张楠
（广州电力设计院有限公司 广州 510610）
摘要：随着工业生产和居民生活对能源需求的日益增加以及环境问题与能源开发的日益矛盾，能源问题成为近年来学术界和工业界探讨的热点，探究如何在城市环境友好的前提下提高能源使用率成为世界各国共同关注的主要问题。近年来，可再生能源相关技术、分布式储能及电动汽车发展迅速，综合能源站等概念的提出以及我国近期对“互联网+智慧能源”理念的推行掀起了城市能源改革的新一波浪潮。未来随着电力体制改革的不断深入、电能交易模式的多样化发展，构筑模块化、可定制的差异化综合能源站将成为电网企业的一个重要的发展方向及利润增长点。变电站+模式势必成为电网公司推广建设综合能源站的重要发展模式。
关键词：综合能源站；屋顶光伏；充换电站；储能；三联供
1 综合能源站主要构成元素分析
目前综合能源站所组合的能源供给主要包括变电站、屋顶光伏、充换电设施、储能设施、冷热电三联供设施。
1.1变电站
变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电站中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。目前变电站供能方式仍然是满足城乡能源需求的最重要的供能手段。
1.2屋顶光伏
太阳能光伏发电的能量转换器是太阳电池，又称光伏电池，是太阳能光伏发电系统的基础和核心器件。太阳电池也同晶体管一样，是由半导体构成的。太阳电池的工作原理是光生效应，当物体受到光照时，材料内的电荷分布发生了明显的变化，随机在材料内部产生了电动势和电流，利用这一原理在建筑物屋顶进行电能生产的活动叫做屋顶光伏。
屋顶光伏发电过程不需要冷却水，可以很方便地与各种类型的建筑物结合，构成光伏建筑一体化发电系统，不需要单独占地，可节省宝贵的土地资源等突出特点。
1.3充换电设施
汽车满足了人们大量的流动性需求，同时也引发了环境污染与能源危机等重大问题，而这些都关系着当前汽车社会的生死存亡。为此，人们近年来致力于发展新能源汽车，而电动汽车作为其典型代表，已成为当前汽车业发展的必然趋势。电动汽车要推广，完善的配套基础设施是不可或缺的，而电动汽车充电站建设就是其关键所在。
电动汽车充电方式主要有充电桩慢充、充电桩快充及换电池方式。每一类充电方式都有其特有的应用场景。
1.4储能设施
随着化石能源的减少以及人类对能源需求量的增加，储能技术已经成为各国研究的热点问题之一。储能系统根据能量形式的不同，其研究主要可分为物理储能（利用水和空气的势能和动能进行储能）、化学储能（电池储能）、电磁储能（超导材料和电容储能）和压缩空气储能和氢储能等。其中化学储能是目前研究比较多技术也相对成熟的储能方法，虽然也存在使用寿命不够长、需要避免深度充放电的缺点，但是相对前面两种具有易于控制、体积小、经济成本低且不受地理环境限制的优点。
储能系统在电力系统中有着重要的应用，本地或电网对储能系统的控制，不但可以对电网进行削峰填谷，提高供电质量，而且还能弥补使用清洁能源的间歇性不足问题。电池储能站的结构一般由蓄电池组、电池管理控制系统和电力电子变流装置组成。
1.5冷热电三联供设施
冷热电三联供是指以燃料（天然气等）为能源，能同时满足区域建筑物内的冷、热、电需求的能源供应系统，通常由发电机组、溴化锂吸收式冷、热水机组和换热设备组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆冷热电三联供系统将高品位能源用于发电，发电机组排放的低品位能源（烟气余热、热水余热）用于供热或制冷，实现能源的梯级利用，提高能源的综合利用率。
天然气是一种优质、高效、安全、洁净的能源。热值高，燃烧产生的有害物质最少，对污染日益严重的世界各大城市来说无疑是“环境救星”，因此被人们称为“绿色燃料”或“绿色能源”，是目前世界上消费增长最快的一次性矿物能源。三联供电站有两种形式。第一种是在大型企业所建立的热、电联供型电站；第二种是由小型或微型设备组成，以分散的方式布置在用户附近或者直接与建筑物集成在一起，可独立地向用户供应冷、热、电和生活热水的系统。CCHP系统可基于燃料电池、燃气轮机、内燃机、外燃式热气机、燃气－蒸汽联合循环等多种动力系统构建，形式多种多样。
“冷热电”三联供是当今世界能源技术发展最先进的潮流方向，它是一种建立在能源的梯级利用概念基础上，将制冷、供热及发电过程一体化的多联产总能系统，热效率很高。
2 差异化的综合能源站类型研究
2.1变电站+模式
变电站+模式，顾名思义就是依托变电站这个主体，根据变电站周边用户特性、交通情况、变电站供电的负荷性质等可以确定具体的建设形式、规模等。具体的建设形式及相对应的运营状态如下：
变电站+屋顶光伏，这种模式适用于变电站建设在相对开阔地带，屋顶阳光资源没有周边高大建筑遮挡，周边居民或者商业用户对充换电设施无需求的情况，这种情况下屋顶光伏供站用电负荷消纳。
变电站+屋顶光伏+充换电站，这种模式适用于变电站建设在居民小区附近或者大型商业综合体、交通枢纽附近，对于汽车充换电服务需求较大的区域，变电站本体及充换电站屋顶均可不止屋顶光伏系统，屋顶光伏的发电可为充换电站供能，充换电站为周边电动汽车服务赚取充换电服务费及停车费。与独立建设充换电站相比，与变电站合建的优势在于首先变电站就在旁边，电源及高压通道在变电站内即可解决，既便捷又不占用公共线路走廊资源；另外与变电站合建后，可共用作为变电站检修用的车道作为充换电站的车道，比各自单独建站节约一条车道面积，对于110kV变电站约节约350平方米，220kV变电站约节约占地500平方米。
变电站+屋顶光伏+储能，这种模式适用于周边负荷峰谷差较大或者周边有高可靠性电能需求用户，通过储能设施在提供高可靠性的电力服务的同时，也可以为电网削峰填谷、电压支撑甚至调节频率或作为黑启动初始电源。这种模式下未来可以通过收取用户高可靠性电费、平衡变电站峰谷负荷（峰谷电价差较大地区也可以有收益）等赚取收益。
变电站+屋顶光伏+充换电站+储能，这种模式其实就是上述第二及第三点的综合体，周边既有充换电站需求，又有高可靠性用电需求，适合于数据中心、医院、交通枢纽等场所附近，综合收益最佳。
2.2冷热电三联供+屋顶光伏模式
冷热电三联供+屋顶光伏模式主要依托冷热电三联供发电机组，由于节能环保等要求，在大型城市目前主要考虑为天然气冷热电三联供机组。
这种模式适用于大型工业区或者商业区，周边用户除用电需求外，对于供冷或者供热有需求的区域，常见于城市商业中心、有供热需求的工业区及目前热门的数据中心等。屋顶光伏发电可供周边负荷使用，避免屋顶空间浪费。这种模式下的运营方式可以收取电费、供热（冷）费用，另外根据三联供机组供电与电网供电的不同特性同样可以收取高可靠性电费及峰谷电费差。
3 结论
未来随着电力体制改革的不断深入、电能交易模式的多样化发展，构筑模块化、可定制的差异化综合能源站将成为电网企业的一个重要的发展方向及利润增长点。变电站+模式势必成为电网公司推广建设综合能源站的重要发展模式。
参考文献：
[1]胡帆.常规变电站如何向综合能源站转型升级[J]. 中国电力企业管理，2018.1，54-57
[2]安青松. 基于燃气轮机的冷热电三联供系统优化模拟.硕士论文，2004.5
[3]伍婵娟. 电力储能技术发展概述[J].电力与能源.2010
论文作者:张楠
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/21
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