能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目分析

能源互聯(lián)網(wǎng)概念：

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開(kāi)放等主要特征?！P(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)發(fā)改能源［2016］392號(hào)

能源互聯(lián)網(wǎng)核心特征

設(shè)備智能：在設(shè)備的自動(dòng)化程度非常高的前提下，融入智能控制實(shí)現(xiàn)用能高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)；

多能協(xié)同：將各種一次、二次能源以不同方式和控制策略進(jìn)行優(yōu)化協(xié)同；

信息對(duì)稱：在能源的發(fā)、配、輸、用均植入傳感器，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)全方位的信息系統(tǒng)；

供需分散：以分布式能源接入、分散式用能管理，控制到用能終端；

系統(tǒng)扁平：實(shí)現(xiàn)水、電、氣、熱等用能環(huán)節(jié)集中控制；

交易開(kāi)放：實(shí)現(xiàn)個(gè)人、家庭、分布式能源等小微用戶靈活自主地參與能源市場(chǎng)。

能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)園區(qū)、企業(yè)的意義：

提高能源利用效率：通過(guò)整合冷、熱、電等能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)和與用戶的交互，實(shí)現(xiàn)多品質(zhì)能源的階梯利用和相互補(bǔ)充，提高能源利用效率。

提升能源管理水平：實(shí)現(xiàn)冷、熱、電的協(xié)同管理，是能源管理的一大進(jìn)步，通過(guò)大量植入傳感器，對(duì)能量流全面的過(guò)程監(jiān)控分析，能量實(shí)現(xiàn)透明化管理，達(dá)到最優(yōu)調(diào)度。

節(jié)能、減排降成本：燃?xì)庾鳛楦咂焚|(zhì)一次能源，電力作為高品質(zhì)二次能源，蒸汽作為中品質(zhì)二次能源，建筑供熱、供冷作為低品質(zhì)二次能源，通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)中的協(xié)同控制、階梯利用、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，在保證用能效果的前提下，實(shí)現(xiàn)提高能源使用效率，降低能源使用量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排和降低用能成本的效果。

新的能源管理模式：分布式能源和可再生能源的接入是大勢(shì)所趨，便捷、智能、智慧化的用能管理系統(tǒng)將助力提升企業(yè)的管理水平，使企業(yè)用能管理可視化，用能成本透明化。

市場(chǎng)發(fā)展的狀況概述

在能源互聯(lián)網(wǎng)的大潮中，能源領(lǐng)域的供應(yīng)、消費(fèi)模式都將發(fā)生重大變化，能源供需結(jié)構(gòu)將日趨分布式、扁平化，用戶與能源供應(yīng)商之間的聯(lián)系將更為緊密，身份也將更為復(fù)雜，部分用戶將完成由“純消費(fèi)者”向“消費(fèi)者與生產(chǎn)者相結(jié)合”的轉(zhuǎn)變。

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，相關(guān)技術(shù)、模式及業(yè)態(tài)均處于探索發(fā)展階段。為促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)健康有序發(fā)展，近年來(lái)，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、工信部也下發(fā)了一些相關(guān)文件，出臺(tái)了相關(guān)政策，推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)工作。2016年，三部委《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》和《能源行業(yè)“十三五”規(guī)劃》對(duì)試點(diǎn)和應(yīng)用作出了整體部署，目前就是根據(jù)這一部署在開(kāi)展未來(lái)十年的工作。計(jì)劃近中期分為兩個(gè)階段推進(jìn)，先期開(kāi)展試點(diǎn)示范，后續(xù)進(jìn)行推廣應(yīng)用。具體來(lái)看，2016年至2018年，重點(diǎn)推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)示范工作，建成一批不同類(lèi)型、不同規(guī)模的試點(diǎn)示范項(xiàng)目，攻克一批重大關(guān)鍵技術(shù)與核心裝備，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。要初步建立能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)機(jī)制和市場(chǎng)體系，形成一批重點(diǎn)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，探索一批可持續(xù)、可推廣的發(fā)展模式，積累一批重要的改革試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。2019 年至 2025年，著力推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)多元化、規(guī)?；l(fā)展，初步建成能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系，形成開(kāi)放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境，能源綜合效率明顯改善，可再生能源比重顯著提高。

能源互聯(lián)網(wǎng)在國(guó)外研究，2008年美國(guó)在北卡州立大學(xué)建立了研究中心，利用電力電子和信息技術(shù)在未來(lái)配電網(wǎng)層面實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)。提出了能源路由器的概念并進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn)，通過(guò)電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的控制，采用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)路由器之間的對(duì)等交互。同年，科羅拉多州的波爾得成為全美第一個(gè)智能電網(wǎng)城市，智能電網(wǎng)的安裝使得消費(fèi)者不僅能直觀了解實(shí)時(shí)電價(jià)，從而錯(cuò)開(kāi)用電高峰期，還能優(yōu)先使用清潔能源。智能變電站可收集每家每戶的用電情況，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能重新配備電力，更為安全、有效地服務(wù)電網(wǎng)。此外，西門(mén)子，IBM，英特爾，谷歌等企業(yè)也積極投入美國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)中。

2008年，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部為了建立一個(gè)通過(guò)信息和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)可以自我調(diào)控的智能化能源系統(tǒng)，在已有智能電網(wǎng)研究的基礎(chǔ)上選擇了6個(gè)試點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行了為期4年的E-Energy（智能電網(wǎng)）技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃，最終期望在能源供應(yīng)體系全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)字化互聯(lián)以及計(jì)算機(jī)控制和監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。有數(shù)據(jù)顯示，在過(guò)去的十多年里，德國(guó)包括風(fēng)能、生物能、太陽(yáng)能在內(nèi)的新能源電力所占份額達(dá)到了25%，太陽(yáng)能發(fā)電成本下降幅度高達(dá)90%。

目前，日本正在探索未來(lái)家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS）。未來(lái)家庭能源管理HEMS是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本單元。家庭能源管理系統(tǒng)包括：智能監(jiān)控家庭太陽(yáng)能， EV電動(dòng)車(chē)， 儲(chǔ)電池或燃燒電池，空調(diào)，冰箱等家電，與微電網(wǎng)智能互動(dòng)調(diào)整平衡等。

項(xiàng)目案例

天津智慧樓宇三聯(lián)供項(xiàng)目

三聯(lián)供的定義是分布在用戶周邊，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的利用，全年的系統(tǒng)修理不低于70%。

燃?xì)饫?、熱、電三?lián)供簡(jiǎn)單地說(shuō)即為：天然氣發(fā)電、余熱供熱、余熱制冷。相比于常規(guī)供能燃煤發(fā)電、燃?xì)夤?、電制冷，具有能源梯?jí)利用，綜合能源利用率高；清潔環(huán)保，減少排放CO2、SO2；與大型電網(wǎng)互相支撐，供能安全性高的優(yōu)勢(shì)及對(duì)燃?xì)夂碗娏τ须p重削峰填谷作用。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

用地面積：15676.5㎡

建筑高度：90米

建筑面積：共91100㎡

地上65100㎡

地下26000㎡

建筑構(gòu)成：4層展示用裙樓

2棟21層研發(fā)樓

交付時(shí)間：2017年底

負(fù)荷預(yù)測(cè)：

經(jīng)計(jì)算，本樓的總冷負(fù)荷為6618.2kW，冷負(fù)荷指標(biāo)為101.7W/m2；總熱負(fù)荷為5353.8kW，熱負(fù)荷指標(biāo)為82.2W/m2。

設(shè)計(jì)院規(guī)劃：

項(xiàng)目制冷系統(tǒng)選用兩臺(tái)變頻式離心冷水機(jī)組，單臺(tái)制冷量為3460kW；

項(xiàng)目采暖系統(tǒng)選擇兩臺(tái)真空燃?xì)鉄崴畽C(jī)組，單臺(tái)制熱量為3480kW。

其中制冷工況冷凍水供回水溫度為6-13℃，冷卻水供回水溫度為32-37℃；制熱工況供回水溫度為60-45℃。

用電情況：

高峰時(shí)段時(shí)間：08:00-11:0018:00-23:00

平段時(shí)段時(shí)間：07:00-08:0011:00-18:00

低谷時(shí)段時(shí)間：23:00-07:00

大工業(yè)7、8、9月份執(zhí)行尖峰電價(jià)，在峰段的基礎(chǔ)上上浮10%，時(shí)段：10:00-11:0019:00-21:00

本項(xiàng)目執(zhí)行大工業(yè)用電價(jià)，接入電壓等級(jí)為10kV。

天然氣情況：

天然氣熱值：（2017年2月份檢測(cè)報(bào)告）

低位發(fā)熱量：34.01MJ/Nm3

高位發(fā)熱量：37.70MJ/Nm3高低位發(fā)熱量熱值差3.7MJ，占全部熱值10%，本方案中供熱季供水溫度不超過(guò)70℃，部分高位發(fā)熱量在利用范圍內(nèi)，為保證計(jì)算冗余，全部采用低位發(fā)熱量計(jì)算。

本項(xiàng)目天然氣管道已接入，天然氣價(jià)格為2.9元/Nm3。

設(shè)計(jì)思路：

以目前電儲(chǔ)能成本，電池蓄電已無(wú)效益，本方案不做考慮；

在供暖、供冷方面運(yùn)營(yíng)方不建議采用計(jì)量收費(fèi)模式，同時(shí)樓宇設(shè)計(jì)基本完成，在分戶計(jì)量方面不宜再做改動(dòng)，在不采用計(jì)量收費(fèi)模式下，冷熱分戶控制也不宜采用，本方案不再對(duì)用戶側(cè)進(jìn)行采集、控制方案規(guī)劃；

蓄冷方案占用空間面積較大，本項(xiàng)目中建筑已經(jīng)封頂，專用儲(chǔ)冷方案不做考慮，在后期可以適當(dāng)考慮將消防水池進(jìn)行蓄冷改造方案。

根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際條件，規(guī)劃完整的能源互聯(lián)網(wǎng)不合實(shí)際，燃機(jī)三聯(lián)供機(jī)組+溴化鋰?yán)錈犭p供的方案對(duì)整體用能方面有較大經(jīng)濟(jì)潛力。因此對(duì)三聯(lián)供方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比確定是否可行，方案以原有燃?xì)忮仩t和制冷機(jī)組不做改動(dòng)，僅以增加三聯(lián)供機(jī)組的方式進(jìn)行核算對(duì)比。方案以保證三聯(lián)供機(jī)組滿載運(yùn)行，制冷和燃?xì)忮仩t為補(bǔ)充，按照三聯(lián)供機(jī)組與傳統(tǒng)方案供熱量和制冷量相同的條件下計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。

預(yù)行方案：

電負(fù)荷來(lái)自兩方面，第一來(lái)自市政電網(wǎng)，第二來(lái)自燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的燃燒發(fā)電，電并入電網(wǎng)，供入電負(fù)荷。

冷負(fù)荷來(lái)自兩方面，第一是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的余熱通過(guò)溴化鋰?yán)錈釞C(jī)組，通過(guò)轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行供冷。

熱負(fù)荷由內(nèi)燃機(jī)的余熱通過(guò)溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)進(jìn)行供熱。如果溴化鋰機(jī)組不能滿足熱負(fù)荷，將由燃?xì)忮仩t來(lái)做補(bǔ)充

傳統(tǒng)供熱方案成本計(jì)算

三聯(lián)供方案成本計(jì)算

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率較低，電熱比存在電小熱大，與項(xiàng)目不匹配，所以不予考慮。

內(nèi)燃機(jī)排放指標(biāo)較高，需要配套脫硝裝置，增加機(jī)組長(zhǎng)度約1米。

按照機(jī)組整體效率86%，發(fā)電效率45%進(jìn)行估算。

每KWh電量按3.6MJ能量計(jì)算。

（采用發(fā)電機(jī)容量2000kW內(nèi)燃機(jī)）

（一）供熱季效益核算單位燃?xì)獍l(fā)電、供熱量：

每天發(fā)電時(shí)間8小時(shí)，只包含峰段

（二）供冷季效益核算

供冷期按120天計(jì)算，電制冷EER按一級(jí)能效3.5計(jì)算，制冷期按8小時(shí)/天計(jì)算，只包含峰值段。冷熱雙供溴化鋰機(jī)組供冷EER國(guó)內(nèi)標(biāo)稱在1.3以上，此次核算按照1.3計(jì)算。

（三）其他季節(jié)發(fā)電

其他季節(jié)按120天計(jì)算，每天發(fā)電按8小時(shí)/天，余熱利用率基本為零。

結(jié)論

通過(guò)計(jì)算可以看出，采用此種型號(hào)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組，熱電比較燃?xì)廨啓C(jī)明顯合理，效益有了一定的提升。全年較常規(guī)方案節(jié)約費(fèi)用306萬(wàn)元。

本項(xiàng)目電費(fèi)較低，而燃?xì)鈨r(jià)格較高，直接影響三聯(lián)供機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)計(jì)算本項(xiàng)目的收益率約20%，具備一定的投資價(jià)值。

所以三聯(lián)供機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益其實(shí)是和當(dāng)?shù)氐碾娰M(fèi)、燃?xì)?、供熱價(jià)格和當(dāng)?shù)卣呦嚓P(guān)，比如當(dāng)?shù)氐姆龀终?、?duì)尾氣的要求，這些都決定了項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)備的選型，并且設(shè)備的選型決定了項(xiàng)目的運(yùn)行方案，運(yùn)行方案的結(jié)果會(huì)顯示這個(gè)項(xiàng)目是否盈利，從經(jīng)濟(jì)性來(lái)反饋設(shè)備的選型以及方案的設(shè)計(jì)。