3.2.3　智能分布式能源系統

未來，可再生能源將會成為能源的主力，占比將超過50%。微能源系統將普遍發展，能源獲得渠道廣泛，用戶可借助微能源系統實現自身的能源需求。在這種能源利用結構發生轉變的過程中，需要一種更為智能的能源系統來實現能源的產銷一體化，這種系統稱之為“智能分布式能源系統”，相比傳統的分布式能源系統，有三大主要特征。

1）定制式

分布式能源系統是相對傳統集中式供能系統提出的。集中式供能系統需要依靠大型發電站集中生產，然后通過傳輸設備大規模送至用戶區域，這就導致集中式供能系統負荷變化的靈活性和供能的安全性較差。分布式能源系統是建立在用戶端，根據用戶的需求量產生并供應能量的，實現能源利用效率的最大化，還將輸送環節的能耗降至最低，是智能、安全、高效的能源系統，具有能源利用率高、供能可靠性好、投資成本低、建設周期短、系統靈活性強等特點。

智能分布式能源系統是在傳統分布式能源系統中加入多種可再生能源，將各自的優點相結合，構建一種多能互補的分布能源系統（圖3.19）。智能分布式能源系統也可比喻為裁縫式的定制系統，與傳統能源系統設計完全不一樣，需要根據用戶端的負荷量體裁衣、因地制宜。

圖3.19　智能分布式能源系統示意圖

以馬爾代夫為例。馬爾代夫是印度洋上的一個島國，由1200多個小珊瑚島嶼組成，由于其特殊的地質結構和地形地貌，水能、地熱能等可再生資源開發能力很小，這是一個極端、多能互補、不與電網相連的能源系統。能源供給一直是馬爾代夫發展的核心問題，開展海島清潔能源的整合已成為馬爾代夫能源供給保障的核心內容。

經過研究，當可再生能源介入后，其含量比例達到30%～40%就可以獲益，當增加到70%～80%的時候，將與現有能源達到平衡，當比例達到90%左右的時候，則是經濟效益、能源效益最優的時候，比100%使用可再生能源的更經濟。這是由于完全使用可再生能源，需要建立大空間的儲能單元，導致儲能成本成倍增加，這是獨立系統的典型特點。如果未來儲能技術成本大幅度降低，那么可再生能源的比例就可以進一步增加。

這個案例充分說明，不能單純地追求100%可再生能源，如果是90%的可再生能源介入，整個生命周期遠超過100%的效率。能源系統的建立一定要量體裁衣、因地制宜，深入了解用戶端的信息，才能設計具體的能源系統的解決方案。

2）先進的控制手段

由于資源的多動性、地域性，以及終端用戶特性的差別，需要制定不同的解決方案及不同的能源系統。這方面的研究和技術開發有很多，比如，與建筑的結合，利用建筑的采光和朝向，將太陽能光伏發電裝置安裝在建筑結構的外表面，為采暖、空調等設施提供電力，形成建筑能源一體化系統；智能電表，智能表不僅包括電表，還包括熱表、水表、氣表等，智能電表除了具備傳統電表基本用電量的計量功能以外，還可以實現多種費率計量功能、用戶端控制功能、多種數據傳輸模式的雙向數據通信功能、防竊電功能等一系列智能化功能，智能電表代表著未來終端用戶的發展方向；智能儲能，特斯拉公司研發的電池能量墻（Powerwall）家用電池系統，不僅可以存儲從電網和太陽能電池板獲得的能量供應整個家庭用電，還可以連接到網絡，傳輸所有數據給終端用戶，它會配合特斯拉的軟件產品使用，提供實時的反饋，并通過軟件和用戶進行溝通，實驗證明能將一個家庭年用電成本減少92%；智能家居，谷歌研發的谷歌智能家居（Google Home）室內智能控制系統，以住宅為平臺，依托互聯網技術將家中各種設備連接到一起，通過語音連接家中的智能設備，從而用語音進行控制，實現家電控制、照明控制、語音遠程控制、室內外遙控、環境監測等多種實時控制功能，可提供全方位的信息交互功能，在智能家居中最重要的環節就是能量控制，可以清晰地控制每個功能（圖3.20）。

圖3.20　智能技術措施

雖然能源網絡與互聯網物理特性并不一樣，但信息技術的確能為未來能源系統提供新的技術手段。在新的能源研究領域里，除了研究能源轉換問題，還加入了信息流，這是由于做終端用戶端的控制和響應，就必須了解用戶端的需求，這種需求是需要通過傳感器進行反映和回饋的，正是借用信息技術手段，使傳感器成本在逐漸下降，傳感及認知的手段在不斷增加，這兩者結合在一起，為未來能源系統的高效、安全和靈活的使用提供有效的技術手段。

3）獲取當地資源

可再生能源的獲取都是來自當地資源，包括生物資源、土地資源、水資源、氣候資源等，這就需要研究不同區域多種資源的屬性和特征，通過建立龐大的資源數據庫，收集各個區域不同資源的基礎數據。這方面的研究已經開展，名為多元微網系統（CM2），是將全球校園地域性的微網系統接入到公共云平臺，實現當地資源數據的共享，從而為研究全球不同區域的資源特征提供了數據基礎。