分布式能源互聯(lián)網(wǎng)是協(xié)同、共享的互聯(lián)網(wǎng)理念在能源領(lǐng)域的滲透與融合，其提出的根本動因是為了破解常規(guī)分布式能源系統(tǒng)供需失衡的困境，由點(diǎn)及面深度挖掘節(jié)能減排潛力。另一方面，以綜合能源服務(wù)為導(dǎo)向的電力和能源體制改革，也為分布式能源的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用提供了有效支撐。

如圖1所示，常規(guī)分布式能源系統(tǒng)以小型化、分散化為立足點(diǎn)，著力于為特定用戶提供量身定做的能源服務(wù)。然而，單體用戶用能需求大多呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性和時空性波動，而且電、熱需求亦不同步。為適應(yīng)需求側(cè)用能行為的動態(tài)變化，供給側(cè)運(yùn)行調(diào)度即使從技術(shù)層面能夠?qū)崿F(xiàn)，也必將以犧牲系統(tǒng)效率為代價。分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的提出則使分布式能源的應(yīng)用超越了傳統(tǒng)時空約束，在廣域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)供需統(tǒng)合。

 

具體而言，在供給側(cè)，各用戶所配置的多類型分布式能源設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行；在需求側(cè)，多元用戶負(fù)荷平均、互補(bǔ)，呈現(xiàn)更良好的負(fù)荷特性。最終，通過區(qū)域內(nèi)多個分布式能源用戶間的協(xié)同調(diào)度、能源共享，確立剛?cè)岵?jì)的新型區(qū)域供能體系。

 

 

在日本，分布式能源互聯(lián)網(wǎng)在物理層面上是傳統(tǒng)區(qū)域供熱供冷系統(tǒng)與分布式能源的耦合，為此，相關(guān)政策亦是從這兩個角度提出?；仡櫰浒l(fā)展歷程，1972年日本區(qū)域供熱供冷協(xié)會成立，2006年更名為城市環(huán)境能源協(xié)會，旨在通過更深入、徹底的節(jié)能推進(jìn)低碳城市發(fā)展。

 

在分布式能源領(lǐng)域，日本于1985年設(shè)立了熱電聯(lián)產(chǎn)研究會，1997年更名為“日本熱電聯(lián)產(chǎn)中心”，2011年再次更名為“熱電聯(lián)產(chǎn)與能源高效利用中心”。從上述兩協(xié)會的發(fā)展歷程可見，傳統(tǒng)區(qū)域供熱供冷與分布式能源正逐漸統(tǒng)合，旨在面向分布式能源在區(qū)域?qū)用娴木W(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用。

 

在政策層面，自2005年“京都議定書目標(biāo)達(dá)成規(guī)劃”發(fā)布以來，日本出臺的一系列能源相關(guān)政策均明確提出要促進(jìn)城市能源面域利用體系的構(gòu)建，而分布式能源的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用則是其重要舉措之一。

 

在2010年內(nèi)閣府發(fā)布的“新增長戰(zhàn)略”中，作為100個戰(zhàn)略行動之一，提出要通過能源的面域利用促進(jìn)需求側(cè)能源有效管理，并開始著手相關(guān)法律的制定。同年發(fā)布的“能源基本規(guī)劃”也重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了城市和街區(qū)層面的能源優(yōu)化利用，特別是區(qū)域內(nèi)可再生能源、未利用能源的有效利用。

 

為了引導(dǎo)能源區(qū)域?qū)用娴木W(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于2005年發(fā)布了“能源面域利用導(dǎo)則”，在探討其技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了能源面域利用的實(shí)施流程、相關(guān)法規(guī)手續(xù)等。2007年，再次發(fā)布了“基于未利用能源面域利用的供熱促進(jìn)導(dǎo)則”，重點(diǎn)探討了將城市內(nèi)部廣域分散的低品位未利用熱能，通過構(gòu)建區(qū)域熱網(wǎng)進(jìn)行有效利用的可能性。在宏觀引導(dǎo)的同時，日本環(huán)境省﹑經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省﹑國土交通省等部門也頒布了一系列的激勵制度，以切實(shí)有效推進(jìn)區(qū)域能源的網(wǎng)絡(luò)化利用。

 

表1給出了日本區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)化利用的一些相關(guān)激勵制度。除國家層面外，各地方政府也出臺了相應(yīng)政策措施。

 

作為日本的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心，東京以2020年奧運(yùn)會為契機(jī)，提出了以“世界第一的城市———東京”為主旨的長期發(fā)展愿景，針對2個基本目標(biāo)，制定了8大城市戰(zhàn)略和25個政策方針，其中之一即為構(gòu)建智能能源城市。為此，東京都政府推出了“智能能源區(qū)域形成推進(jìn)事業(yè)”的補(bǔ)助制度，2015～2019年預(yù)計(jì)投入55億日元，補(bǔ)助熱電融通網(wǎng)絡(luò)及熱電聯(lián)產(chǎn)等項(xiàng)目的初期投資費(fèi)用。

 

 

日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)踐主要是由東京燃?xì)?、大阪燃?xì)獾葞状竽茉垂就苿印Ｏ旅娣謩e介紹當(dāng)前各大公司正在推進(jìn)的典型案例。

 

4.1東京燃?xì)庑芄确稚鐭崛谕ňW(wǎng)絡(luò)

 

根據(jù)日本于2008年修正的節(jié)能法，2000m2以下中小規(guī)模樓宇需要進(jìn)行節(jié)能改造。在此背景下，東京燃?xì)庑芄确稚?建于1984年，建筑面積1400m2)和相鄰的賓館(建于1986年，建筑面積為8940m2)于2009年進(jìn)行了協(xié)同節(jié)能改造，通過構(gòu)建熱融通系統(tǒng)，確立了新型能源面域利用模式。

 

如圖2所示，改造前熊谷分社大樓屋頂已安裝有太陽能集熱器(72m2)、太陽熱驅(qū)動吸收式制冷機(jī)(35.2kW)和燃?xì)馕帐嚼錅厮畽C(jī)(141kW)，本次改造新設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)(5kW)和基于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備(25kW)。

如圖3所示，熊谷分社電負(fù)荷由光伏系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)，冷熱需求由太陽能集熱器和內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的余熱供應(yīng)。根據(jù)辦公建筑用能特點(diǎn)，燃?xì)夤敬髽谴呵飪杉緹嵝枨筝^少，其他季節(jié)的非工作時間和雙休日熱需求也較少，會產(chǎn)生多余熱量；而相鄰賓館則具有全年較穩(wěn)定的熱需求。

 

因此，通過在兩棟大樓之間安裝熱融通管道，可將熊谷分社太陽能集熱器產(chǎn)生的余熱融通至臨近賓館，以實(shí)現(xiàn)熱能的最大限度利用，避免損失。若太陽能集熱器產(chǎn)生的熱量不夠，可由熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組回收的余熱供應(yīng)，從而節(jié)約能源且減少溫室氣體排放。據(jù)估計(jì)，通過上述改造，兩棟建筑可實(shí)現(xiàn)年減排二氧化碳11t。

 

4.2大阪市巖崎智慧能源網(wǎng)絡(luò)

 

大阪市巖崎地區(qū)擁有京瓷大阪體育場、永旺百貨等大型設(shè)施。該地區(qū)早在1996年便建有巖崎能源中心，對區(qū)域內(nèi)13家用戶供熱供冷；2013年開始，利用區(qū)域內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)作為特定電氣事業(yè)，對5家用戶供電。在區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)供的同時，利用IT技術(shù)實(shí)施需求側(cè)響應(yīng)，確立了智慧能源網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

 

如圖4所示，巖崎能源中心由1個主站和3個分站構(gòu)成，主站配有燃?xì)庵比紮C(jī)、余熱回收型吸收式制冷機(jī)、電制冷機(jī)、熱水鍋爐等。分站1位于ICC大樓內(nèi)，設(shè)置有燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和余熱回收型吸收式制冷機(jī)，其產(chǎn)生的余熱除自身使用外，亦可融通至主站。分站2位于地鐵站附近，設(shè)置有燃?xì)庵比紮C(jī)和燃?xì)忮仩t。分站3設(shè)置于2015年開業(yè)的大阪燃?xì)夤拘麄黧w驗(yàn)設(shè)施“hu+g”博物館內(nèi)，設(shè)置有余熱回收型吸收式制冷機(jī)，其熱源來自于大樓內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱以及太陽熱，剩余部分可以融通至主站。除上述各能源站外，區(qū)域建筑自身亦配置有不同類型的分布式能源系統(tǒng)，具體情況如圖5所示。

永旺百貨配有1630kW的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，京瓷體育場配置有1000kW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，“hu+g”博物館配有停電對應(yīng)型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組(420kW)、SOFC燃料電池(4kW)、太陽能集熱器(120kW)、光伏發(fā)電系統(tǒng)(20kW)和蓄電池(50kW·h)。區(qū)域內(nèi)建筑用戶與能源站進(jìn)行電、熱融通，從面域?qū)用鏄?gòu)建高效能源利用體系。

 

4.3 千住混合功能區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)

 

該項(xiàng)目是日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的實(shí)證示范項(xiàng)目，于2011年開始運(yùn)行。區(qū)域范圍內(nèi)主要有東京燃?xì)夤镜那ё〖夹g(shù)中心和荒川區(qū)立養(yǎng)老院，其中技術(shù)中心又由辦公建筑A(26190m2)、辦公建筑B(8881m2)、智能示范樓和能源中心(C樓)構(gòu)成，如圖6所示。

 

如圖7所示，能源中心可利用多種熱源，通過控制系統(tǒng)為其設(shè)置了優(yōu)先順序，太陽熱優(yōu)先、熱電聯(lián)產(chǎn)余熱其次。同時，在技術(shù)中心和養(yǎng)老院間構(gòu)建了雙向熱融通網(wǎng)絡(luò)。實(shí)測結(jié)果表明，通過構(gòu)建上述能源網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域全年節(jié)能13.6%，減排35.8%。

4.4東京豐洲碼頭區(qū)域智能能源網(wǎng)絡(luò)

 

東京燃?xì)饧瘓F(tuán)以其2020愿景為導(dǎo)向，于2014年開始在新開發(fā)的豐洲碼頭地區(qū)構(gòu)建智能能源網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)置兼具能源供應(yīng)與防災(zāi)提升功能的智能能源中心的同時，利用ICT技術(shù)導(dǎo)入了可對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時最優(yōu)控制的SENEMS系統(tǒng)，為區(qū)域內(nèi)4個地塊提供電、熱等綜合能源服務(wù)。

 

具體而言，能源中心配置有7MW級大型高效燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組、利用燃?xì)鈮翰畹膲翰畎l(fā)電機(jī)(560kW)、余熱回收型吸收式制冷機(jī)(2000RT)、電動制冷機(jī)(4000RT)、蒸汽鍋爐，同時還設(shè)置有電力自營線路、強(qiáng)抗災(zāi)性中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)(見圖8)。

該燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)額定發(fā)電效率高達(dá)49%，與其他分布式能源協(xié)同，大約可提供區(qū)域電力峰值的45%；同時，發(fā)電余熱亦在區(qū)域內(nèi)融通。此外，熱源系統(tǒng)還配置有BCP對應(yīng)功能，即使在停電時亦可提供45%的峰值熱需求。根據(jù)預(yù)測，導(dǎo)入上述智能能源網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)年二氧化碳減排3400t，減排率約40%。

 

 

 

在我國，2015年3月15日，中共中央國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(中發(fā)[2015]9號)》，明確了“三放開、一獨(dú)立、一研究、三強(qiáng)化”的改革基本主線，明確要放開售電側(cè)，多途徑培育市場主體，允許擁有分布式電源的用戶或微網(wǎng)系統(tǒng)參與電力交易。2016年2月24日，發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(發(fā)改能源[2016]392號)》，指出要加強(qiáng)多能協(xié)同綜合能源網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，發(fā)展可接納高比例可再生能源、促進(jìn)靈活互動用能行為和支持分布式能源交易的綜合能源微網(wǎng)。

 

同年7月4日，發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實(shí)施意見(發(fā)改能源[2016]1430號)》，要求通過天然氣熱電冷三聯(lián)供、分布式可再生能源和能源智能微網(wǎng)等方式，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級利用；提出“十三五”期間，建成國家級終端一體化集成供能示范工程20項(xiàng)以上，到2020年，各省(區(qū)、市)新建產(chǎn)業(yè)園區(qū)采用終端一體化集成供能系統(tǒng)的比例達(dá)到50%左右，既有產(chǎn)業(yè)園區(qū)實(shí)施能源綜合梯級利用改造的比例達(dá)到30%左右。首批23個多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程于2016年12月26日對外發(fā)布。

 

同時，2016年7月26日，國家能源局發(fā)布《關(guān)于組織實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(能源互聯(lián)網(wǎng))示范項(xiàng)目的通知(國能科技[2016]200號)》，提出要開展園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)示范，首批55個示范項(xiàng)目已于2017年6月28日對外發(fā)布。2017年5月5日，首批新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目也對外公布。

 

此外，2017年2月7日，國家能源局發(fā)布《微電網(wǎng)管理辦法》(征求意見稿)，對微電網(wǎng)的定義與范圍、建設(shè)管理、并入電網(wǎng)管理、運(yùn)行管理、試點(diǎn)示范、政策保障、監(jiān)督管理等方面做了明確規(guī)定，從而進(jìn)一步規(guī)范了微電網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)營管理。

 

5.2 值得借鑒的日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

 

根據(jù)上述分析，我國分布式能源已經(jīng)從傳統(tǒng)單體應(yīng)用模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用模式，并已進(jìn)入先導(dǎo)示范階段。在此歷史性階段，借鑒日本已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以為我國示范工程建設(shè)及后期可能的規(guī)模化應(yīng)用提供有益參考。

 

具體而言，以下幾方面值得關(guān)注：

 

①日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)大多以燃?xì)夤緸橹鱽硗七M(jìn)，所配置的設(shè)備也大多是以天然氣為燃料的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、直燃機(jī)等，而光伏、光熱只作為補(bǔ)充。相反，我國首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目則大多由電力公司牽頭申請，而且光伏等可再生能源占比均較大。這主要是由于我國的能源互聯(lián)網(wǎng)理念是由國網(wǎng)公司最先提出，并以智能電網(wǎng)作為核心支撐。

 

電是典型的二次能源，而天然氣是一次能源，以燃?xì)夤緸橹黧w推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，可以使互聯(lián)網(wǎng)理念在能源領(lǐng)域的滲透更深入、更徹底。值得欣慰的是，新奧等傳統(tǒng)燃?xì)夤?yīng)商已在積極行動，提出了“泛能網(wǎng)”等創(chuàng)新理念，并在逐步推進(jìn)。

 

②日本分布式能源的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用更關(guān)注區(qū)域內(nèi)用戶間的熱融通，而電融通則相對較少。相反，我國無論是多能互補(bǔ)示范項(xiàng)目，還是能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目，以新能源、儲能等為核心的區(qū)域內(nèi)電力匹配與協(xié)調(diào)均是建設(shè)重點(diǎn)。

 

誠然，作為一種典型的分布式能源，以光伏為主體的可再生能源應(yīng)用需要引入新的思路，而能源互聯(lián)網(wǎng)理念為其提供了機(jī)遇。然而，綜合考慮電和熱的基本物理特性，熱能的傳輸損失要遠(yuǎn)大于電，而且在終端能源需求中，熱能占比也高于電。為此，在區(qū)域?qū)用?，?gòu)建熱能局域網(wǎng)的迫切性要高于電能局域網(wǎng)。

 

③日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模均較小，即使相鄰兩棟建筑間也可建立能源融通網(wǎng)絡(luò)，這與我國動輒數(shù)十兆瓦容量的區(qū)域分布式能源系統(tǒng)大相徑庭。而既有實(shí)踐表明，我國一些已建成的區(qū)域分布式能源系統(tǒng)，由于預(yù)估負(fù)荷不能到位，難以正常運(yùn)行。為此，在今后區(qū)域?qū)用娴姆植际侥茉聪到y(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，不能貪大貪多，應(yīng)立足于可確定負(fù)荷，分步、分期實(shí)施。

 

④日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)大多是結(jié)合既有建筑節(jié)能改造進(jìn)行推進(jìn)。相反，我國區(qū)域?qū)用娴姆植际侥茉磻?yīng)用則大多數(shù)是結(jié)合新區(qū)規(guī)劃實(shí)施?？梢韵胂螅诮窈笕舾赡曛校覈厝挥写罅考扔薪ㄖ媾R能源系統(tǒng)改造，而在此過程中，可以借鑒日本的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)展思路，構(gòu)建跨邊界的一體化節(jié)能改造框架體系。

 

 

作為分布式能源的先行者之一，日本的分布式能源應(yīng)用正從傳統(tǒng)單體模式走向互聯(lián)網(wǎng)模式。

 

日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)大多以燃?xì)夤緸閷?shí)施主體，以既有建筑為實(shí)施對象，以區(qū)域熱融通為實(shí)施內(nèi)容，側(cè)重于互聯(lián)網(wǎng)理念在能源物理層面的滲透。這與我國正在推進(jìn)的能源互聯(lián)網(wǎng)、多能互補(bǔ)等示范項(xiàng)目的實(shí)施理念存在一定的差異性。作為一種具有革命性的能源利用思路和模式，分布式能源互聯(lián)網(wǎng)所呈現(xiàn)的不同技術(shù)路徑各有優(yōu)劣，在今后的實(shí)證示范過程中，可以借鑒日本經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國國情，確立最佳實(shí)現(xiàn)方案。