多能互补系统技术应用实践探究

吉芸娴 张 权 杨 松 张良利 沈道军

（浙江正泰新能源开发有限公司，浙江 杭州 310053）

0 引言

目前我国的能源发展过程中遇到很多瓶颈包括煤炭去产能任重道远、煤电产能过剩潜在风险突出、天然气市场开拓难、新能源弃风弃光等问题。面对能源需求不断变化的趋势和挑战，能源发展已经到了变革的关键时期，仅依靠单一的能源品种必然不能满足国内外形势发展的需要。在这种背景下，将多能互补作为能源变革的突破口是大势所趋。

国家发改委、国家能源局在《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》中明确提出了2种模式。

（1）面向终端用户电、热、冷、气等多种用能需求，因地制宜，统筹开发、互补利用传统能源和新能源，优化布局建设一体化集成供能基础设施，通过天然气热电冷三联供、分布式可再生能源和能源智能微网等方式，实现多能协同供应和能源综合梯级利用。

（2）利用大型综合能源基地风能、太阳能、水能、煤炭、天然气等资源组合优势，推进风光水火储多能互补系统的建设。

在“十三五”期间，多能互补项目建设目标为：建成国家级终端一体化集成供应示范工程20项以上，国家级风光水火储多能互补示范工程3项以上；到2020年，各省（区、市）新建产业园区采用终端一体化集成供能系统的比例达到50 %左右，既有产业园区实施能源综合梯级利用改造的比例达到30 %左右；国家级风光水火储多能互补示范工程弃风率控制在5 %以内，弃光率控制在3%以内。

1 多能互补系统

多能互补政策的目的是按照不同资源条件和用能对象，采取多种能源互相补充，以缓解能源供需矛盾，合理保护和利用自然资源，促进生态环境良性循环。

我国正逐渐改变单一以煤为主的能源格局，开发利用了其他能源象太阳能、海洋能、生物质能、地热能和氢能等，而多能互补耦合了风能、光能、电能以及天然气能等，通过“终端一体化集成供能系统”和“风光水火储多能互补系统”多能互补集成模式，实现多种能源之间的相互补充和阶梯利用，从而达到1+1＞2的效果。这种多能流系统可以广泛应用于医院、学校、工业园区等区域，在提高能源综合利用效率的同时，能够减少环境污染、缓解能源供需矛盾，对促进能源互联网的发展具有十分重要的意义，图1为多能互补系统构成。

图1 多能互补系统构成

2 现状与趋势

多能互补的内涵至少有三“多”：涵盖的能源品种多样化、提供的产品多样化、供需模式多样化。为了大规模地利用多种新能源，进一步提高用能效率，未来能量系统的发展必然是以多种能源的源、网、荷深度融合和紧密互动为趋势。国家能源局已经收到地方申报的超过500个多能互补集成优化示范工程建设项目，首批多能互补集成优化示范工程入选项目共计23个，其中，终端一体化集成供能系统有17个，占比73.91 %；风光水火储多能互补系统6个，占比26.09 %，图2为我国第一批多能互补集成优化示范工程类型结构。

图2 中国第一批多能互补集成优化示范工程类型结构

图3为我国第一批多能互补集成优化示范工程地区分布，图中可以看出多能互补集成优化示范工程项目主要分布在传统的能源大省，陕西省第一，数量为5个，其次是河北省，数量为4个，江苏、青海、内蒙等省紧随其后。

图3 中国第一批多能互补集成优化示范工程地区分布

首批示范工程多数分布在北方地区，以河北省为例，《河北省“十三五”能源发展规划》中涉及多能互补的内容如下。

2.1 大力发展光电

坚持集中式与分布式相结合，推广先进技术装备，创新开发利用模式，提升就地消纳能力，加快发展村级电站和居民屋顶、公共建筑等多能互补分布式光电，因地制宜地发展农光、渔光、牧光等规模化集中电站，稳步推进光热发电示范工程。

2.2 攻关行动

结合国家要求和河北省的实际情况，着力推进智能微网和“互联网＋”智慧能源、多能互补集成优化、规模化储能、风光储输一体化、核小堆供热、新能源开发利用等示范项目，重点实施能源互联及信息化融合、智慧能源核心设备研发、生物液体燃料、氢能利用、大功率动力电池、碳捕获和封存等攻关行动。“十三五”河北能源主要发展目标见表1。

表1 “十三五”河北能源主要发展目标

3 前景预测

多能互补产业在政策、技术及市场需求方面都有良好的发展前景。

在政策上，能源革命把消费革命放在首位，打破集中式、竖井式相互孤立的传统能源体系，构建清洁、高效、经济、安全的现代能源体系。

当前我国正处于传统能源体系向现代能源体系过渡的关键时期，从传统能源体系到现代能源体系需要从根本上进行能源结构、能源供应方式、能源供需关系的变革，必然开展“技术+模式+体制”的集成创新。同时，加快能源转型以及建设现代能源体系是世界各国共同面临的任务。

4 多能互补系统优势

与传统能源相比，多能互补系统具有高度集中、有序调控和处理故障、先进的通信和数据服务平台、多种能源和运营模式相结合等优势。

4.1 优势一

我国各种能源丰富，开发潜力大，为多能互补的实施提供了有力的资源条件，多能互补与分布式“源-网-荷-储”协调优化相结合，在提高多能系统集成水平的同时，有利于能源之间的互补运行，能够获得更多的集成互补效益。

4.2 优势二

在实施多能互补的能源基地制定配套的政策措施和协调机制以及建立统一的管理模式，能够有序调控和处理故障，便于对存在的问题和经验进行分析和总结，降低了大系统统一调控和安全动作的工作压力。

4.3 优势三

运用“云”技术整合现有的调度管理平台、监测评估平台，大数据统计分析能够精确地量测、汇总、储存并分析预测用能数据、能源价格信息和多能系统运行整体运行态势，形成运行安全、用能经济、互动有序的能源综合服务平台。

4.4 优势四

因地制宜，将多种能源服务、交易和运营模式相结合，可实现风光自然互补、水光和水风互补、风光火互补、风光火储互补、光伏光热储能互补等模式，结合自身资源和建设条件，推动当地经济社会的发展，进一步深化电力体制改革，以经济手段为杠杆驱动多能互补集成优化系统良性发展。

5 存在问题及挑战

目前多能互补系统仍然面临3点挑战。

5.1 在多能互补的认识上还存在一定的误区

互补和节能是指整个系统设计的合理性以及能源的充分利用，我国很多系统要求的太阳能利用率达70 %以上并不科学，应多向欧洲的太阳能互补项目学习。

5.2 不利于系统的环保型和经济性

多能系统的配置结构不够完善，系统使用效率不高，不利于系统的环保性和经济性， 应完善能源价格形成机制，提高风光水火储多能互补系统运行水平，体现多能互补集成优化项目的技术优势和综合效益。

5.3 功率平衡问题和风光消纳问题

多能互补系统的风光接入容量较高，容易给系统带来功率平衡问题和风光消纳问题，同时区域内风光出力具有相关性，因此还需要在规划阶段充分考虑风光出力的不确定性和相关性。

6 结语

随着可再生能源、储能技术的发展，能源产业开始进入多元化时代，全球能源正在进行转型，多能互补成为能源可持续发展的新潮流。若能将多能互补的优势发挥出来，能源利用转换效率可大幅提升且成本更低。多能互补才刚刚起步，任重而道远，其作为推动能源革命的有效方式，前景光明、意义重大。