社区型多能互补智慧能源系统设计

单丽清 刘正生

（1.吉林电子信息职业技术学院，吉林 吉林 132021；2.吉林电力股份有限公司，吉林 长春 130000）

1 我国能源应用现状与发展方向

我国能源行业正肩负着能源结构转型的重要任务，由清洁能源逐步取代化石能源的消耗是我国能源发展的重要战略目标。尤其是在我国提出“碳达峰”、“碳中和”目标后，对节约用能、减少排放、提高再生能源占比等方面提出了更高的要求。虽然经过多年的持续努力，包括生物质、光伏、风力、地热等多种能源类型的新能源发电技术得到快速发展，小型分布式发电项目遍地开花，大大降低了我国发电行业对化石能源的依赖性，但由于新能源发电的不稳定性导致电力运行的安全性与稳定性受到威胁而限制了新能源发电技术的应用。

能源行业始终立足于自身特点用持续的变革与发展来实现能源结构的逐步优化，无论是在全国大力推行过的“煤改电”项目，还是近几年不断发展的多能互补、协同作业电力生产技术，都切实有效的改善了空气环境、实现了节能减排目标。然而，随着我国加速复工复产、经济稳步回升，工业对电力需求量、供电稳定性都提出了更高的要求。在2020年底，我国多个省份出现电力供应吃紧而导致工业、企业限制用电情况，虽然此次在保障民生用电的前提下限制供电对居民的日常生活未产生过大影响，但随着用户的用电需求持续提高、居民对电的依赖程度不断增大，一旦不可抗力导致的电力供应中断，将会对生活生产造成重大影响。

2 多能互补的优势

由于电能不能大量存储，而太阳能、风能等可再生能源虽然能源储备量巨大但间歇性和波动性极强，导致发电并网时存在诸多严重影响电网安全、经济、稳定运行的问题，对调峰机组及电网调度的安全性和可靠性造成较大影响，因此，难以依靠单一能源实现稳定可靠的电力生产与供应。

随着计算机与网络技术的飞速发展，“互联网＋”智慧能源为电力生产提供了更多的可能，多能源综合互补发电技术得到了有效推广与应用。因此，采用小型微电网技术打造多能互补的智慧能源利用系统来解决民生所需的用电、供暖及制冷需求具有巨大的实用性价值。

3 社区型多能互补智慧能源系统的设计思路

基于上述分析，本文拟设计一套基于多种能源综合利用的智慧能源管理系统，结合清洁能源与信息技术，实现光伏、地热、电能等多种能源互补的节能控制系统，实现采用新能源实现供热、供冷、发电、蓄能的需求，以达到节约能源的目的。该智慧能源管理系统是基于“互联网+”及大数据技术的综合性能源管理系统，由感知层、网络层、平台层和应用层四个部分组成，包含光伏薄膜电池、蓄能装置、地源热泵及智能监测装置几部分。

通过在建筑外墙壁覆盖光伏薄膜电池、屋顶布置光伏板等方式，将太阳能转化为电能储存在蓄能电池中，通过智能控制系统与市电进行切换，在保证能源供应的前提下优先使用光伏发电系统产生的电能，减小家庭用能成本。在屋顶及园区空地布置小型风力发电设备，采用光伏与风力发电协同工作的方式，保证不同天气环境下的发电量。室内装有智能温度控制器，在室温低于22℃或高于24℃时自动启动地源热泵为室内供暖或制冷，最大限度取代空调、电暖气等供暖设备，节约电能消耗。可根据负荷率自动、定时切换运行各功能系统，在保证节能的基础上，延长各系统的使用寿命。通过功率、温度、能耗量等各种测量装置采集数据，得出当前环境下的能源需求，并计算出光伏、蓄电、地热等各子系统之间的最优配合模式，以调整各设备的运行情况来满足日常生活的用能需求。

此外，用户还可以通过对应用层数据进行个性化设置，满足不同地区居民用能的差异性。对于采暖需求低于东北的华北、华中等优先推行的“煤改电”地区，因存在冬季供暖需求导致用户对电能的依赖程度极大，不宜以市电作为唯一的供暖来源。为规避市电断电情况下居民无法供暖的风险，可通过在社区推行建设智慧能源管理系统保障居民的用电需求。而在我国华南及沿海等经济发展迅速、工业用电需求量大、居民制冷用电需求高的地区，同样存在夏季因用电量超过电网负荷能力而限制电量供应的情况，此时采用家庭智慧能源管理系统便于实现“白放夜充”的错峰用电控制。在白天用电高峰时采用蓄能系统供电，而夜晚用电低谷时对系统进行充电，保障电力供应。

4 社区型多能互补智慧能源系统的特点

1）清洁发电，助力环保。采用光伏发电蓄能技术作为家庭用电的主要供电来源，在我国目前以化石能源作为电能的主要生产能源情况下，减少市电消耗就是减少化石能源消耗，助力全民参与节能减排，早日实现“零碳”排放目标。

2）节约能源，降低成本。采用地源热泵代替传统的空气源热泵及电采暖装置以满足用户供暖及制冷需求，地源热泵具有电能耗量低、能源转换效率高、运行成本低等优点，能够大幅降低日常供暖和制冷的耗电量。

3）运行可靠，供电保障。该系统可通过自带的储能设备储存富余能量，保障市电断电时用户的电能供应，满足人们对电能的高度依赖需求。

4）夜充白放，削峰填谷。在阴雨等光照不足的天气可以优先使用蓄电池中的能量，并采用夜间充电的方式在用电低谷期自动对储能系统进行充电，保障白天用电高峰时的电力供应不受影响。尤其适用于用电波谷差大或在电网负荷过大时段限制用电的地区。

5 结语

通过能够实现多能互补的清洁能源综合利用项目，以光伏、风力发电及储能作为市电的有力补充、以地源热泵代替空调及电采暖，满足用户的用电、供暖及制冷需求，将民生用电对电网的依赖性降低，在一定程度上缓解电网压力的同时还能够减少化石燃料的消耗，将成为我国全面普及清洁能源发电项目、提高清洁能源的占比提供重要基础，是助力实现节能减排、能源结构转型、碳达峰与碳中和等能源发展战略目标的重要举措。