区域能源互联网构架下的综合能源服务
2016-07-29 17:03  · 来源:中国能源报  · 作者:杨锦成  · 责编:能源互联网
 
 
 

  从2015年7月国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动指导意见》提出“互联网+”智慧能源行动,到2016年2月国家发改委等联合印发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,再到6月份国务院常务会议审议国家能源局《关于实施“互联网+”智慧能源行动的工作情况汇报》,以及7月4日国家发改委、国家能源局进一步发布《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》。能源互联网在相关方面推动下,逐渐步入试点落地阶段。

  一、能源互联网的模式和发展理念

  近年来,随着化石能源枯竭以及环境危机加重,人类社会发展与传统能源结构的矛盾日益突出,世界范围内对能源供给与结构转变的需求愈发高涨,能源产业催生众多发展方向,出现了能源互联网、分布式能源、低碳、可再生能源、绿色和智慧等热词。这些词汇内在存在一些共性:互联、高效、服务和友好。互联是指同类能源互联(区域电网、气网等)、不同能源互联(如燃气转换为电、电转换为热等)以及信息互联(如大数据与智慧城市、不同行业和部门间的信息沟通等);高效是指通过系统优化配置实现能源高效利用;服务是指从传统工程模式转化为为用户直接提供服务的模式;友好是指不同供能方式之间、能源供应与用户之间友好互动。

  1、能源互联网的必然性

  能源互联网是能源与信息深度融合的产物,是推动能源改革的必然之路。

  (一)从技术层面。目前能源供应模式已从集中式逐渐向集中式、分布式、微电网、户用式等多元供应发展。新能源发电技术、清洁能源发电技术、储能技术以及信息技术的发展,使能源互联网在技术上成为必然。另外,信息技术包括物联网、大数据和云计算等技术,支撑着能源高效互联以及用户侧的友好交互。

  (二)从机制方面。新电改以及PPP政策在制度方面为能源互联网的实现提供了支撑。由于能源的优化配置涉及到各个行业间、各个地区间的利益博弈,传统能源企业从一开始的抗拒,到国家电网和中石油与BAT的跨行业合作,充分体现了传统能源企业对能源互联网大趋势从抗拒到顺应的转变。能源和环境问题的加重倒逼能源体制改革,以及经济新常态下企业的转型发展使得能源互联网成为必然。

  (三)从政策方面。在新电改之前,输配售环节几乎完全由电力公司负责,售电模式基本为发电企业售电给电网企业,再由电网企业售电给用户。在这种模式下,分布式发电只能间接地与用户交互。但是,通过电力体制改革,将输配售各个环节解开,输配售各个环节的电价由政府核定,实施宗旨为“放开两头,管住中间,大力支持分布式发展”。新电改增加了用户对中间环节的可选择性,推动着新能源以及能源互联网的发展。

  能源互联网的重点包括分布式发电、智能配电、智能用电以及用户侧的服务,其体现了三个密集特点:技术密集、资金密集和资源密集。在能源互联网的背景下,需求侧响应以及综合能源服务快速发展。

  2、能源互联网的雏形

  目前国内对能源互联网的定义还不完全清晰,看一下目前能源互联网的几种模式:

  1)上海世博园智能电网综合示范工程

  智能电网是能源互联网的基础,国家电网智能电网示范工程中,包括智能变电站、配网自动化、储能系统、新能源汽车、分布式能源接入。用电信息采集、电能质量监测为能源互联网中大数据、“互联网+”业务的发展提供支撑,但是目前数据采集的质量、使用效率、数据开放性还有待提高。

  2)海岛微电网

  以浙江电力为代表的海岛微电网,南麂岛、东澳岛等岛屿上形成孤岛型的微电网,包括风机、光伏、柴油发电机(备用及调峰)以及储能,表现为离网型,这是能源互联网的雏形,主要以电为主要能源。由于分布式能源的接入,渗透率较高,对电网的影响较大,在电网稳定性方面亟待解决。

  3)上海虹桥商务核心区(一期)区域供能系统

  它是以冷热能源供应为主的区域供能形式,其南北有两个能源站,每个能源站包含燃气分布式系统、水蓄冷系统,结合常规电制冷、锅炉等,满足区域内200万平米建筑的所有冷热需求、生活用水及部分电力需求。在条件允许的情况下,此类项目还可采用分布式光伏、储能、地源(水源、空气源)热泵等技术,在能源供应环节做进一步整合。

  4)区域能源互联网

  新奥的泛能网以及协鑫的分布式微能源网都是属于区域能源互联网形式。新奥的泛能网将冷热、燃气联系起来,开发冷热电联产项目,将燃气、冷、热、电一起销售给用户。协鑫的分布式微能源网按照“六位一体”模式实施:将天然气热电冷系统、光伏发电、风能发电、储能技术、节能技术、低位热能结合为一体,提供多种能源服务。但是受前一阶段燃气价格高企、电力并网(售电)制约等因素影响,此类项目推进较为缓慢。

  5)以新能源为主导的能源互联网

  新能源以光伏或者风电为主,以远景能源为例。它对风力发电和光伏发电的信息化系统进行深度开发,通过对新能源发电系统的设计、运行数据进行采集,并与天气、地理数据整合形成大数据,并在此基础上进行负荷预测、发电预测和运行控制,打通并优化能源生产和消费端的运行效率。同时为用户提供风力发电站选址、风机安装、风力发电站优化运行等一揽子服务。

  6)全球能源互联网

  它的实质是特高压电网+智能电网+清洁能源,实施清洁替代和电能替代,契合国家“一带一路”战略。

  在天然气网络、热力网络方面,能源互联网的应用尚处在起步阶段,主要体现在智能气网和区域能源综合供应领域。在特高压和智能电网技术领域已有坚实的实践基础上,电力系统将成为实现跨能源互联互济的重要枢纽;同时,电能在能源传输与转换等方面具有无法比拟的综合优势,其基础设施的基础也最为完备,具备互联互通的条件。在能源互联网的发展趋势上,将以电网为核心实现不同能源之间的互相物理连接。未来能源互联网将以电网为核心,实现不同能源间互相物理连接,是一张基于信息通信技术的无形网,涉及能源生产、利用的每个环节,实现对能源数据的采集、分析、共享和处理,并由此带来商业模式的颠覆。

  3、能源互联网的类型

  针对既有的各类能源互联网雏形和概念,本文暂将能源互联网分为三类:全球能源互联网、互联网+能源以及区域能源互联网。

  全球能源互联网主要体现是以特高压为骨干,包括大规模可再生能源的输送,以及全球互联坚强智能等特性,这是国家电网的能源互联网的概念。

  互联网+能源分为两种模式:一种是互联网+新能源发电,如远景与华为、木联能等合作形式,通过信息化技术包括大数据、云计算和数据挖掘等手段达到系统优化、资源优化配置、高效运行的目的;另一种是互联网+能源,如国家电网、中石油与BAT的合作形式,主要是利用国网或中石油渠道和数据入口获取用户信息,进行深度的商业模式的创新与拓展。

  区域能源互联网的实质是多能互补基础上的综合能源服务,其发展路径可分为两类:一类是产业链延伸模式,如新奥、协鑫和华电的发展模式:新奥是以燃气为主导,同时往燃气的深度加工——发电、冷热供应方向发展;协鑫以光伏、热电联产为主导,同时往天然气、智慧能源布局;另一类是售电+综合服务模式,是将节能服务或能效服务等增值业务整合在一起的能源服务,相比于前一种模式对其产业基础要求较低。

  4、能源互联网产业发展的契机和理念

  综合能源服务作为在区域能源互联网下实质性开展的业务内容,在PPP和新电改条件下,出现了新的产业发展契机。综合能源服务核心是分布式能源以及围绕它进行的区域能源供应,同时可以将公共热冷、电力、燃气甚至水务整合在一起的一种综合能源服务形式。

  产业发展契机的核心在于区域的用能需求,主要体现在以下两个方面:一是热电负荷的刚性需求,即用户本身的用能需求。对于企业尤其是生产型企业,电的来源存在多样性,包括火电、燃气分布式发电、风电、光伏发电等,但是热的来源具有局限性。由于环保问题,很多地区都在禁煤,故对于热负荷的供应,清洁能源替代的趋势明显。二是潜在的需求,即用户希望能够降低能源成本。在环境约束、环境友好和能源安全约束条件下,以区域能源供应,特别是冷热负荷同时满足的模式下,区域能源互联网的契机就出现了。

  能源互联网产业的发展存在外部约束:首先是经济转型,其实质上是涅槃重生的过程,过程较为艰难;其次是要素的存量盘活需优化配置;最后,较为有利的是制度方面,电改、油气改革及PPP模式,为能源互联网及相关产业提供了政策支撑。

  在能源互联网产业契机下,能源互联网机制需考虑以下:从技术层面,主要考虑一是互联,即接入条件,二是互通,即转换;从政策层面,主要考虑一是互动,即交易平台,二是互信,即约束机制,包括契约。以上条件相对成熟后,产业大发展的契机才会真正到来。

  二、从售电服务到综合能源服务

  电力服务是区域能源互联网下,综合能源服务的主要内容之一,同时,电力并网销售也对区域能源互联网的建设运行产生直接影响。

  售电的模式分为竞争性售电和保底性售电。对竞争性售电模式而言,现阶段开展的是售电代理和负荷集成,关注两个方面即竞价机制和用户资源的圈定。可在售电基础上附加节能服务和增值服务,同时风险控制(负荷预测和调控)和需求响应均可包含在售电模式中。但是单纯的售电存在几方面问题,如用户的粘性、市场容量、持续性和增长性等。

  考虑到上述几个问题并结合用户的实际需求,可提出综合能源服务的模式。综合能源服务有两个含义:一是综合能源,涵盖多种能源,包括电力、燃气和冷热;二是综合服务,包括工程服务、投资服务和运营服务。综合能源服务包含三要素:资金、资源和技术。

  传统能源产业,包括:电力企业、电网企业、燃气企业、设备商、ESCO(节能服务公司)、系统集成商以及专业设计院都在策划综合能源服务转型,导致综合能源服务产业竞争激烈。

  1、核心竞争力

  综合能源服务公司的核心竞争力,笔者认为主要有两方面:一是在收益来源方面。收益来源体现在三个要素:电源、配网和大用户。二是获利能力方面。获利能力体现在三个要素:技术、资金和资源。首先技术层面需突破,包括负荷预测、运行优化等技术能力;其次资金方面需稳定的融资平台和融资渠道;最后资源方面需掌握园区等用户,或与上下游的电力、燃气或热力相互联系。开展上述业务关键是资源整合。

  2、主体驱动力

  综合能源服务的实施过程中,要考虑主体驱动力。在整个项目实施过程中会涉及政府、园区、电力、燃气、发电和用户等主体,其中政府、园区和电力是被动方,而燃气、发电和用户是主动方。政府在节能环保指标考核和经济发展指标的压力下,园区在产业环境的形势下,电网在电力消纳和电网安全的背景下,未来将化被动为主动,积极开展综合能源服务业务。而燃气公司考虑燃气消纳和产业转型,发电企业考虑增产增效,用户考虑节能降本,将积极参与综合能源服务业务,但是后续主体角色定位可能会相互转换。

  3、综合能源服务盈利模式

  综合能源服务的基本业务模式可从供能侧和用能侧出发,通过能源输送网络、信息物理系统、综合能源管理平台以及信息和增值服务,实现能源流、信息流、价值流的交换与互动。

  进一步梳理综合能源业务模式后构建的综合能源服务的理想盈利模式中,除了产业链和业务链的构建之外,其盈利主要来源于四个方面:一是潜在的收益来源,包括土地增值和能源采购,这种模式主要应用于园区。土地增值方面,主要体现在入驻率上升、开工率上升和环境改善。能源采购方面,主要体现在园区用能增加,电力、燃气以及LNG的议价能力提高;二是核心服务,包括能源服务和套餐设计,能源服务方面,主要体现在集中售电、热、水、气等能源,节约成本,而套餐设计方面主要体现在综合包、单项包、应急包和响应包;三是基础服务,即能源生产,包括发电和虚拟电厂,发电方面主要体现在清洁能源发电和可再生能源发电,若自用电比例越高,收益越好,而虚拟电厂方面主要体现在储能、节能、跨用户交易和需求侧响应;四是增值服务,包括工程服务和资产服务,工程服务方面主要体现在实施平台化和运营本地化,而资产服务体现在设备租赁、EMC(合同能源管理)和碳资产。整个综合能源服务可看作是一种能源托管模式。

  需要提醒的是,理想盈利模式中,需要结合各区域具体条件、各阶段政策经济条件、各能源服务公司自身能力等因素,分阶段、有选择、有分工地开展和实施,能源服务公司除自身能力建设之外,还需要作为一个资源整合平台,构建有竞争力的业务模式和业务生态。

  三、综合能源服务的核心能力建设

  从售电业务延伸到综合能源服务业务,考虑到后续业务持续发展对核心能力建设的要求,建议在技术体系构建、业务路径设计、项目系统集成和关键技术掌握等方面,阶段性地逐步进行完善。

  1、业务阶段

  综合能源服务业务可分为三个阶段:第一阶段主要以市场拓展和风险控制为主,市场拓展主要是业务规模扩大,风险控制主要是政策把握和价格策略;第二阶段主要以综合能源和综合服务为主,综合能源主要是发展能源技术,满足用户刚性需求,而综合服务主要是发展信息技术,挖掘用户潜在需求;第三阶段主要以智慧能源和“互联网+”为主,智慧能源主要是商业模式要创新,盈利空间要放大,而“互联网+”主要是规模复制,快速拓展。在这三个阶段中,第一阶段体现了价值流,第二阶段是能源流,第三阶段是信息流,但整个过程中,业务整合是关键。

  综合能源服务业务架构可大致分为四个部分:用户服务、市场交易、生产运营和业务支撑。用户服务包括营销结算和咨询培训;市场交易包括能源购入和能源销售;生产运营包括运行调度和经营管理;业务支撑包括信息平台和能源系统。

  2、技术体系

  技术体系包括能源技术体系和信息技术体系。

  能源技术体系包括分布式发储(供能)系统、分布式用能系统以及智能电网、智能气网和智能热网,以及综合能源服务平台。不同能源及网络之间,供、配、用三个环节存在耦合关系;同时,分布式发储系统和分布式用能系统存在逐步融合的趋势。

  在信息技术体系中,通过感知层、通信层、数据层和决策层的相关联系,支撑着数据获取、生产经营和业务支持三个环节。将获取的供能、用能等数据,结合政策、价格等数据,整合形成大数据库,采用数据挖掘、预测分析等手段开展商业拓展。目前数据挖掘仍存在数据可靠性、多样性、一致性等问题,通过数据挖掘实现数据增值的业务模式还多在探索阶段。

  3、业务设计

  在综合能源服务实施过程中,需考虑以下几个因素:首先是地区,优选政策环境、能源和经济结构较好的地区;其次是用户主体,优选规模和需求较大、产业有前景的用户,如园区大用户,包括工业园区、产业园区和CBD。

  整个产业发展路径是从单项能源技术到综合能源集成技术,从信息化技术到“互联网+”技术,形成一个区域级的能源互联网,最后再整合到智慧城市的业务体系中。

  4、方案设计

  对于单个具体项目,需要进行业务场景设计,从规划设计即充分考虑政府规划、用户需求、能源政策、财税政策、产业政策等因素,进行系统配置及能源产品价格体系设计,结合商业模式开展技术经济性分析,并根据分析结果对技术路线、配置和运行模式等优化调整。同时,进一步确定燃气、电力、土地等外部实施条件。

  区域综合能源服务的技术路线可以分为弱耦合和强耦合两种模式。传统的热电联产,以煤为能源,能源网络中燃气、电、热是独立的,这种模式属于弱耦合;而通过将燃气分布式能源、光伏、热泵、储能、蓄热等供能整合,用户的能源需求与各种能源系统的关联度增强,这种模式属于强耦合。

  在环境、经济和技术的约束条件越来越强的情况下,可行的技术路线逐渐趋向于强耦合模式,此种模式能源效率较高,但由于存在各种能源系统、供能与用能之间的强耦合,系统较为复杂,需要充分考虑用户的负荷特性和各类技术的应用条件,在全寿命周期内因地制宜进行优化设计。

  区域综合能源服务的技术因素主要有规划设计、业务场景构建、业务规则重构以及运营管理。规划设计包括静态负荷测算、能源站和用户选址、配置与接入、能量流模型、可靠性模型和经济性模型;业务场景构建包括能源网络建模、大数据分析、边界条件界定、用户交互;业务规则重构包括交易政策和规则、期现货能源购入、用户能源供应机制;运营管理包括实施负荷预测、运营优化、调度响应。现阶段业务规则重构及运营管理是关键。

  5、关键技术

  燃气分布式能源是多种能源高效转化的纽带,可作为综合能源供应的结合点和枢纽。燃气分布式能源在实施过程中,需要考虑以热定电、并网上网、运行时间、优化匹配、燃气价格以及投资界面等因素。在实际项目中,同样配置条件下,发电效率、气价、余热利用、运行时间、运营年限等因素对能源价格的影响较大。

  光伏发电应考虑园区内部整体消纳,实现用户之间的相互协调。在实际光伏项目中,相同条件下,完全消纳和不完全消纳对项目的静态投资回收期影响较大。

  储能包括利旧模式和新建模式两种,其中,利旧模式主要利用电动汽车、通信基站、数据中心和建筑储能的既有储能能力,其关键在于能量云管理系统以及用户对主功能影响的评估。新建模式中,可用的主流储能技术主要有铅炭电池、锂电池和液流电池,其中铅炭电池逐步开始了其商业化应用,但仍以产品供应商投资的模式为主。储能应用推广的关键在电价体系,在发电侧,储能的优势体现在平滑出力以及调峰调频;在用户侧,储能的优势体现在实时性和峰谷差。由于现阶段电价的激励机制还不充分,导致储能的效益体现不明显。

  节能技术包括工业节能和建筑节能。工业节能领域,在经济新常态和供给侧改革条件下主体风险增加;而建筑节能领域,分散、小型项目的时间和人工等占比较大,其发展具有局限性。因此,将节能业务整合到综合能源服务中,可以有效规避上述局限。

  数据采集、数据平台、数据入口等条件已经形成,通过数据挖掘产生应用效果。大数据的价值体现分三种形式:一是内涵式发展,运营管理得到改善;二是跨界式发展,可开展增值服务拓展;三是共享经济,即商业模式创新。

  6、综合能源服务业务进入策略

  综合能源服务业务进入策略可以从项目层面和业务层面进行分析。从项目层面:一是盈利模式设计,除项目本身经营收入外,应尽可能控制投资,降低运营成本,并通过补贴或上市融资等方式强化盈利能力;二是利益关联机制,考虑园区、用户、燃气、电力等相关方的利益诉求,获得主要支撑,建立共赢机制;三是用户选择,选择政策、经济、产业属性和经营状况良好的用户(群),有较好负荷特性。从业务层面:首先是业务拓展路径,根据产业环境和资源情况确定自身定位,建立可持续的业务模式;其次是核心能力建设,逐步建立以产品、集成能力、商业模式等为核心的竞争力;最后是产业生态建设,开展业务链整合和产业链构建,打造产业生态系统,提升竞争力、拓展能力和盈利能力。

  产业的健康发展最关键是市场交易机制要相对完善,其中要考虑几个因素:行业许可、价格与市场接轨、主要用户支撑、基本能源保障、完善调价机制和行业监管。

  在严格的环境约束下,越来越多的国家级和省级开发区、CBD将不允许使用燃煤,而区域内用户往往存在较大的用热(冷)需求,因此,以燃气分布式能源系统为枢纽,整合分布式光伏、空气源热泵、储能等供能形式的区域供能项目,是现阶段实施较多的区域能源互联网雏形。

  (作者系上海普天中科能源技术有限公司总工程师)

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