國家發(fā)改委和國家能源局2016年7月4日曾聯(lián)合發(fā)布了《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)文件(以下簡稱1430號文件)，旨在“提高能源系統(tǒng)效率，增加有效供給，滿足合理需求，帶動(dòng)有效投資，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長。”

推進(jìn)多能互補(bǔ)的目的是要通過多種能源技術(shù)相互彌補(bǔ)彼此的缺陷，實(shí)現(xiàn)“集成優(yōu)化”，充分兼容和利用間歇性的可再生能源，降低終端能耗。這就形成了以下幾種優(yōu)化模式：一是供給側(cè)優(yōu)化;二是近需求側(cè)優(yōu)化;三是需求側(cè)優(yōu)化;四是供需協(xié)同優(yōu)化。而從維度看，存在同步優(yōu)化與異步優(yōu)化;集成優(yōu)化與協(xié)同優(yōu)化;單一維度優(yōu)化與跨界優(yōu)化等。

供給側(cè)優(yōu)化模式

根據(jù)1430號文件，供給側(cè)優(yōu)化模式就是“利用大型綜合能源基地風(fēng)能、太陽能、水能、煤炭、天然氣等資源組合優(yōu)勢，推進(jìn)風(fēng)光水火儲多能互補(bǔ)系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行。”這是在能源的供給側(cè)進(jìn)行大系統(tǒng)優(yōu)化。這樣的項(xiàng)目不少，例如前些年，國家能源局推進(jìn)了千萬千瓦級的“風(fēng)電三峽”和“光伏三峽”，國家電網(wǎng)為了將這些超大規(guī)模的可再生能源電力輸送到東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，建設(shè)了特高壓輸電線路，但是接踵而來的是不穩(wěn)定的可再生電力時(shí)有時(shí)無，難以維持特高壓輸電線路的電壓穩(wěn)定。為了解決這一矛盾，要在新疆及西北煤炭豐富地區(qū)大規(guī)模建設(shè)燃煤火電集群，以發(fā)展“風(fēng)火打捆”或“風(fēng)光火打捆”模式，這是典型的供給側(cè)多能互補(bǔ)。國電投蒙東能源公司是一個(gè)既擁有燃煤火電和熱電，也擁有大型風(fēng)電的企業(yè)，早在1430號文件發(fā)布之前許多年，就將風(fēng)電和火電實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，集成優(yōu)化配置資源，是一個(gè)比較成功的實(shí)例。

近需求側(cè)多能互補(bǔ)模式

1430號文件對于“近需求側(cè)多能互補(bǔ)”模式是這樣界定的：“面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求，因地制宜、統(tǒng)籌開發(fā)、互補(bǔ)利用傳統(tǒng)能源和新能源，優(yōu)化布局建設(shè)一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施，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”。首先，它是一個(gè)傳統(tǒng)能源和新能源“一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施”，不是用戶側(cè)用戶分布式能源系統(tǒng)與用戶側(cè)用能系統(tǒng)一體化的集成優(yōu)化;其次，它的側(cè)重點(diǎn)仍然是提升能源供給側(cè)一次能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，而不是將幫助用戶“節(jié)能降耗省錢”作為出發(fā)點(diǎn)。它與前一種的區(qū)別是更加靠近需求，但沒有徹底融入需求側(cè)。協(xié)鑫智慧能源在蘇州開發(fā)區(qū)推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)能源的“六位一體”，將分布式天然氣冷熱電三聯(lián)供、區(qū)內(nèi)的光伏電站和微風(fēng)發(fā)電、地?zé)岷凸I(yè)廢熱回收利用、儲能和節(jié)能服務(wù)等六個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)籌配置，構(gòu)筑新的清潔高效的區(qū)域能源供應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化，形成區(qū)域的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，提升區(qū)域的能源綜合供給效率。

需求側(cè)多能互補(bǔ)模式

“需求側(cè)多能互補(bǔ)”是完全從需求側(cè)出發(fā)，其目的是為能源終端用戶直接參與“節(jié)能降耗省錢”。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要完全服務(wù)和融入用戶一側(cè)，用戶具有極高的參與度和自主性，在能源用戶一側(cè)實(shí)現(xiàn)對于節(jié)能減排的“人人參與、人人盡力、人人享有”。用戶側(cè)分布式能源和用戶側(cè)分布式儲能實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，重點(diǎn)在用戶側(cè)實(shí)現(xiàn)多種二次能源的協(xié)同提效。在此方面，埃隆˙馬斯克為世界提供了一個(gè)極具想象力的模式。特斯拉將用戶分布式屋頂光伏、“電源墻”分布式戶用儲能電池和用戶的電動(dòng)汽車組成了一個(gè)“移動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)”，讓《第三次工業(yè)革命》作者杰米里˙里夫金夢想的“可再生能源隨需求流動(dòng)”變?yōu)榭赡堋?/p>

美國居民用電占電力消費(fèi)總量的37.4%，是最大的電力消費(fèi)市場。居民電價(jià)為每千瓦時(shí)13.8～22.2美分，折合人民幣0.96～1.54元/千瓦時(shí)。居民用電由于分散，低壓輸送造成電損很大，且用電主要集中在用電高峰時(shí)段，故電價(jià)最高。高電價(jià)使安裝分布式屋頂光伏的居民可以節(jié)省一大筆電費(fèi)開銷，從參與中分享樂趣。購置“電源墻”分布式儲能電池的用戶可將白天多余的光伏電力存儲起來，供夜間或陰天時(shí)的用電需求，若有更多的富裕電力還可充進(jìn)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，解決交通能源需求。

這三件東西是三個(gè)分布式能源裝置，組合起來就是多能互補(bǔ)。它們完全是由用戶自主購置的，與傳統(tǒng)能源供給側(cè)毫無關(guān)系。它們組合起來能滿足用戶各種用電需求，確保用戶供電可靠性;而且讓電能供應(yīng)完全脫離電網(wǎng)系統(tǒng)，隨需求流動(dòng)。依靠可再生能源在沒有任何污染排放的前提下，為用戶節(jié)約了能源開銷。馬斯克說，美國有4500萬個(gè)屋頂，全球是其20倍，未來每一個(gè)家庭都可實(shí)現(xiàn)能源自給自足。

國家電網(wǎng)公司也已經(jīng)開始嘗試中國版的“三位一體”的需求側(cè)多能互補(bǔ)模式。計(jì)劃為一些擁有屋頂分布式光伏的用戶配置儲能電池，并配置智能雙向充電樁。充電樁中的智能電表不僅可以記錄光伏電站的發(fā)電量、用戶自己的用電量、電動(dòng)汽車的充放電量、應(yīng)該獲得的可再生能源發(fā)展基金補(bǔ)貼以及相應(yīng)電費(fèi)，還能將光伏發(fā)電的綠色證書記錄下來，為未來的綠證交易提供依據(jù)。用戶不僅可以使用和銷售自己的綠色電力，為自己和鄰里的電動(dòng)汽車充電，還能夠出售自己的綠證進(jìn)行補(bǔ)償。雙向充電樁具有充電和向用戶或電網(wǎng)輸電的功能，讓電動(dòng)汽車成為可移動(dòng)的儲能電源，在必要時(shí)向電網(wǎng)反向供電，成為需求側(cè)多能互補(bǔ)系統(tǒng)中的重要組成部分。所有的數(shù)據(jù)都會(huì)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到云端，大數(shù)據(jù)系統(tǒng)幫助電網(wǎng)和用戶實(shí)現(xiàn)大范圍的多能互補(bǔ)。

國家電網(wǎng)公司看到了這個(gè)巨大的市場，中國還有6億農(nóng)民居住在鄉(xiāng)村，如果每個(gè)屋頂平均安裝5千瓦的分布式光伏，裝機(jī)就是10億千瓦，每年發(fā)電1.2萬億千瓦時(shí)。美國2016年太陽能的發(fā)電量56.79TWh，占當(dāng)年4350.8TWh總發(fā)電量的1.31%。根據(jù)美國能源信息署數(shù)據(jù)，當(dāng)年美國太陽能發(fā)電行業(yè)新雇傭了37.38萬名從業(yè)者，而全部化石能源發(fā)電行業(yè)(燃料包括石油、天然氣、煤炭)僅雇傭了18.71萬人。分布式可再生能源可以創(chuàng)造更多的就業(yè)，因?yàn)檫@些就業(yè)更多地集中在服務(wù)上，加之電動(dòng)汽車、充電樁和數(shù)據(jù)服務(wù)，國家電網(wǎng)可能成為全球無與倫比的平臺服務(wù)商。

供需協(xié)同優(yōu)化模式

“供需協(xié)同優(yōu)化”是兩側(cè)共同進(jìn)行優(yōu)化，效益實(shí)現(xiàn)共享的模式。協(xié)同優(yōu)化與集成優(yōu)化存在巨大的不同。所謂“集成”就是將一些孤立的事物或元素，通過某種方式集中在一起，產(chǎn)生相互聯(lián)系，從而構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。而“協(xié)同”，就是指協(xié)調(diào)兩個(gè)或多個(gè)不同資源或者個(gè)體，協(xié)調(diào)一致地完成某一目標(biāo)的過程或能力。

大電廠、大電網(wǎng)、大系統(tǒng)的多能互補(bǔ)由于容量太大，不可能靠大規(guī)模儲能實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰優(yōu)化配置，所以基本上都是同步系統(tǒng)，所有的優(yōu)化只能在同步條件下進(jìn)行。同步優(yōu)化存在著極大的局限性，集成優(yōu)化是主要的選擇。

在以分布式能源構(gòu)建的系統(tǒng)中，在需求側(cè)不僅可以將各種分布式能源協(xié)調(diào)起來，而且可將供給側(cè)和需求側(cè)協(xié)調(diào)呼應(yīng)起來。讓需求響應(yīng)供給，而不是供給側(cè)單方面應(yīng)對需求側(cè)的波動(dòng)變化。結(jié)合分布式儲能，共同實(shí)現(xiàn)資源的協(xié)同優(yōu)化配置。能源互聯(lián)網(wǎng)就是通過信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效的需求響應(yīng)，解決供需互動(dòng)協(xié)調(diào)配置。

在用戶側(cè)建設(shè)充足的分布式儲能系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)異步優(yōu)化。儲能電池和各種儲電技術(shù)的進(jìn)步，在用戶需求側(cè)將用電低谷時(shí)段的電力儲存起來，在用電高峰時(shí)段輸出滿足用戶需求，削峰填谷，均衡用電，優(yōu)化配置。

人們對于能源的需求不單是電力，還有熱力和制冷需求。中國用于電力的煤炭消費(fèi)占煤炭總消費(fèi)量的45.2%，用于供熱和終端能源消費(fèi)占34.3%，其中終端能源消費(fèi)也主要集中在采暖和熱力系統(tǒng)上，而相當(dāng)一部分電力也是在終端用于采暖和生活熱水上。熱是可以短期儲存的，儲熱可將系統(tǒng)的供需實(shí)現(xiàn)異步優(yōu)化。

目前市場上有一種相變蓄熱材料，蓄熱量是水的三倍以上。產(chǎn)品包括分布式模塊化蓄熱、戶用蓄熱和移動(dòng)蓄熱多種產(chǎn)品，可以連接城市熱力管網(wǎng)、分布式熱電冷三聯(lián)供、太陽能集熱系統(tǒng)、空氣源熱泵和電加熱管等，蓄熱72小時(shí)溫度下降不到10攝氏度。在用戶側(cè)蓄熱儲能，將供熱異步化，增強(qiáng)了系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化的能力，而且可能跨越不同的終端二次能源進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化。

冷也是可以儲存的，可以蓄冰、也可蓄冷水，還可相變蓄冷;可以使用電制冷，也可通過熱吸收制冷，還可將冬季的冰集中儲存留到夏季使用。蓄冰也可以跨界優(yōu)化，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻是比較成熟的技術(shù)，就是將進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的空氣降溫，提升其出力和效率。如果將燃機(jī)進(jìn)氣溫度從夏季環(huán)境溫度35攝氏度，降低到15攝氏度，燃機(jī)出力可以提升18.2%，發(fā)電效率提升5.52%。2020年我國燃機(jī)發(fā)電容量將達(dá)到1億千瓦，我們將低谷電制冰，蓄冰制冷來冷卻燃機(jī)進(jìn)氣溫度，夏季用電高峰可以增加1818萬千瓦的尖峰負(fù)荷出力，對于電網(wǎng)調(diào)峰和供電穩(wěn)定意義重大。

電、熱、冷三種終端二次能源相互之間因?yàn)閮δ軐?shí)現(xiàn)了異步優(yōu)化，大大提升了能源系統(tǒng)的靈活性和對于終端需求的適用性。在馬斯克三位一體的分布式能源模式上，再配置一個(gè)地源或空氣源熱泵以及蓄能水罐，就可以將能源自給自足擴(kuò)展到供暖、供生活熱水和制冷上。著名地?zé)釋＜彝艏瘯D院士將這種模式稱為“地?zé)?光伏+”。實(shí)際上，更準(zhǔn)確地說是“光伏+儲電+地?zé)?儲能+電動(dòng)車+需求側(cè)響應(yīng)”模式的多能互補(bǔ)協(xié)同優(yōu)化。

習(xí)近平總書記在十九大報(bào)告中說：中國特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)代，社會(huì)主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。

過去，我們的能源行業(yè)主要任務(wù)是滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對于能源的日益增長的需要。但是，今天能源和電力出現(xiàn)嚴(yán)重的供大于求，任務(wù)的重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向“推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系”。而能源革命的首要任務(wù)是能源消費(fèi)革命，“堅(jiān)決控制能源消費(fèi)總量，有效落實(shí)節(jié)能優(yōu)先方針，把節(jié)能貫穿于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全過程和各領(lǐng)域，堅(jiān)定調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，高度重視城鎮(zhèn)化節(jié)能，樹立勤儉節(jié)約的消費(fèi)觀，加快形成能源節(jié)約型社會(huì)。”

由此可見，多能互補(bǔ)的重點(diǎn)要隨著時(shí)代的變遷更多地轉(zhuǎn)向需求側(cè)，更多地關(guān)注分布式能源，更多地推進(jìn)能效提升和污染的降低，更多地解決能源領(lǐng)域發(fā)展的不平衡不充分的矛盾。