社區型多能互補智慧能源系統設計

單麗清 劉正生

（1.吉林電子信息職業技術學院，吉林 吉林 132021；2.吉林電力股份有限公司，吉林 長春 130000）

1 我國能源應用現狀與發展方向

我國能源行業正肩負著能源結構轉型的重要任務，由清潔能源逐步取代化石能源的消耗是我國能源發展的重要戰略目標。尤其是在我國提出“碳達峰”、“碳中和”目標后，對節約用能、減少排放、提高再生能源占比等方面提出了更高的要求。雖然經過多年的持續努力，包括生物質、光伏、風力、地熱等多種能源類型的新能源發電技術得到快速發展，小型分布式發電項目遍地開花，大大降低了我國發電行業對化石能源的依賴性，但由于新能源發電的不穩定性導致電力運行的安全性與穩定性受到威脅而限制了新能源發電技術的應用。

能源行業始終立足于自身特點用持續的變革與發展來實現能源結構的逐步優化，無論是在全國大力推行過的“煤改電”項目，還是近幾年不斷發展的多能互補、協同作業電力生產技術，都切實有效的改善了空氣環境、實現了節能減排目標。然而，隨著我國加速復工復產、經濟穩步回升，工業對電力需求量、供電穩定性都提出了更高的要求。在2020年底，我國多個省份出現電力供應吃緊而導致工業、企業限制用電情況，雖然此次在保障民生用電的前提下限制供電對居民的日常生活未產生過大影響，但隨著用戶的用電需求持續提高、居民對電的依賴程度不斷增大，一旦不可抗力導致的電力供應中斷，將會對生活生產造成重大影響。

2 多能互補的優勢

由于電能不能大量存儲，而太陽能、風能等可再生能源雖然能源儲備量巨大但間歇性和波動性極強，導致發電并網時存在諸多嚴重影響電網安全、經濟、穩定運行的問題，對調峰機組及電網調度的安全性和可靠性造成較大影響，因此，難以依靠單一能源實現穩定可靠的電力生產與供應。

隨著計算機與網絡技術的飛速發展，“互聯網＋”智慧能源為電力生產提供了更多的可能，多能源綜合互補發電技術得到了有效推廣與應用。因此，采用小型微電網技術打造多能互補的智慧能源利用系統來解決民生所需的用電、供暖及制冷需求具有巨大的實用性價值。

3 社區型多能互補智慧能源系統的設計思路

基于上述分析，本文擬設計一套基于多種能源綜合利用的智慧能源管理系統，結合清潔能源與信息技術，實現光伏、地熱、電能等多種能源互補的節能控制系統，實現采用新能源實現供熱、供冷、發電、蓄能的需求，以達到節約能源的目的。該智慧能源管理系統是基于“互聯網+”及大數據技術的綜合性能源管理系統，由感知層、網絡層、平臺層和應用層四個部分組成，包含光伏薄膜電池、蓄能裝置、地源熱泵及智能監測裝置幾部分。

通過在建筑外墻壁覆蓋光伏薄膜電池、屋頂布置光伏板等方式，將太陽能轉化為電能儲存在蓄能電池中，通過智能控制系統與市電進行切換，在保證能源供應的前提下優先使用光伏發電系統產生的電能，減小家庭用能成本。在屋頂及園區空地布置小型風力發電設備，采用光伏與風力發電協同工作的方式，保證不同天氣環境下的發電量。室內裝有智能溫度控制器，在室溫低于22℃或高于24℃時自動啟動地源熱泵為室內供暖或制冷，最大限度取代空調、電暖氣等供暖設備，節約電能消耗。可根據負荷率自動、定時切換運行各功能系統，在保證節能的基礎上，延長各系統的使用壽命。通過功率、溫度、能耗量等各種測量裝置采集數據，得出當前環境下的能源需求，并計算出光伏、蓄電、地熱等各子系統之間的最優配合模式，以調整各設備的運行情況來滿足日常生活的用能需求。

此外，用戶還可以通過對應用層數據進行個性化設置，滿足不同地區居民用能的差異性。對于采暖需求低于東北的華北、華中等優先推行的“煤改電”地區，因存在冬季供暖需求導致用戶對電能的依賴程度極大，不宜以市電作為唯一的供暖來源。為規避市電斷電情況下居民無法供暖的風險，可通過在社區推行建設智慧能源管理系統保障居民的用電需求。而在我國華南及沿海等經濟發展迅速、工業用電需求量大、居民制冷用電需求高的地區，同樣存在夏季因用電量超過電網負荷能力而限制電量供應的情況，此時采用家庭智慧能源管理系統便于實現“白放夜充”的錯峰用電控制。在白天用電高峰時采用蓄能系統供電，而夜晚用電低谷時對系統進行充電，保障電力供應。

4 社區型多能互補智慧能源系統的特點

1）清潔發電，助力環保。采用光伏發電蓄能技術作為家庭用電的主要供電來源，在我國目前以化石能源作為電能的主要生產能源情況下，減少市電消耗就是減少化石能源消耗，助力全民參與節能減排，早日實現“零碳”排放目標。

2）節約能源，降低成本。采用地源熱泵代替傳統的空氣源熱泵及電采暖裝置以滿足用戶供暖及制冷需求，地源熱泵具有電能耗量低、能源轉換效率高、運行成本低等優點，能夠大幅降低日常供暖和制冷的耗電量。

3）運行可靠，供電保障。該系統可通過自帶的儲能設備儲存富余能量，保障市電斷電時用戶的電能供應，滿足人們對電能的高度依賴需求。

4）夜充白放，削峰填谷。在陰雨等光照不足的天氣可以優先使用蓄電池中的能量，并采用夜間充電的方式在用電低谷期自動對儲能系統進行充電，保障白天用電高峰時的電力供應不受影響。尤其適用于用電波谷差大或在電網負荷過大時段限制用電的地區。

5 結語

通過能夠實現多能互補的清潔能源綜合利用項目，以光伏、風力發電及儲能作為市電的有力補充、以地源熱泵代替空調及電采暖，滿足用戶的用電、供暖及制冷需求，將民生用電對電網的依賴性降低，在一定程度上緩解電網壓力的同時還能夠減少化石燃料的消耗，將成為我國全面普及清潔能源發電項目、提高清潔能源的占比提供重要基礎，是助力實現節能減排、能源結構轉型、碳達峰與碳中和等能源發展戰略目標的重要舉措。