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基于SCOR模型的能源互联网建设研究
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/3/11 8:41:09  

摘要:当前能源问题频出,分析其发生根源,就在于能源的供需出现了结构性失衡问题,这就要求我们加强对综合能源的集成管理。基于此,能源互联网的建设就被提上了日程。能源互联网建设需要集中于供与需两个关键点,利用能源供应链管理思想和SCOR模型,通过计划、采购、生产、配送、退回五个流程管理加强能源供应链中能量流、服务流、资金流和信息流的控制。因此,通过SCOR模型的应用,对能源生产、输送、消费等环节采取一定对策,可以进一步推动能源互联网建设。

关键词:能源供应链;SCOR模型;能源互联网;

当前,我国能源管理形势严峻。一方面,供需失衡导致的价格畸变,引起多方负面反响;另一方面,石油天然气依赖进口,国家能源安全也受到威胁。同时,我国还面临着严重的环境污染,也亟须通过能源生产和消费过程管理减少碳排放。以上这种种问题,蕴含着一次能源与二次能源的复杂转化问题、缘起于化石能源与可再生能源的供需替代问题,被裹挟在互联网的历史潮流之中,促使我们不断思考如何加强对多种能源的综合集成管理,而不仅仅是局限在单一能源的供需配合上。这就需要我们应用系统原理把能源的转化与供需综合平衡放在能源供应链的架构上进行分析。2015年,习近平主席在国际会议上关于构建全球能源互联网的号召,更是引发了通过能源互联网建设解决当前能源综合问题的一系列思考。能源互联网的建设,从某种意义上正是构建多元能源供应链综合系统并使之有效运作的思想。本文基于这一系列思考,分析了当前能源问题发生的根本原因,提出能源供应链管理思想与模型的应用思路,并针对能源互联网的建设提出相应的建议与对策。

一、能源问题分析

(一)煤炭能源

作为我国能源供应结构中的主要成员,煤炭行业首当其冲,成为经济领域中最先需要通过削减产能参与供给侧改革的行业之一。随着中小型煤矿的关闭停产,大型煤矿集团的集结合并,煤炭产业市场集中度在逐渐提高,相应卖方市场势力在逐渐增加,由此电煤价格向下扭曲的程度相对减轻(王雨佳,2018)。尽管随着供给侧改革的推进,电煤价格扭曲率得到一定程度的修正,但是如果煤炭利用模式没有从粗放型向精细型转变,煤炭利用技术和利用效率没有有效提高,那么这种修正也只是电力产业和煤炭产业现有利益的重新分配,而没有获得利益的增长。而且随着化石能源的枯竭,我们仍然不可避免地面临着煤电供应缺位问题;只要以煤为主的一次能源消费结构没有从根本上得到调整,我们就仍然无法解决当前横亘于世界面前的大气层受到破坏等环境污染问题。

(二)石油天然气能源

作为化石能源的重要部分,我国石油天然气存储量目前所探测到的并不丰富,较大部分依赖进口。其中天然气作为一种清洁能源,在环境治理和保护的压力下,成为煤炭的重要取代来源。2017年,中央大力推进煤改气政策,各地煤改气工程超预期建设,由此不仅导致能源供应链供需环节发生了重大改变,而且由供需失衡导致严峻的“气荒”事件发生,以至于华北地区天然气价格短短一个月时间内就由4000元/吨突破万元大关。天然气价格的暴涨,不仅使国内企业面临巨大的成本压力,引起供应链机制发挥失常,同时也导致各地方天然气保障临时政策的出台,又进一步循环引发了供应链运转畸变。2018年,尽管从煤改气转向多能互补、地热等可再生清洁能源,但天然气进口国的稳定供气仍存在不可控因素,供小于求。因此只要存在进口依赖,国家能源安全就会受到威胁。

(三)电力能源

随着煤改气的推进,燃煤发电占煤炭消费比重进一步提高。由于国家火电规划的滞后,燃煤火电装机容量增速超过用电需求增速,火电利用小时数持续下降;此外,由于我国电力需求与风、水、光等可再生能源存在逆向分布状况,大量由可再生能源转化生成的电力能源无法有效输送到高电力需求地区,导致弃风、弃水、弃光现象严重。而在电力需求端存在的现实仍然是边远地区的缺电断电、部分农村地区高昂的电价以及在用电高峰季节的停电限电,电力普遍服务水平有待进一步提高,供需错位问题需要尽快解决。

基于对以上几项主要能源供需结构性失衡状况分析,其中尽管有我国能源资源禀赋分布不平衡的因素,但主要原因首先是能源行业与交通运输、制造业等其他行业之间能源开发、输送、利用等整个供应链系统规划不全面,其次是能源行业内各种能源运作系统之间及一次能源与二次能源的转化系统交互单一、系统运作不协调。针对这种系统规划、运作、交互问题,就需要树立“顶层设计”的系统性思维,摒弃原有“各自为政”单纯“扩张保供”的能源发展思路,充分认识并利用我国能源禀赋,发挥优势,回避劣势,从整体能源行业的统筹规划、整体开发、协同建设着手提高能源利用效率,在节能减排的基础上实现供需平衡。

二、能源供应链管理模型

供应链的内涵指产品或服务在流动过程中从最初的供应商到最终的用户之间形成的一种网状关系模型,是一种更加紧密的战略联盟形式。相应地,供应链管理的内涵即在于核心企业通过对参与供应链合作的企业之间流动的产品、服务、信息、资金实施计划、组织、协调与控制等职能从而经济有效地满足最终用户的需求,是一种集成的管理思想和方法。

显然,当供应链中流动的产品或服务是能源或者能源服务或者与能源供应和能源需求相关的其他服务时,这条供应链就是能源供应链,多条能源供应链相互交叉形成一个网状结构模型。通过对该网络结构中的能量流或服务流、资金流、信息流的进行综合系统的管理,以实现整个能源供应链经济绩效和环境绩效提高为目的,就是能源供应链管理。应用能源供应链管理思想,通过各种产业整合、技术创新等供应链改进方式实现能源节约是解决当前能源问题的一条重要途径(Wangetal.,2016)。但是更重要的是,通过对能源供应链的管理,可以开发可持续性能源供应系统,促进能源资源合理配置,提高能源利用效率;可以构筑多元能源网络,促进横向多能互补,纵向源网荷储协调,实现能源的整体性供需平衡(Yanetal.,2016)。

(一)对多能源的有效管理

要实现对能源供应链的有效管理,首先需要对于能源供应链有别于传统供应链的特征进行分析认识。能源供应链中流动的能量有别于一般商品,从链式结构向网络化、多元化、复杂化发展,其中涉及多个组织,并涉及能量的多向流动(董明,2008)。具体如下:

1.配送服务具有即时性、连续性。

针对石油天然气,主要通过管道传送,针对电力,主要通过输配电网传送,能源的配送具有连续流动、即时到达的特征。

2.多元能源具有互相转化性。

分布式能源系统中风、光、水一次能源转化为电力能源;冷热电联产中煤炭(天然气)、电、热能间的相互转换(耦合),因此能源供应链中能量可能以多种外在载体形式存在。

3.能量的多向流动性。

典型的输入输出端口如储能,在能源供应链供能充裕时接受能量输入,在能量缺乏时,又可供给供应链内其它组织能量需求。与此相似的还有联网型微网系统,同样可以多余发电上网,发电不足时接受大电网输送的能量。

尽管能源供应链具有高度复杂性、多元性,但作为供应链通过集成运作经济有效地满足最终用户需求的基本特征不变。因此,供应链管理的通用模型同样可以应用在能源供应链管理上,其中比较典型的即SCOR模型。

SCOR模型,即供应链流程参考模型,是1996年美国供应链管理协会发布的。SCOR模型起源之初,主要应用于企业层面,建立在计划、采购、生产、发运、退货五个流程上。这五个流程管理是企业与其供应链伙伴进行有效沟通以及绩效衡量指标设立的参考工具。从绩效目标的设定和计划的宽泛性来说,SCOR模型主要针对战略层面的供应链架构设计,广泛应用于供应链中核心企业的竞争与合作战略规划。但是能源产业关系着国计民生,除了经济指标的衡量,还需要注重提高普遍服务水平。因此,能源供应链的运作不能以某具体能源行业或能源企业为核心进行,更不能脱离政府管制而存在,否则将会出现某核心行业或企业通过调配资源获得更高的私利,从而打破整个产业的供需系统平衡,伤害国家利益。

(二)对能源供应链管理

能源供应链管理,需要跳脱出企业边界,站在全产业供应链高度,将SCOR模型的应用从企业战略层面上移植到国家战略层面上,开展能源大产业供应链架构设计,才能促进多元能源合理转化与替代,保证能源供需平衡、国家能源安全、自然环境友好。见图1,具体如下。

1.能源供应链的计划元素应上升汇总到政府相应管制部门,针对能源供需全产业链开展国家能源计划活动,再在该总体计划的基础上回到企业层面进行计划流程管理。国家能源计划覆盖整个规划周期,同时综合模型中的服务和能量全部供方与需方,调整综合资源以满足预期需求量,使整个供应链达到总需求平衡。

2.能源供应链的执行元素仍然由具体企业掌控,其中采购与生产流程管理由能量供方开展,并在能量供方之间按计划进行能量各种载体的转化与替代,而配送及退货则由服务供方开展,服务供方在提供能量配送服务时与能量供方和需方进行三方互动,并与能量供方一起服务于最终用户。根据计划,使能量的外在载体发生变化,并妥善安排其中生产与配送进度、先后顺序和数量,以满足不同能源形式、不同时间、不同数量、不同空间的需求。

3.能源供应链的集成运作还离不开信息等支持元素。计划流程需要大量运行信息的支持,才能真正适应变化。而在采购、生产、配送、退货流程中也需要企业之间和企业内部各部门建立充分的联系,并对相应的信息系统进行维护和管理。

综上所述,能源供应链中流动的有能量及能源服务,能量的流动具有多向性,服务的对象具有多元性,与能量和服务流动相反方向的即资金流,其中在供应链所有成员间四通八达进行流动的是信息。只有通过对能量、能源服务、资金、信息流的有效控制,才能实现能源供应链的持续、友好运转。

图1能源产业SCOR模型

三、能源互联网的建设

显然,要解决能源行业存在的结构性失衡问题,需要应用前瞻性视角、系统性思维来思考包括能源生产、运输、配送、消费全行业在内的广义能源系统运作问题。能源供应链管理思想及能源产业SCOR模型的应用为我们提供了一个系统的架构,但要完善能源供给规划,促进多类型能源的相互补充与供需系统的协调发展,则需要借助互联网的东风,开展能源互联网的建设。

能源互联网提出于2015年。随后,曾鸣等(2016A,2016B)一系列学者都对能源互联网进行了充分的阐述与定义,明确了能源互联网的主要特征、关键运营模式、技术框架。能源互联网,基于当前互联网背景下,强调横向实现电、气、煤、油、热、可再生能源等“多源互补”,纵向实现能源生产、配送、消费、储存各环节高度协调,通过生产和消费的双向互动,集中与分布的充分结合,实现供需平衡。这也正是能源供应链管理的要义。

基于能源供应链管理思想,能源互联网的建设主要包括以下几个方面。

(一)横向多能柔性互补

供应链柔性是在不确定的、可变的环境下,响应变化同时减少风险的重要方法。横向多能互补是指电力系统、石油系统、煤炭系统、供热系统、天然气供应系统等多种能源资源之间的互补协调,突出强调各类能源之间的“可替代性”,不仅有煤改气,还有煤改电等等。能源供应链的柔性互补是建立在能源互联网的开放、对等的基础上,提供多种能源的交流媒介,实现分布式电源、储能等多种设备的适应性接入,用户不仅可以在其中任意选择不同能源,也可自由选择能源资源的使用方式。

(二)纵向源网荷储协同

供应链的成功决定于供应链成员间能否实现协同管理,包括联合决策、组织协同,使供应链成员无论是从信息还是业务、关系上均实现整合与同步。而能源互联网中的纵向源网荷储协同,其中,源指电力、煤炭、石油天然气等能源开发生产系统,网指的是电力网络、石油天然气网络等能源输配网络,荷指包括电力、热能等多种能源需求,储则指能源的储存。能源互联网一方面需要通过多种交互技术实现能源资源的开发生产和资源运输网络、能量传输网络以及能源消费之间的相互协调;另一方面针对用户的多种用能需求开展需求侧管理,提供综合能源服务,在为用户降低成本开支的同时引导清洁能源消纳,保证系统安全稳定运行。能源互联网的纵向协同则是建立在互联的基础上,保证子系统内局部能源设备之间的互联互通以及内部供需自平衡,同时,保证分散式与集中式等子系统之间的互联协调以及大系统内的供需总体平衡,从而有效提高系统运行的安全性与经济性。

(三)全方位信息共享

无论是纵向多环节协同还是横向柔性互补,能源互联网的有效运行离不开信息的搜集、加工与利用。能源互联网是各能量节点、信息节点之间进行能量流和信息流双向流动的平台,每个能源节点都有获取数据信息的权限与能力,而这种信息的流通与共享将进一步发挥作用,实现能源系统的实时感知、动态控制,促进能源资源在广域范围内的优化配置。

四、政策与建议

要使能源互联网更为行之有效,保证我国能源供需平衡,使国家能源安全得到保障,减少碳排放,促进能源低碳发展,优化环境,需要在以下能源开发生产、输运配送、消费利用等方面开展能源互联网的建设。

加大对煤炭清洁利用技术开发的投入力度,不断研发洗煤等净化加工技术、循环硫化床等清洁燃烧技术、碳捕获等净化处理技术,在符合国际碳排放标准的基础上充分利用我国丰富的煤储备资源保证能源的充足供给。

推进煤电产业纵向联合,使煤电企业通过一体化建设减少双方的交易成本和博弈成本,提高总收益,从而更好地发挥电煤资源的效用,促进煤电产业链长期稳定发展。

大力开发页岩气,减少天然气进口依赖,增加地热等其他清洁能源供应量,并在天然气无法依靠自主供应时,结合国际关系,谨慎有序地推进煤改气进程,以避免天然气供需失衡。

通过电力体制改革的推进,加快售电和综合能源服务市场建设,推进输配电价改革,引导电网等能源输送网络实体退出能量供需环节,转变为能源输配服务供应商角色,从而通过更加专业的服务,保证能量的合理、经济、有效流转。

加快微网系统、储能系统的建设,一方面可以利用局部系统的建设与完善,逐步互联互通促进能源互联网大系统的建设;另一方面也可以利用这些子系统的调节作用,在能源供需出现失衡等风险时发挥供应链柔性,进行能量输出或输入,以应对风险。

调整政策导向,对综合能源服务供应商施加影响,通过市场手段引导消费者积极优先消纳绿色能源,参与需求侧响应,从而促进绿色能源消纳,保证能源系统安全运行。

参考文献

[1]董明.分布式能源供应链网络建模解析集成框架[J].上海交通大学学报,2008,(11).

[2]王雨佳.供给侧改革下能源关系及价格现状---以煤电产业链为例[J].现代经济探讨,2018,(7).

[3]曾鸣,杨雍琦,刘敦楠,等.能源互联网“源-网-荷-储”协调优化运营模式及关键技术[J].电网技术,2016,40(1):114-124.

[4]曾鸣,白学祥,李源非,等.基于复杂适应系统理论的能源互联网演化发展模型、机制及关键技术[J].电网技术,2016,40(11):3383-3390.

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