储能应用

综合能源的来龙去脉

2020-07-30 09:12:20 笨说能源 作者:Ben

系列文章,带你看清楚能源行业的过去、现在和未来。

(来源:笨说能源 作者:Ben)

来龙篇

01能源产业发展历程

能量为人类的生产发展提供动力,能量载体不同形式的表现区分出不同的能源种类,根据能量载体(能源种类)的不同,可以做出以下区分:一是碳氢化合物或其衍生物的化石能源,例如煤炭,石油,天然气,其最大的特点是含碳和短期内的不可再生性;二是可再生资源,可以循环再生。是取之不尽,用之不竭的,例如水、风、光等;三是通过人为加工形成的核电,各种储能装置等。

人类社会的发展史就是一部能源利用的进化史。从刀耕火种到钻木取火,从蒸汽时代到油气、电气时代,再到现在的追求能源的可持续性发展时代。能源种类经历了从木头到煤炭,从煤炭到油气,目前正逐步从以碳氢化合物或其衍生物为主的煤油气时代过渡到以风光水为主的可再生能源时代。

02综合能源系统发展的必然性

基于不同能源种类在自然界赋存条件的特点,为了满足专业化规模开采提供生产效率、降低开采成本的要求,能源行业逐步形成了今天煤、油、气、电行业分割的局面。能源供给侧的行业分隔使得其下游的能源配送、能源消费也发展形成了行业分割的态势。

从当前能源整体利用效率来看,能源生产、输配、以及转换利用三个环节,效率最低的出现在转换利用环节,比如目前最高效的超超临界燃煤机组的热电转换效率在45%左右;主流的量产汽油内燃机效率在30%左右,少数采用增压技术的发动机可以达到40%;以晶硅、薄膜、钙钛矿系为主的太阳能光伏转换效率不超过30%。

受制于目前能源转换技术的限制,短期内能源转换利用技术的大幅度提高困难较大。未来,能源整体利用效率的提升除了依赖重大技术突破外,能源梯级利用、跨能源种类的优化是提升能源整体利用效率的重要途径。因此,能源梯级利用、跨能源种类的优化从三个方面提出了综合能源系统的需求(如图):

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综合能源产业构成▲

供给侧综合能源系统的需求

供给侧的综合能源系统是推动能源供给革命,建立多元供应体系。立足国内多元供应保安全,着力发展非煤能源,形成煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系重要措施。

目前的以电力为核心的,一次能源电力(水、核、风、光)、天然气、煤炭、石油构建能源供给侧,未来需要进一步扩大可再生能源所占比例,随着风光水等可再生能源在电力系统中渗透率的提高,电力系统面临着供给侧不稳定、波动性大的挑战。解决该问题的办法,有两种途径,一是配置大规模的储能装置,二是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在跨能源种类的综合能源系统中予以解决。

需求侧综合能源系统的需求

需求侧的综合能源系统是推动能源消费革命,抑制不合理能源消费,有效落实节能优先方针,把节能贯穿于经济社会发展全过程和各领域,树立勤俭节约的消费观,加快形成能源节约型社会的重要保障。

客户对用能成本的降低是不变的需求。受限于能源转换利用技术手段的瓶颈,单一用能方式效率的提升已十分有限,但是用户多元化的用能场景、多样化的用能需求、不同的用能特点为综合能源系统采用能源梯级利用的方式提升整体用能效率的提升、降低用能成本提供了可能。例如,太阳能的光伏发电、太阳能热水器的热水供应,分布式燃气的冷热电多联供都是较为成熟的降低用能成本的技术手段,一个具备汇集不同能源种类、调度不同能源使用,合理安排能源消费的综合能源系统是必不可少的。

源网荷储多业务多环节综合能源系统的需求

源网荷储不仅是未来进一步提升电网运营水平的重要手段,更是能源产业从生产、配送、营销、储运不同环节提升运营水平的重要手段。具体而言,原神华的一体化产业链运营模式,就是在煤炭生产、煤炭调运、煤电营销等环节对应源网荷储的各个环节按照整体运营效率最优、整体经营效益最佳的综合能源系统。

延伸为综合能源服务的售电业务

电力作为发用实时平衡的特殊商品,其本质提供的是一种服务。一般商品的生产、配送与消费环节是可以区分的,而服务的生产和消费是同步进行、无法分隔的;新一轮电改重启之前,我国不存在电力市场的概念,各个发电企业按照国家规定的上网电价将电力趸售给电网公司,电网公司在将电力出售给电力用户,在电力的生产、配送和消费三个环节中,生产与消费是被分隔的,电力这种商品被分成了多卖单买、单卖多卖的局面,没有形成一般市场中多买多卖的局面,因此市场机制无法发挥价格方向的功能,而国家规定的上网电价,虽然几经调整,例如煤电联动等,但该价格反映的多是发电企业的财务成本,而不是反映社会效益最大化的边际成本。

这一点与十八届三中全会做出的全面深化经济改革的决定中“市场配置资源的决定性作用”不符。2015年,新一轮电改重启,文件明确“形成主要由市场决定能源价格的机制”,将具有天然垄断属性的配送环节独立,明确输配电价;建立电力市场,通过交易机制实现发电企业(生产)与用电用户(消费)的直接联系,形成多买多卖的售电、购电局面,发挥市场机制价格发现的功能优势。因此售电本质上是在新一轮电改背景下产生的能源服务,与过去已存在的合同能源管理,节能服务等一起形成了目前综合能源服务的概念。

综合能源系统衍生综合能源服务

不同的用能方式、用能特点,结合互联网、大数据技术的爆发,综合能源服务具备广阔的创新空间。为推动能源技术革命、产业创新、商业模式创新,带动产业升级,把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点创造了客观环境。开展综合能源服务是转变企业发展方式的重要方式。在经济新常态下,增长速度放慢,用能增速减缓,大规模的能源基地项目建设、发电装机增长越来越少,发展综合能源服务成为改变过去以投资驱动发展、以创新、技术驱动高质量发展的重要方式。

“去脉篇”

03综合能源平台发展的必然性

综合能源系统的核心是通过系统侧的优化消减供应侧的波动、用能成本的降低以及多业务多环节的最优,因此综合能源必须通过一个汇集不同能源、调度不同环节、实现梯级利用的平台系统才可以实现。单一环节的利用,对利用效率的提高、用能成本的降低作用有限。比如,客户在屋顶新建的光伏板,可以一定程度削减用能成本,但后续提升空间十分有限,对客户而言没有形成持续性的价值创造,对综合能源供应商而言,客户的粘性不强、转移成本和门槛较低。

从综合能源系统平台出发,围绕建立的热网、配电网、气网,最终形成的一张能源互联网,它可以实现物质流、能量流、信息流、业务流、资金流、价值流的优化配置,促进能源系统更优质、更高效、更公平和可持续地提升利用效率、降低用户用能成本。

04综合能源系统平台化运营网络的特点

网络化的、平台化的综合能源系统具备互联网的部分特点。在这个网络内,通过更为快捷信息流的传递,降低和消除信息的不对称,降低交易成本,可以降低用能成本,例如不同用户、不同时段电力的负荷曲线优化匹配,形成一条比较平稳的用电负荷曲线。不仅如此,综合能源系统也具备一般网络、互联网所具备的特点和优势:(Ben偷个懒哈,以下特点介绍从简,看不懂的同学可自行度娘)

梅特卡夫效应

一个网络的价值等于该网络内的节点数的平方,而且该网络的价值与联网的用户数的平方成正比,这个特点决定了网络初期建设成本高昂,但成本的增加比客户数量要慢,收益的增加比客户数增长的要快很多。热网、配电网的具有明显的梅特卡夫效应。

双边市场效应

供给和需求之间的正反馈效应,使得平台具有很强的双边市场效应,当用能用户越来越多的时候,将促使更多的能源供应商、技术供应商参与到平台中,从而提供更多的能源解决方案、更低的用能价格,再吸引到更多的用能用户。

规模经济效应

对于初始投资大的热网、配电网,固定成本高,越多的用户使用,固定成本的分摊就越低,从而形成规模经济效应。

协同效应

用户根据用能特点,按照能源梯级利用的原则,对高、中、低配位的能源分级利用,改变过去一味用电的单一用能方式,提升整体用能效率,进而降低用能成本。

05综合能源系统及其平台发展的关键

集中调度优化是发展的关键。要实现能源综合利用效率的提升,就必须做好的能源梯级利用,要做到好能源的梯级利用,就必须建设具备汇集不同能源种类的能源汇集器(Energy hub)、合理调配能源使用的能源路由器。单一的节能手段的实施(如光伏、储能)不足以支撑能源梯级利用;建设配电网络、供热管网也没有提供各种能源整体优化的手段,只有构建一个可调度不同能源种类的综合能源系统,才可能实现综合利用效率的提升,并在后续采用各种技术手段、完善数据分析后,持续不断的提升整综合利用效率,持续不断为客户创造价值。

客户和数据是发展的关键。2020年04月10日,《中共中央国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》正式公布。这是中央第一份关于要素市场化配置的文件。《意见》分类提出了土地、劳动力、资本、技术、数据五个要素领域改革的方向,明确了完善要素市场化配置的具体举措。数据作为一种新型生产要素写入文件,《意见》强调要加快培育数据要素市场,由此可见,数据将是未来各个产业一项重要的资产。(不得不佩服自己的远见啊,与中央保持高度一致)

高固定成本,低边际成本,具有边际是效应递增的特点,大量的客户,海量的数据是挖掘用户节能空间的前提条件,通过不同的用能场景的用能数据提炼处不同节能方式。面对复杂的用能场景、用能需求,平台需要吸引的不仅是用户,还需要为各种技术供应商提供接入的可能、寻找市场的可能,为各种资金提供投资的可能,圈住更多的利益相关方。围绕能源,利用双边市场效应构建一个有生命力的能源生态圈。当越来越多的客户进入到这个生态体系中,新的商业模式和新的商业将会出现,未来发展的空间是巨大的。

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