交通路灯、电动汽车、生态环保、文旅康养等相关业务领域。

  2、打造智慧能源专业技术团队

  智慧能源涉及专业领域多、系统复杂、技术创新要求高、投融资要求高,针对智慧能源行业发展存在的问题,打造智慧能源专业技术团队,为客户提供优质的智慧能源整体解决方案,即包括商业模式、技术方案、投融资方案的一站式区域综合能源解决方案。

(来源:北极星电力网 作者:韦尚正 王融冰 王晓菁)