中国综合能源服务发展趋势与关键问题
来源:    发布时间: 2021-02-20 20:16   122 次浏览   大小:  16px  14px  12px

:随着中国经济高质量发展、能源转型加速,特别是在中国提出的 2030 年前碳达峰目标和 2060 年 前碳中和愿景下,中国综合能源服务发展面临新形势、新要求。首先从能源客户需求、能源技术、能源服 务模式、能源服务业态、能源政策等维度,研判中国综合能源服务未来发展趋势;其次,对中国当前综合 能源服务发展存在的关键问题进行分析,并从政府、行业、企业等不同层面提出相应措施建议,为中国综合能源服务高质量发展提供决策参考。九州蓄电池九州雄霸蓄电池,雄霸蓄电池,雄霸电池,雄霸蓄电池价格,雄霸蓄电池代理,雄霸蓄电池参

(来源:《中国电力》作者:国网能源研究院 张运洲,代红才,吴潇雨,陈睿,张宁)

关键词:综合能源服务;发展趋势;能源需求;能源技术;能源服务业态;服务模式;能源政策;碳达 峰;碳中和

0 引言

能源系统转型与能源服务升级相伴而生、互 促发展,能源系统转型是物理基础,决定了能源 服务升级的发展方向。随着中国能源革命的纵深 推进,能源生产方式和能源消费理念发生深刻变 化,能源生产由供给侧向终端用户侧延伸,能源 消费理念从能源供应向能源服务转变。在此背景 下,综合能源服务应运而生。综合能源服务是面 向能源系统终端,以用户需求为导向,通过能源 品种组合或系统集成、能源技术或商业模式创新 等方式,使用户收益或满足感得到提升的行为。 作为能源服务的高级形态,综合能源服务旨在提 供符合能源发展方向、契合用户实际需求的能源 解决方案,是推动能源革命的重要举措[1-2]。同 时,综合能源服务能够有效提升能效、促进清洁 能源利用,大力发展综合能源服务将是推进中国 能源低碳发展、实 现 2030 年前碳达峰目标 和 2060 年前碳中和愿景的关键着力点。

近年来,国家电网有限公司等能源电力企业 积极布局综合能源服务领域,加快拓展相关业务,推动中国综合能源服务快速发展。当前,中 国致力于构建新的发展格局,能源电力绿色低碳 发展势在必行,中国综合能源服务面临新的发展 形势。

从经济发展来看,中国宏观经济正由高速增 长转向高质量发展阶段,消费结构将从商品消费 为主转向商品消费与服务消费双轮驱动。映射到 能源消费领域,将催生能源用户对高品质能源服 务的需求愈发迫切,驱动综合能源服务需求进一 步释放,同时对综合能源服务的服务品质、技术 创新、业态模式等提出更高要求。目前,中国正 加快形成以国内大循环为主体、国内国际双循环 相互促进的新发展格局,科技、消费、产业等内 循环逐步贯通,将进一步激发综合能源服务市场 潜力。

从能源电力发展来看,中国碳达峰和碳中和 目标倒逼能源加快绿色低碳转型, 要求以“优化 结构、提升效率、保障安全、降低成本”为方向 推动能源高质量发展。现阶段中国化石能源占比 仍然较高,2019 年化石能源占一次能源消费比重 达 84.7%[3];大规模发展可再生能源,优化能源系 统结构成为能源转型的必然要求。在中国新提出 的 2060 年碳中和愿景下,节能减排、提质增效理 念将加速向各领域渗透;但目前,中国能耗强度 较发达国家仍有差距,2018 年单位国内生产总值(GDP)能耗强度为经济合作与发展组织(organizationforeconomicco-operationanddevelopment, OECD)中主要国家的 2.7 倍[3],降低能耗水平成 为中国能源转型发展的主旋律。中国石油、天然 气资源对外依存度高,2019 年石油、天然气对外 依存度分别为 71% 和 43%[3],能源安全形势不容 乐观,特别是在后“新冠”疫情时代,中国面临 的国际环境日益复杂,能源安全问题更加凸显, 保障能源安全成为国家层面对能源发展的根本要 求。随着能源成为政治、经济发展的关键影响因 素,用能成本的重要性愈加凸显,降低成本将是 能源发展惠及经济社会的重要体现,成为能源转 型的重要任务。随着能源转型的持续深化,综合 能源服务迎来历史发展新机遇,也将面临新形 势、新要求。

在上述背景下,本文首先立足中国经济发展 形势和能源转型方向,从需求、技术、模式、业 态、政策等 5 个维度,研判中国综合能源服务发 展趋势。其次,对当前中国综合能源发展的关键 问题进行分析,并提出相应的解决措施。

1 综合能源服务未来发展趋势研判

近年来,综合能源服务成为能源企业战略布 局的拓展重点。随着经济高质量发展、能源转型 加速,综合能源服务产业将呈现需求不断涌现、 技术突破创新、模式迭代演进、业态蓬勃发展、 政策逐步完善等五大发展趋势。

1.1 需求不断涌现

综合能源服务市场潜力较大,工业园区和公 共建筑是适合开展综合能源服务的重点对象。随 着经济形势变化、服务对象拓展等,综合能源服 务新需求将不断涌现,驱动市场潜力持续释放。 预计到 2025 年,中国综合能源服务市场规模可达 万亿元[4]。

1.1.1新形势催生新需求

随着中国宏观经济进入高质量发展阶段,能 源用户对高品质能源服务需求日益迫切,用能需 求呈现综合化、定制化两大特征。一方面,分布 式电源、储能等新元素大量出现,用户能源管理 复杂性显著提升,要求能源服务商提供“一揽 子”能源解决方案,如能源托管[5]、能源一体化供应[6] 等;另一方面,用户用能需求具有明显的 属地化、个性化特点,要求能源服务依托“大云 物移智链”等先进信息技术,提供定制化服务, 如定制化方案设计、智慧能源管控[7] 等。在综合 化、个性化用能特点的驱动下,一体化、定制化 能源解决方案将成为综合能源服务的主要发展方向。

中国正加快形成“双循环”新发展格局,科 技、消费、产业等内循环逐步贯通。科技内循环 的贯通,将驱动多能耦合互补[8-9]、智慧能源管控 等综合能源服务重点依托的前沿技术取得突破, 为综合能源服务业态创新提供丰富手段,激发潜 在需求。消费内循环的贯通,将激发中国内需潜 力、拉动国内消费,综合能源服务作为国内超大 市场的一部分,将顺应潮流持续释放需求。产业 内循环的贯通,将稳定优化产业链、供应链、价 值链,支撑综合能源服务产业生态化发展,以更 优质的服务吸引用户消费。

1.1.2新基建催生新需求

2020 年,中央政府密集出台新型基础设施建 设相关政策,包含 5G、新能源汽车充电桩、大数 据中心、人工智能、工业互联网等高新科技领 域。作为能源服务新对象,5G 基站、数据中心具 有能耗高、用能需求综合化等特征,为能效提 升、多能供应等综合能源服务细分领域带来了潜 在需求。

一方面,5G 基站单站功耗是 4G 基站单站的 2.5~3.5 倍,中国数据中心的平均电源使用效率 (powerusageeffectiveness,PUE)为 2.2~3.0,均 属高耗能对象。因此,需要针对数据中心、5G 基 站等新型基础设施开展用能分析与诊断等能效服 务,挖掘用能问题并提出能效提升解决方案。

另一方面,数据中心的电能、冷能需求总量 大,2018 年中国数据中心用电量约为 1609 亿 kW·h, 占当年全社会用电量的 2.35%,其中数据中心消 耗的电能 95% 以上转化成了冷能。同时,数据中 心、5G 铁塔基站为保障通信和计算服务能力,通 常需要配备储能等备用电源。因此,需要开展多 能供应服务,满足数据中心的电、冷综合用能需 求以及 5G 基站的储能、可再生能源需求。

1.2 技术加快突破

综合能源服务产业涵盖专业技术领域众多, 主要包含单项技术、多能耦合技术、能源数字化技术。随着新一轮技术革命的深入推进,各类技 术将不断创新突破,为综合能源服务模式和业态 创新提供更加丰富的技术手段。

1.2.1单项技术

单项技术主要指支撑综合能源服务发展的某 一细分领域技术。依托基础理论、关键材料上的 不断突破,单项技术将向着更高效率、更低成本 的方向发展。重点关注的技术包括电化学储能技 术[10-11] 和微型燃气轮机技术[12]。

电化学储能技术对促进可再生能源消纳,提 升能源系统调节能力具有重要意义。但目前,电 化学储能的容量、安全性、使用寿命、充放电灵 活性等方面仍待突破提升,需要在离子交换膜和 电极材料、电解液组成、有序充放电等方面进行 攻关。未来,随着材料、成本方面的进步,电化 学储能的应用规模将会持续上升。

微型燃气轮机技术是提升用户能源系统可靠 性的核心技术,中国微型燃气轮机的研制起步较 晚,仍处于系统研发、产品研制与示范阶段。重 点需要在关键元器件、整机制造、燃料高效清洁 燃烧等方面进行攻关,提高部件材料的耐高温能 力、压气机的性能以及燃烧室的效率等,支撑天 然气在综合能源系统中的高效利用。

1.2.2多能耦合技术

多能耦合技术聚焦多能转换、多能供应等关 键环节,随着终端能源系统通过多能联供、多能 互补实现效率提升的需求逐步扩大,多能耦合技术 将迎来快速发展。重点关注的技术包括区域热电 联供技术[13-14]、电转气(powertogas,P2G)技术[15-16]。

目前,以第四代供热技术为核心的新一代区 域热电联供技术正蓬勃发展,丹麦 65% 的建筑物 采用该技术,满足全国 50% 以上的供热需求和部 分供电需求。该技术采用了低水温供暖(如 55℃ 供水,26℃ 回水),并且采用了大量热泵、电采 暖等终端辅助热源;同时,热电联产厂燃料主要 由生物质燃料组成,并充分利用太阳能、地热等 可再生能源。该技术打破热电联产厂“以热定 电”的运行方式,实现热电解耦,充分释放了灵 活性;采用大量热泵、电采暖等终端辅热,系统 整体能效较传统集中式供热提升 30% 以上;同 时,该技术对可再生能源的高比例接纳能力,为 能源可持续发展提供了支撑。随着中国对可再生能源开发利用的重视与日俱增,以及用户对更高 供热供电效率的追求,该技术将成为支撑综合能 源服务多能供应业务开展的核心技术。

P2G 技术包含电制氢、电制甲烷等技术,P2G 技术能够将电力部门与工业生产、建筑供冷供 热、交通运输等终端主要用能部门进行 “ 连 接”,是实现异质能源网络深度耦合的关键,同 时是推动整个能源系统脱碳的重要举措。但目 前,P2G 技术面临制气效率低、储气密度不足以 及储气设备使用寿命短等问题,亟须在催化剂以 及储气材料方面进行攻关。随着质子交换膜电解 水制氢(protonexchangemembrane,PEM)等电解 水技术逐渐成熟以及新能源发电成本持续下降, 将推动 P2G 技术进步和成本降低,未来相关细分 领域市场将快速发展。

1.2.3能源数字化技术

能源数字化技术旨在利用数字信息技术提升 能源系统运行控制、市场交易等环节的智能化水 平。随着“大云物移智链”等先进信息通信技术 与能源系统的加速融合,将推动综合能源服务向 信息物理深度一体化应用方向发展。重点关注的 技术包括基于物联网的智慧能源管控技术[17-18]、 能源区块链技术[19] 等。

基于物联网的智慧能源管控技术正在全球范 围内快速发展,如德国在 EUREFCampus 园区能 源站项目中构建了具有“底层-中层-顶层”3 层架 构的物联网智慧能源管控系统(见图 1)。从技 术层面看,智能量测、智能分析是实现智慧能源 管控的核心技术。智能量测技术迫切需要在智能传感器、信息接口、信息通信等方面进行技术攻 关,解决多元数据的实时精确采集、不同传感设 备间通信以及信息实时高效传输的难题,提供高 效、安全、泛在的信息量测能力。智能分析技术 迫切需要在多能耦合转换关系分析以及用户的用 能和交易行为分析等方面进行攻关,解决海量数 据实时分析挖掘的难题。智慧能源管控技术是能 源流和信息流高度融合发展的重要体现,推动综 合能源服务业务以更加绿色高效的方式满足用户 定制化、多样化需求,将成为未来综合能源服务 的核心业务之一。

能源区块链技术是掌控海量分布式能源,支 撑其互动互济、协同优化的重要技术。能源区块 链技术迫切需要在智能合约、共识机制、加密算 法等方面进行攻关,解决能源调度和交易等信息 的分布式记录与存储、能源数据的广泛共享等问 题,从而形成与综合能源系统供需相关的信用体 系,促进综合能源交易的灵活开展及供需双方的 高效协同。目前,能源区块链技术多应用于分布 式发电交易、电动汽车充电交易、分布式能源管 理领域,未来有望进一步扩展至碳交易、电动汽 车分时租赁、能源资产安全化管控等领域。

1.3 模式不断创新

综合能源服务业务主要包含单体式、集成 式、平台式 3 类业务。单体式业务聚焦综合能源 服务细分领域的单一解决方案,如分布式光伏、 电动汽车充电桩、余热余压利用[20]、节能照明[21] 等。集成式业务聚焦一体化、系统化能源解决方案, 如园区能源一体化供应[22-23]、建筑绿色能源系统[24]、 家庭智慧能源系统[25]。平台式业务聚焦供需匹配、 信息共享、资本流通,如综合能源服务平台。

以电为中心、单体式业务向集成化发展,采 用一体化方式满足用户的多元用能需求成为综合 能源服务业务的大势所趋。同时,随着互联网技术与能源技术深度融合,平台化发展模式将在综 合能源服务产业发展中扮演越来越重要的角色。

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