智能電網(wǎng)及能源網(wǎng)絡(luò)融合互補(bǔ)，讓用電成本都能得到實(shí)質(zhì)改善

能源網(wǎng)絡(luò)將消費(fèi)能源從生產(chǎn)端輸送到用戶端，具有大規(guī)模儲能的優(yōu)勢。依托互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的引導(dǎo)，通過分布式能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，將智能電網(wǎng)及能源網(wǎng)絡(luò)融合互補(bǔ)，突破各自局限，提高能源控制能力，建立多元化供應(yīng)體系，成為未來能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

一、分布式能源是未來能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

能源的集中式開發(fā)利用一直以來都是我國能源供給的主要模式，然而，隨著我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和清潔化目標(biāo)的提出，能源集中式開發(fā)在傳輸損耗、利用效率、環(huán)境污染等方面都不能滿足要求;光伏、風(fēng)電等波動(dòng)性可再生能源發(fā)電比例要求的提升，電動(dòng)車等大功率用電交通的普及，也對集中式供電網(wǎng)絡(luò)的彈性和安全性提出了挑戰(zhàn)。

另一方面，能源網(wǎng)絡(luò)將氣、冷/熱、氫等用戶主要的消費(fèi)能源從生產(chǎn)端輸送到用戶端，并具有大規(guī)模儲能的優(yōu)勢。因此，依托互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的引導(dǎo)，通過分布式能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，將智能電網(wǎng)及能源網(wǎng)絡(luò)融合互補(bǔ)，突破各自局限，提高能源控制能力，建立多元化供應(yīng)體系，成為未來能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

二、能源系統(tǒng)向分布式轉(zhuǎn)型的優(yōu)勢

分布式能源是指在用戶端智能的組合、利用本地資源，以經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益最優(yōu)化來確定技術(shù)路徑與容量規(guī)模，為客戶提供價(jià)格合理、清潔、可靠的生活、生產(chǎn)所需電能、熱/冷能的能源供應(yīng)方式;同時(shí)，依托于先進(jìn)信息技術(shù)以及微電網(wǎng)控制策略，分布式能源可以與電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)互動(dòng)，為電網(wǎng)提供儲存服務(wù)。

分布式能源有以下的優(yōu)勢：

1. 提高能源利用效率：更具需求側(cè)個(gè)性化定制，通過多能源和多級能源利用，以獲得較高的整體能源效率(80-90%);

2. 減少能源傳輸成本：通常來說，輸配電成本占集中供應(yīng)電力最終電費(fèi)的30%左右，分布式能源在用戶側(cè)安裝，可就近供能，避免了輸配損耗，減少了大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用;

3. 減少環(huán)境污染：分布式能源可以將化石燃料為主的中央能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槔酶鍧崱⒌吞嫉哪茉吹南到y(tǒng)，包括天然氣、氫氣、風(fēng)能或太陽能等;或者提供多樣的靈活的消納和儲能解決方案整合可變發(fā)電電力，提高可再生發(fā)電份額，間接的減少污染物排放總量;

4. 提高能源系統(tǒng)安全性：可作為備用電源，用來應(yīng)對洪水、地震及火災(zāi)等大規(guī)模災(zāi)害，當(dāng)集中式供電系統(tǒng)受損時(shí)，維持正常電力供應(yīng);

5. 提高電網(wǎng)彈性：每個(gè)分布式發(fā)電裝置都相當(dāng)于電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用，可作為電網(wǎng)的緩沖容量，削峰平谷，用來緩解電網(wǎng)中用電高峰和低谷所帶來的波動(dòng)，減輕電網(wǎng)調(diào)解、調(diào)度的壓力，提高電力利用效率;

6. 解決離網(wǎng)地區(qū)的供能問題：邊遠(yuǎn)地區(qū)集中供能困難、代價(jià)高昂，可根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源稟賦發(fā)展分布式能源，避免高壓長輸電網(wǎng)建設(shè)的巨大投入，降低供能成本;

7. 有利于能源市場的發(fā)展：多樣化、本地化和產(chǎn)銷合一的供能方式為小型企業(yè)及電力用戶創(chuàng)造了參與能源供應(yīng)的機(jī)會(huì)，也使用戶擁有更強(qiáng)的能源消費(fèi)主導(dǎo)權(quán)，可刺激能源交易需求，促進(jìn)能源交易市場的開放。

未來，通過分布式能源系統(tǒng)，整個(gè)能源傳輸網(wǎng)絡(luò)將逐步轉(zhuǎn)型升級為智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)的高度融合，能源消費(fèi)端將逐步形成利用柔性負(fù)荷、多能互補(bǔ)、產(chǎn)銷一體為主的模式，能源交易市場也將不斷放開，最終實(shí)現(xiàn)自主交易。

三、燃料電池分布式系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷一體，多能互補(bǔ)的有效途徑

根據(jù)國際能源署統(tǒng)計(jì)，加熱需求約占全球能源相關(guān)二氧化碳排放量的30%，并且其中一半需求用于建筑物。燃料電池分布式系統(tǒng)利用氫燃料電池技術(shù)產(chǎn)生放電反應(yīng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)余熱的梯級利用，為工業(yè)園區(qū)，商業(yè)中心，數(shù)據(jù)中心，辦公樓，社區(qū)設(shè)施，住宅等提供熱力和電力的聯(lián)合供應(yīng)服務(wù)。

燃料電池分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢：

1. 供能效率高：相比于天然氣、風(fēng)能、太陽能，燃料電池系統(tǒng)通過電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，發(fā)電效率最高;同時(shí)余熱品味高，熱能利用難度小，整體效率可到95%。尤其是在微型CHP(<5kW，住宅、社區(qū)公共設(shè)施、商鋪等)應(yīng)用領(lǐng)域，效率優(yōu)勢尤其明顯。

2. 環(huán)境效益突出：燃料電池分布式以天然氣為原料，可顯著減少二氧化硫、氮氧化物和顆粒物質(zhì)的排放;同時(shí)，天然氣重整流程相比天然氣分布式系統(tǒng)的直接燃燒流程，有著更低的排放指標(biāo)，尤其是在小功率發(fā)電領(lǐng)域。

3. 負(fù)載彈性：燃料電池分布式相比風(fēng)、光等可再生分布式能源具有更高的時(shí)間和輸出可控性和可靠性。通過充分了解用戶負(fù)荷的需求特性以及期望的可靠性水平，個(gè)性化優(yōu)化能源供應(yīng)容量規(guī)模;在使用過程中啟停靈活、響應(yīng)速度快，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟隨，減少儲能成本。

4. 城市適應(yīng)能力強(qiáng)：該系統(tǒng)原料來自現(xiàn)有城市燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)，供能主體為燃料電池模組，模塊化、規(guī)格化的產(chǎn)品特征使其無基礎(chǔ)設(shè)施要求、建設(shè)周期短、擴(kuò)容升級簡單;相比于風(fēng)力，太陽能光/熱系統(tǒng)，燃料電池分布式占用空間小，無安裝位置要求;相比于燃?xì)庖?，燃料電池系統(tǒng)無動(dòng)設(shè)備參與，運(yùn)行安靜無噪音。

四、利用家庭燃料電池分布式系統(tǒng)匹配電動(dòng)車充電負(fù)荷

目前，我國電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，電動(dòng)車已成為國內(nèi)家庭的重要交通工具之一。若按照我國2030年8000萬輛電動(dòng)汽車的規(guī)劃，每輛車2萬公里的邊界條件來計(jì)算，全年電網(wǎng)需要增加的充電電力供應(yīng)總量將達(dá)到3200億度(三峽年發(fā)電量的3.3倍)。目前市售的家用電動(dòng)汽車中，特斯拉Model S的續(xù)航里程超過400公里，其電池容量達(dá)到了85kWh;比亞迪e6的續(xù)航里程達(dá)到了300km，它的的電池容量為57kWh;以常見的國家電網(wǎng)慢充樁為例，其電壓為220V，電流在25A左右，輸出功率約5.5kW，因此為一輛電動(dòng)汽車充滿電所耗費(fèi)的時(shí)間為10-15個(gè)小時(shí)。按照家庭生活習(xí)慣，在晚間下班回家后人們即會(huì)將電動(dòng)車停在家用車庫或小區(qū)共用車庫開始充電，至早上再次駕駛出門。同樣按照居民生活習(xí)慣，城市用電高峰期為晚間下班回家至入睡前，以及晨間起床洗沐至出門上班前。但是，如果電動(dòng)車在城市用電高峰負(fù)荷時(shí)充電，不但不能對電網(wǎng)負(fù)荷起到調(diào)節(jié)作用，反而使得電網(wǎng)更加雪上加霜，降低電網(wǎng)效率，造成嚴(yán)重不利影響。

基于用電高峰期間同樣是家庭用熱的需求高峰時(shí)段，這里提出安裝家庭燃料電池CHP(~5kW)來匹配電動(dòng)車充電負(fù)荷的解決方案，可以在高峰時(shí)段滿足家庭熱水和空間熱能需求的同時(shí)，利用同步產(chǎn)生的電力為電動(dòng)車輛充電，避免對電網(wǎng)的沖擊，減少用戶用電費(fèi)用，甚至獲得需求響應(yīng)的政策獎(jiǎng)勵(lì)。使得高峰時(shí)期和低谷時(shí)期城市電力需求差距越來越小，提高電網(wǎng)基荷用電量，提升電網(wǎng)整體效率，總體需求上升時(shí)，發(fā)電成本卻越來越低，每個(gè)居民的用電成本都能得到實(shí)質(zhì)改善。