能源互聯網的背景

杰里米·里夫金著《第三次工業(yè)革命：新經濟模式如何改變世界》提到能源互聯網。

2015年7月4日國務院發(fā)布了《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》（國發(fā)〔2015〕40號），“互聯網+”智慧能源被列為重點行動。

2015年7月6日國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布了《關于促進智能電網發(fā)展的指導意見》（發(fā)改運行〔2015〕1518號），鼓勵開展能源互聯網工程示范，以光伏發(fā)電、燃氣冷熱電三聯供系統(tǒng)為基礎，應用儲能、熱泵等技術，構建多種能源綜合利用體系。

2015年7月13日國家能源局發(fā)布了《關于推進新能源微電網示范項目建設的指導意見》（國能新能[2015]265號），對新能源微電網示范項目建設提出了具體要求。

2016年2月24日國家發(fā)改委、國家能源局等4部門發(fā)布了《關于推進“互聯網+”智慧能源發(fā)展的指導意見》（發(fā)改能源〔2016〕392號），鼓勵具備條件的地區(qū)、部門和企業(yè)，因地、因業(yè)制宜地開展各類能源互聯網應用試點示范。

近期，國家能源局網站發(fā)布了《關于公布首批“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）示范項目的通知》（以下簡稱“通知”），共有涉及城市能源互聯網、園區(qū)能源互聯網、基于電動汽車的能源互聯網等9大類的55個項目成功入圍。按照《通知》要求，首批示范項目原則上應于2017年8月底前開工，并于2018年底前建成。

能源互聯網的概念和意義

能源互聯網概念

能源互聯網是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征?！P于推進“互聯網+”智慧能源發(fā)展的指導意見發(fā)改能源[2016]392號

能源互聯網核心特征

設備智能：在設備的自動化程度非常高的前提下，融入智能控制實現用能高效、節(jié)能、經濟；

多能協同：將各種一次、二次能源以不同方式和控制策略進行優(yōu)化協同；

信息對稱：在能源的發(fā)、配、輸、用均植入傳感器，實現各環(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：實現水、電、氣、熱等用能環(huán)節(jié)集中控制；

交易開放：實現個人、家庭、分布式能源等小微用戶靈活自主地參與能源市場。

能源互聯網對園區(qū)、企業(yè)的意義

提高能源利用效率：通過整合冷、熱、電等能源生產、傳輸、存儲和與用戶的交互，實現多品質能源的階梯利用和相互補充，提高能源利用效率。

提升能源管理水平：實現冷、熱、電的協同管理，是能源管理的一大進步，通過大量植入傳感器，對能量流全面的過程監(jiān)控分析，能量實現透明化管理，達到最優(yōu)調度。

節(jié)能、減排降成本：燃氣作為高品質一次能源，電力作為高品質二次能源，蒸汽作為中品質二次能源，建筑供熱、供冷作為低品質二次能源，通過能源互聯網中的協同控制、階梯利用、轉換和存儲，在保證用能效果的前提下，實現提高能源使用效率，降低能源使用量，進而實現節(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。

能源互聯網構成

局域能源互聯網包含要素

能源互聯網簡單分為三部分：一是能源，二是互聯，三是網（僅討論園區(qū)和企業(yè)）

一、能源

將企業(yè)看作一個二端網絡，能源可分為輸入能源和消耗能源兩部分

輸入的能源必然包含一次能源和二次能源：一次能源如煤、燃氣、太陽能，二次能源如：電、熱、冷

輸入的能源的采購價格，就是區(qū)域用能的成本，能源用于有用的消耗與輸入能源的比就是用能的效率。

二、互聯包括兩部分

1、能源的轉換耦合：如：輸入的燃氣—熱（電）—負荷

輸入的電—冷（熱）—負荷

2、信息控制互聯：各種能源輸入、轉化、傳輸、使用信息的集成和控制

三、網

1、燃氣、電力、冷、熱等過程設備等構成的能源網絡

2、各種傳感器和控制器構成的信息控制網絡

局域能源互聯網物理系統(tǒng)：

源

是企業(yè)維持運行所輸入的能源，包括燃料、電能、熱（蒸汽、熱水、冷）等，西方將水也列為能源。

結合企業(yè)用能的特點，最終使用的多是冷、熱、電三種能源形式。

一般情況下，電能由電網提供，夏季建筑用冷由空調制冷，冬季采暖由市政供熱或燃氣鍋爐供熱。

在能源互聯網的中，不同的源有不同的特點以及自身的經濟性。

網

能源互聯網的網絡，包括區(qū)域內的電網、熱（冷）網，信息控制網絡三個主要部分。

1、電網：能源互聯網內電網等同于智能配電網絡，但包含可再生能源電源和電儲能系統(tǒng)，

特殊場合中涉及直流配電網絡。

2、熱（冷）網：能源互聯網內熱（冷）網結構等同于普通熱網，可包含蓄能系統(tǒng)。

3、信息控制網絡：信息控制網絡主要包含信息采集系統(tǒng)、分析控制系統(tǒng)兩部分，是能源互聯網核心部分。

信息采集系統(tǒng)：通過布置于網絡中的各傳感器，采集區(qū)域內的電、熱、冷生產、傳輸及負荷側的各時段信息，采集傳感器可延伸到各室內溫度、用電、氣體傳感器等，部分傳感器具備采集和控制功能，如室內溫度控制器，即可以測量，也可以控制溫度。

控制系統(tǒng)：對能源互聯網內各系統(tǒng)進行監(jiān)控的網絡。

荷

能源互聯網內負荷，包括電負荷、熱負荷、冷負荷

電負荷：包括動力負荷、照明負荷、控制負荷、充電樁、制冷等電氣負載

熱負荷：蒸汽負荷、采暖負荷、生活熱水等負載

冷負荷：主要為制冷負荷

在能源互聯網中，荷存在于負荷的預測以及用能的預測。由于電負荷和熱負荷、冷負荷的用能預測對于園區(qū)未來用能的分析非常重要，對未來園區(qū)參與售電有著重要的意義。

儲

儲能系統(tǒng)，包括電儲能、水蓄冷蓄熱、相變儲能：

電儲能：蓄電池儲電系統(tǒng)，包含系統(tǒng)性電池蓄電，采用低谷充電，高峰放電，并對系統(tǒng)的波動進行調節(jié)充電樁配備儲電，減少充電樁配備變壓器容量。

冷熱儲能：冷熱蓄能是為了多采用夜間低谷電進行制冷（熱），降低冷熱相變蓄能同水（冰）蓄能相同作用，相變蓄能造價是水蓄能4-6倍，體積為水蓄能16%-30%，相變蓄能優(yōu)點是相變溫度恒定，單位蓄能量大。

控

控制系統(tǒng)是是實現能源互聯網控制策略的主要單元，是能源互聯網的神經中樞。

控實現起來難度較大，也是產生價值的核心地方。

控制系統(tǒng)的作用是：

系統(tǒng)采集信息的匯總分析

用能效率分析

用能成本及經濟性分析

系統(tǒng)最優(yōu)控制策略的實現

由控制系統(tǒng)計算出整個系統(tǒng)各種能源使用量，對冷熱電的生產和傳輸進行控制，系統(tǒng)出現異常進行分析

系統(tǒng)用能監(jiān)控

系統(tǒng)增值服務

包括系統(tǒng)內用戶用能成本、用能預測、缺陷管理、節(jié)能管理、需求側管理及能源交易等輔助服務。

能源互聯網的規(guī)劃

能源互聯網規(guī)劃設計原則：

一、提高經濟性

作為企業(yè)，盈利是主要任務，降低用能成本，是能源互聯網設計的重要原則，按照能源互聯網方案進行測算，三到五年收回成本為最佳，投資回報率最低不應低于10%。

二、提高能源使用效率

能源使用效率較常規(guī)用能效率提高10%以上。

三、智能化設計

系統(tǒng)的自動化、信息化程度達到無人值守水平，系統(tǒng)穩(wěn)定，具備一定的負荷預測和異常自愈能力，有足夠的系統(tǒng)安全冗余。

四、可再生能源可大比例接入，減排效果明顯

五、因地制宜，靈活應用

能源互聯網是開放的系統(tǒng)，系統(tǒng)的組成要根據項目所處地理位置和資源狀況有針對性的選擇，例如控制系統(tǒng)根據系統(tǒng)情況，小系統(tǒng)可選擇SCADA，較大系統(tǒng)可選擇DCS系統(tǒng)。

結合能源局的55個示范項目，以北京地區(qū)為例進行簡單的分析：

能源互聯網的這55個項目中，一些企業(yè)在做能源互聯網項目的時候需要一個定位，以北京地區(qū)為例，能源互聯網項目可大可小，有些投資額較大，涉及到用戶側和發(fā)電產，規(guī)劃比較完整，但其實施難度較大，因為牽扯到很多的各方利益。要做這些項目，需要有國家電網的認可或參與，甚至是由它們主導，但是這一塊推動的難度較大。所以對于一般的企業(yè)，想做這個項目，決定于目前的環(huán)境問題。

存在著的定位問題，設定到小項目上，比如配網，甚至是園區(qū)配網這個層次上。由于北京地區(qū)的政治性較強，導致牽扯的問題較多，因此推廣這種項目的難度較大。

比如北京的通州的醫(yī)院項目，也是一個冷熱電分聯供項目，這個項目是一個優(yōu)質的小項目，建立在醫(yī)院這個層面上，但目前它沒有進行實施的原因牽扯到電網切入這一塊。

此外，技術的成熟性，沒有大面積的推廣，目前只處于國家的示范，會引起很多企業(yè)持有懷疑的態(tài)度，甚至是不認可的，以上是能源互聯網項目在開發(fā)和推廣過程中遇到的一些問題。

所以要因地制宜，靈活應用，結合企業(yè)的特點和能量來做這能源互聯網。

項目案例

天津智慧樓宇三聯供項目

三聯供的定義是分布在用戶周邊，真正實現對能源的利用，全年的系統(tǒng)修理不低于70%。

燃氣冷、熱、電三聯供簡單地說即為：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、燃氣供熱、電制冷，具有能源梯級利用，綜合能源利用率高；清潔環(huán)保，減少排放CO2、SO2；與大型電網互相支撐，供能安全性高的優(yōu)勢及對燃氣和電力有雙重削峰填谷作用。

項目簡介

用地面積：15676.5㎡

建筑高度：90米

建筑面積：共91100㎡

地上65100㎡

地下26000㎡

建筑構成：4層展示用裙樓

2棟21層研發(fā)樓

交付時間：2017年底

負荷預測：

經計算，本樓的總冷負荷為6618.2kW，冷負荷指標為101.7W/m2；總熱負荷為5353.8kW，熱負荷指標為82.2W/m2。

設計院規(guī)劃：

項目制冷系統(tǒng)選用兩臺變頻式離心冷水機組，單臺制冷量為3460kW；

項目采暖系統(tǒng)選擇兩臺真空燃氣熱水機組，單臺制熱量為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：

高峰時段時間：08:00-11:0018:00-23:00

平段時段時間：07:00-08:0011:00-18:00

低谷時段時間：23:00-07:00

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

本項目執(zhí)行大工業(yè)用電價，接入電壓等級為10kV。

天然氣情況：

天然氣熱值：（2017年2月份檢測報告）

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70℃，部分高位發(fā)熱量在利用范圍內，為保證計算冗余，全部采用低位發(fā)熱量計算。

本項目天然氣管道已接入，天然氣價格為2.9元/Nm3。

設計思路：

以目前電儲能成本，電池蓄電已無效益，本方案不做考慮；

在供暖、供冷方面運營方不建議采用計量收費模式，同時樓宇設計基本完成，在分戶計量方面不宜再做改動，在不采用計量收費模式下，冷熱分戶控制也不宜采用，本方案不再對用戶側進行采集、控制方案規(guī)劃；

蓄冷方案占用空間面積較大，本項目中建筑已經封頂，專用儲冷方案不做考慮，在后期可以適當考慮將消防水池進行蓄冷改造方案。

根據本項目的實際條件，規(guī)劃完整的能源互聯網不合實際，燃機三聯供機組+溴化鋰冷熱雙供的方案對整體用能方面有較大經濟潛力。因此對三聯供方案進行經濟性對比確定是否可行，方案以原有燃氣鍋爐和制冷機組不做改動，僅以增加三聯供機組的方式進行核算對比。方案以保證三聯供機組滿載運行，制冷和燃氣鍋爐為補充，按照三聯供機組與傳統(tǒng)方案供熱量和制冷量相同的條件下計算經濟效益。

預行方案：

電負荷來自兩方面，第一來自市政電網，第二來自燃氣內燃機的燃燒發(fā)電，電并入電網，供入電負荷。

冷負荷來自兩方面，第一是燃氣內燃機的余熱通過溴化鋰冷熱機組，通過轉換模式進行供冷。

熱負荷由內燃機的余熱通過溴化鋰冷熱水機進行供熱。如果溴化鋰機組不能滿足熱負荷，將由燃氣鍋爐來做補充

傳統(tǒng)供熱方案成本計算

三聯供方案成本計算

燃氣輪機發(fā)電效率較低，電熱比存在電小熱大，與項目不匹配，所以不予考慮。

內燃機排放指標較高，需要配套脫硝裝置，增加機組長度約1米。

按照機組整體效率86%，發(fā)電效率45%進行估算。

每KWh電量按3.6MJ能量計算。

（采用發(fā)電機容量2000kW內燃機）

（一）供熱季效益核算

單位燃氣發(fā)電、供熱量：

每天發(fā)電時間8小時，只包含峰段

（二）供冷季效益核算

供冷期按120天計算，電制冷EER按一級能效3.5計算，制冷期按8小時/天計算，只包含峰值段。冷熱雙供溴化鋰機組供冷EER國內標稱在1.3以上，此次核算按照1.3計算。

（三）其他季節(jié)發(fā)電

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

結論

通過計算可以看出，采用此種型號燃氣內燃機組，熱電比較燃氣輪機明顯合理，效益有了一定的提升。全年較常規(guī)方案節(jié)約費用306萬元。

本項目電費較低，而燃氣價格較高，直接影響三聯供機組經濟效益。通過計算本項目的收益率約20%，具備一定的投資價值。

所以三聯供機組的經濟效益其實是和當地的電費、燃氣、供熱價格和當地政策相關，比如當地的扶持政策、對尾氣的要求，這些都決定了項目在設計過程中設備的選型，并且設備的選型決定了項目的運行方案，運行方案的結果會顯示這個項目是否盈利，從經濟性來反饋設備的選型以及方案的設計。

核心問答

Q：北京在做能源互聯網項目的過程中碰到哪些問題及其的解決方案？

喬會賓：首先，能源互聯網是個好事，能夠產生一定的價值。但是能源互聯網這個道路也是特別漫長的，因為現在國家能源局只批了55個示范項目，并且這個文中提到，鼓勵具備條件的地區(qū)、部門和企業(yè)來做這個示范。因為這個項目要跟國家電改相結合，要推動電改，會觸動一些利益方這個項目的示范，所以更多去選了一些有能量的企業(yè)。

我們對企業(yè)的定位，在做能源互聯網的時候，是根據我們自身的特點，選了一些園區(qū)和樓宇的能源互聯網。一個大的項目牽扯的利益方太多，小企業(yè)的能量就會推動不了。

當然我們選的這些小項目，也并不是一帆風順的。比如，我們主要是在北京地區(qū)開展，但北京牽扯到考慮的一些政策因素可能更多一些，而且目前我們項目的一些技術很多都還是比較新的，沒有大面積推廣應用的一些技術，那么業(yè)主對于這些技術的穩(wěn)定性、可靠性會有所顧忌。

在北京，很多企業(yè)的經濟實力都是很強大的，他們可能更多考慮到的是技術的安全性和穩(wěn)定性，節(jié)能成本可能考慮較少。但是小項目的推動也是很難進行的，比如北京醫(yī)院的三聯供就牽扯到一個并網問題，遲遲批不下來，就是因為里面一些利益方在阻礙這個事情的發(fā)展。

其次，對項目的開發(fā)，主要針對兩部分。

一部分是已建成的，各有優(yōu)劣，比如，對于已建成的，需要進行改造，進行改造的壓力來自于目前國家的煤改電，煤改氣的背景，它們的用能成本急劇上升，所以急需把用能成本降下來，因此就面臨用能系統(tǒng)的改造問題。但是用能項目的改造，很多項目由于原有的一些網絡的過化，比如電網、熱網、信息網，在這個基礎上進行改造，空間是有限的，成本也會有所上升，以上就是已建成項目存在的一些問題。

另一部分對于未建成的開發(fā)難度也是比較大的：

第一，對技術的安全性、穩(wěn)定性持疑的態(tài)度；

第二，投資額度比較大的就會涉及到合作模式的問題；

第三，存在融資渠道、能力和融資方式開發(fā)的問題，同時面臨政策的不確定性。

第四，最好的模式合作是合同能源管理模式，但是合同能源管理模式分成的比例以及你占有它的空間的費用，還有節(jié)能認可性的問題，就目前來說，我們還是應該積極探索各種各樣的合作模式。

第五，盈利的方式，任何一個企業(yè)做能源互聯網最終的目的是產生盈利，對于大的園區(qū)能源互聯網，存在園區(qū)層面的配網，還有通信網絡的投資和建設，由于做了園區(qū)配網的投資以及對網絡的架設，那么未來對園區(qū)的售電和園區(qū)的其他互聯網+項目都要用過這個網絡。并且通過節(jié)能提高能源的利用效率，降低用能成本來為企業(yè)業(yè)主進行降本，同時，還要提高可再生能源的使用比例。

總之，能源互聯網這個道路是十分漫長的，目前還是處于一個摸索階段，未來可以通過國家政策的支持，比如綠色能源的支持來加快能源互聯網項目的推廣