3.2.3　智能分布式能源系统

未来，可再生能源将会成为能源的主力，占比将超过50%。微能源系统将普遍发展，能源获得渠道广泛，用户可借助微能源系统实现自身的能源需求。在这种能源利用结构发生转变的过程中，需要一种更为智能的能源系统来实现能源的产销一体化，这种系统称之为“智能分布式能源系统”，相比传统的分布式能源系统，有三大主要特征。

1）定制式

分布式能源系统是相对传统集中式供能系统提出的。集中式供能系统需要依靠大型发电站集中生产，然后通过传输设备大规模送至用户区域，这就导致集中式供能系统负荷变化的灵活性和供能的安全性较差。分布式能源系统是建立在用户端，根据用户的需求量产生并供应能量的，实现能源利用效率的最大化，还将输送环节的能耗降至最低，是智能、安全、高效的能源系统，具有能源利用率高、供能可靠性好、投资成本低、建设周期短、系统灵活性强等特点。

智能分布式能源系统是在传统分布式能源系统中加入多种可再生能源，将各自的优点相结合，构建一种多能互补的分布能源系统（图3.19）。智能分布式能源系统也可比喻为裁缝式的定制系统，与传统能源系统设计完全不一样，需要根据用户端的负荷量体裁衣、因地制宜。

图3.19　智能分布式能源系统示意图

以马尔代夫为例。马尔代夫是印度洋上的一个岛国，由1200多个小珊瑚岛屿组成，由于其特殊的地质结构和地形地貌，水能、地热能等可再生资源开发能力很小，这是一个极端、多能互补、不与电网相连的能源系统。能源供给一直是马尔代夫发展的核心问题，开展海岛清洁能源的整合已成为马尔代夫能源供给保障的核心内容。

经过研究，当可再生能源介入后，其含量比例达到30%～40%就可以获益，当增加到70%～80%的时候，将与现有能源达到平衡，当比例达到90%左右的时候，则是经济效益、能源效益最优的时候，比100%使用可再生能源的更经济。这是由于完全使用可再生能源，需要建立大空间的储能单元，导致储能成本成倍增加，这是独立系统的典型特点。如果未来储能技术成本大幅度降低，那么可再生能源的比例就可以进一步增加。

这个案例充分说明，不能单纯地追求100%可再生能源，如果是90%的可再生能源介入，整个生命周期远超过100%的效率。能源系统的建立一定要量体裁衣、因地制宜，深入了解用户端的信息，才能设计具体的能源系统的解决方案。

2）先进的控制手段

由于资源的多动性、地域性，以及终端用户特性的差别，需要制定不同的解决方案及不同的能源系统。这方面的研究和技术开发有很多，比如，与建筑的结合，利用建筑的采光和朝向，将太阳能光伏发电装置安装在建筑结构的外表面，为采暖、空调等设施提供电力，形成建筑能源一体化系统；智能电表，智能表不仅包括电表，还包括热表、水表、气表等，智能电表除了具备传统电表基本用电量的计量功能以外，还可以实现多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等一系列智能化功能，智能电表代表着未来终端用户的发展方向；智能储能，特斯拉公司研发的电池能量墙（Powerwall）家用电池系统，不仅可以存储从电网和太阳能电池板获得的能量供应整个家庭用电，还可以连接到网络，传输所有数据给终端用户，它会配合特斯拉的软件产品使用，提供实时的反馈，并通过软件和用户进行沟通，实验证明能将一个家庭年用电成本减少92%；智能家居，谷歌研发的谷歌智能家居（Google Home）室内智能控制系统，以住宅为平台，依托互联网技术将家中各种设备连接到一起，通过语音连接家中的智能设备，从而用语音进行控制，实现家电控制、照明控制、语音远程控制、室内外遥控、环境监测等多种实时控制功能，可提供全方位的信息交互功能，在智能家居中最重要的环节就是能量控制，可以清晰地控制每个功能（图3.20）。

图3.20　智能技术措施

虽然能源网络与互联网物理特性并不一样，但信息技术的确能为未来能源系统提供新的技术手段。在新的能源研究领域里，除了研究能源转换问题，还加入了信息流，这是由于做终端用户端的控制和响应，就必须了解用户端的需求，这种需求是需要通过传感器进行反映和回馈的，正是借用信息技术手段，使传感器成本在逐渐下降，传感及认知的手段在不断增加，这两者结合在一起，为未来能源系统的高效、安全和灵活的使用提供有效的技术手段。

3）获取当地资源

可再生能源的获取都是来自当地资源，包括生物资源、土地资源、水资源、气候资源等，这就需要研究不同区域多种资源的属性和特征，通过建立庞大的资源数据库，收集各个区域不同资源的基础数据。这方面的研究已经开展，名为多元微网系统（CM2），是将全球校园地域性的微网系统接入到公共云平台，实现当地资源数据的共享，从而为研究全球不同区域的资源特征提供了数据基础。