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[摘 要]电力和天然气是我国城市家庭首选的能源消费品种。随着分布式发电技术和储能技术的发展，传统的电力供应方式可能产生革命性的变化，除了增加清洁电力供应、降低网损、提高供电可靠性之外，还可以降低配电网新建扩建的需求，为电动汽车等新型负荷的大规模接入创造条件。城市完善的天然气管网设施为天然气供应提供了保障，以天然气为燃料的分布式发电和光伏发电有可能成为未来城市能源供应的一种重要方式。通过分布式天然气发电和光伏发电的组合，可基本满足城市居民的用电需求，且与传统的电力供应方式相比，有着明显的环境优势。当前，这种供应方式的成本还偏高，但如果将投资成本尽可能在住房成本中摊销，能够显著提升其竞争力。如果计及其潜在的环境效益、辅助服务效益，这种供应方式有着良好的推广应用前景。
中图分类号：X322 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0090-01
一、城市家庭电力供应优化方案
当前城市电网面临着用户供电可靠性需求不断提升、电动汽车大量接入等挑战。一些分布式能源技術和储能技术的发展将可能促进电力供应方式产生革命性的变化。李海燕（2015）的研究认为，分布式电源的接入，除了增加清洁电力供应、降低网损、提高可靠性之外，还可以降低配电网新建扩建的需求。特别是在电动汽车等新型负荷即将大量接入电网时，分布式电源的发展也有利于降低配网建设的压力。因此，未来的城市家庭将很可能突破当前由电网公司统一供应的方式，无论是城市家庭，还是小区这样的由多个家庭组成的能源使用单元，均可能成为电力生产的主体，从而彻底打破电网公司对电力供应的垄断。从目前的技术条件看家庭或小区可选择的电力生产工艺主要包括以下3种。
1、基于光伏的电力供应。当前光伏和建筑一体化技术已相当成熟，强度、效率、外观均满足实用性要求。根据闫广新等人（2010）的研究，光伏建筑一体化将成为重要的分布式电源大量接入城市配网。随着光伏组件价格的不断下降，光伏发电成本还将越来越低。
2、基于天然气的电力供应（燃机+余热锅炉方案）。当前以天然气为燃料的分布式发电技术成熟，占地小，布置灵活，可兼顾供热、供冷需求，综合热效率高。缺点是有转动部件，噪声较大，在小区选点难，维护费用较高。
3、基于天然气的电力供应（燃料电池+余热锅炉方案）。根据FuelCell Today2013年的统计，燃料电池已成为微型热电联产系统的首选技术。燃料电池以64%的市场份额，取代内燃机成为小型热电联产系统的首选技术。该方案技术成熟，占地小，布置灵活，可兼顾供热、供冷需求，综合热效率高，无噪声问题。缺点是当前造价还比较高，部分关键部件还不能国产。
二、案例分析和经济性论证
以一个4幢高层建筑的虚拟新建小区为案例，根据2007年版民用建筑电气设计手册，假设居民年用电量为120万度，最高负荷1000千瓦。初步考虑其供电方案为：
1、建设集中式光伏发电装置。4幢建筑建设总规模约500kW的太阳能电站，年发电量75万度。投资400万元，免维护，成本约0.8元/度。
2、建设集中式天然气发电装置，按1000kW配置，兼具供暖、制冷的功能。考虑噪声控制、后期维护的问题，按燃料电池+联合循环方案建设。运行方式上，以充分发挥光伏发电作用为基本原则，天然气发电由于变动成本较高，要尽可能减少其发电，年发电量按45万度计。投资按800万元计，天然气成本2元/度，综合发电成本3.2元/度。
3、建设电能储存装置，按200kW，储量800度（4小时）配置，更加灵活、可靠、安全地供应电力，适应小区负荷的峰谷变化。如按照特斯拉新近提出的Powerwall方案，投资按160万元计。
供电成本的简化计算如下表所示：（见表1）
方案I——基本方案。按以上参数获得的综合电价成本为1.7元/千瓦时。显然，该方案的供电成本大大高于供电局的供电价格，如与江苏的居民用电价格相比，高出了约1.2元/千瓦时之多。
方案II——光伏储能与建筑一体化方案。光伏和储能从设计上与建筑一体化，成本计入房价。该方案综合电价成本为1元/千瓦时，成本水平明显下降。
方案III——补贴方案。除光伏和储能建设成本计入房价外，将燃机的一半的造价400万元计入房价。该方案对房价的影响微乎其微，但综合电价成本可降至0.5元/千瓦时，该水平已可以和供电局的价格相竞争。
该方案还可以通过以下方式获得额外的收入：
1、碳排放收入。该方案完全避免了燃煤发电引起的各种排放和污染。其减少的二氧化碳、二氧化硫排放完全可以在相应的排放市场上获取收益。按目前可获得的国内几大排放市场或政府规定的数据，碳排放约为10元/千克左右，二氧化硫为1.6元/千克左右。
2、供电差价收入。如考虑仍可以将电网供电作为备用，并充分其较为低廉的低谷电，利用储能装置夜间吸纳，白天可利用容量的裕度，通过光伏和储能装置适当对外供电，则经济性更好。
3、辅助服务收入。燃机机组的利用率较低，利用天然气发电、储能装置的快速响应功能，为电力系统提供调频和备用服务，可获得一定的辅助服务收入。
三、主要结论和建议
1、城市家庭未来的能源供应方式主要集中在电力和天然气。其中，随着分布式电源和可再生能源发电技术的发展，电力供应方式将可能产生较大的变化，推动传统的用户成为电力生产使用一体化的新型用户，从而使得电力供应方式产生革命性的变化。
2、有多种可用的分布式电力生产方式，其中最适合城市家庭的是光伏与建筑一体化、以天然气为燃料的燃机、以天然气为燃料的燃料电池，电力供应的方式宜以小区或街区为供应单元进行集中式供电。
3、目前以分布式发电技术为主的供电方案的供电成本还偏高，但如计及其环境效益、多余电力上网的效益以及对电力系统的辅助服务效益，供电成本能够得到有效控制。如果部分建设成本能在住宅销售价格中摊销，则竞争力能够超过电网供电。
4、建议电网公司、发电公司、设备制造商、房地产公司联合开展城市家庭未来能源供应的示范小区建设，验证方案的科学性、实用性和经济性，提出相关的政策、财政、税收、环保等优惠政策，为未来推广打好基础。
参考文献：
【1】郭玉晶城镇化过程中我国能源消费演变轨迹分析，陕西师范大学2013年论文集
【2】李海燕分布式电源接入对电网运行及管理的影响探讨，中国高新技术企业，2015年第26期
中图分类号：X322 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0090-01
一、城市家庭电力供应优化方案
当前城市电网面临着用户供电可靠性需求不断提升、电动汽车大量接入等挑战。一些分布式能源技術和储能技术的发展将可能促进电力供应方式产生革命性的变化。李海燕（2015）的研究认为，分布式电源的接入，除了增加清洁电力供应、降低网损、提高可靠性之外，还可以降低配电网新建扩建的需求。特别是在电动汽车等新型负荷即将大量接入电网时，分布式电源的发展也有利于降低配网建设的压力。因此，未来的城市家庭将很可能突破当前由电网公司统一供应的方式，无论是城市家庭，还是小区这样的由多个家庭组成的能源使用单元，均可能成为电力生产的主体，从而彻底打破电网公司对电力供应的垄断。从目前的技术条件看家庭或小区可选择的电力生产工艺主要包括以下3种。
1、基于光伏的电力供应。当前光伏和建筑一体化技术已相当成熟，强度、效率、外观均满足实用性要求。根据闫广新等人（2010）的研究，光伏建筑一体化将成为重要的分布式电源大量接入城市配网。随着光伏组件价格的不断下降，光伏发电成本还将越来越低。
2、基于天然气的电力供应（燃机+余热锅炉方案）。当前以天然气为燃料的分布式发电技术成熟，占地小，布置灵活，可兼顾供热、供冷需求，综合热效率高。缺点是有转动部件，噪声较大，在小区选点难，维护费用较高。
3、基于天然气的电力供应（燃料电池+余热锅炉方案）。根据FuelCell Today2013年的统计，燃料电池已成为微型热电联产系统的首选技术。燃料电池以64%的市场份额，取代内燃机成为小型热电联产系统的首选技术。该方案技术成熟，占地小，布置灵活，可兼顾供热、供冷需求，综合热效率高，无噪声问题。缺点是当前造价还比较高，部分关键部件还不能国产。
二、案例分析和经济性论证
以一个4幢高层建筑的虚拟新建小区为案例，根据2007年版民用建筑电气设计手册，假设居民年用电量为120万度，最高负荷1000千瓦。初步考虑其供电方案为：
1、建设集中式光伏发电装置。4幢建筑建设总规模约500kW的太阳能电站，年发电量75万度。投资400万元，免维护，成本约0.8元/度。
2、建设集中式天然气发电装置，按1000kW配置，兼具供暖、制冷的功能。考虑噪声控制、后期维护的问题，按燃料电池+联合循环方案建设。运行方式上，以充分发挥光伏发电作用为基本原则，天然气发电由于变动成本较高，要尽可能减少其发电，年发电量按45万度计。投资按800万元计，天然气成本2元/度，综合发电成本3.2元/度。
3、建设电能储存装置，按200kW，储量800度（4小时）配置，更加灵活、可靠、安全地供应电力，适应小区负荷的峰谷变化。如按照特斯拉新近提出的Powerwall方案，投资按160万元计。
供电成本的简化计算如下表所示：（见表1）
方案I——基本方案。按以上参数获得的综合电价成本为1.7元/千瓦时。显然，该方案的供电成本大大高于供电局的供电价格，如与江苏的居民用电价格相比，高出了约1.2元/千瓦时之多。
方案II——光伏储能与建筑一体化方案。光伏和储能从设计上与建筑一体化，成本计入房价。该方案综合电价成本为1元/千瓦时，成本水平明显下降。
方案III——补贴方案。除光伏和储能建设成本计入房价外，将燃机的一半的造价400万元计入房价。该方案对房价的影响微乎其微，但综合电价成本可降至0.5元/千瓦时，该水平已可以和供电局的价格相竞争。
该方案还可以通过以下方式获得额外的收入：
1、碳排放收入。该方案完全避免了燃煤发电引起的各种排放和污染。其减少的二氧化碳、二氧化硫排放完全可以在相应的排放市场上获取收益。按目前可获得的国内几大排放市场或政府规定的数据，碳排放约为10元/千克左右，二氧化硫为1.6元/千克左右。
2、供电差价收入。如考虑仍可以将电网供电作为备用，并充分其较为低廉的低谷电，利用储能装置夜间吸纳，白天可利用容量的裕度，通过光伏和储能装置适当对外供电，则经济性更好。
3、辅助服务收入。燃机机组的利用率较低，利用天然气发电、储能装置的快速响应功能，为电力系统提供调频和备用服务，可获得一定的辅助服务收入。
三、主要结论和建议
1、城市家庭未来的能源供应方式主要集中在电力和天然气。其中，随着分布式电源和可再生能源发电技术的发展，电力供应方式将可能产生较大的变化，推动传统的用户成为电力生产使用一体化的新型用户，从而使得电力供应方式产生革命性的变化。
2、有多种可用的分布式电力生产方式，其中最适合城市家庭的是光伏与建筑一体化、以天然气为燃料的燃机、以天然气为燃料的燃料电池，电力供应的方式宜以小区或街区为供应单元进行集中式供电。
3、目前以分布式发电技术为主的供电方案的供电成本还偏高，但如计及其环境效益、多余电力上网的效益以及对电力系统的辅助服务效益，供电成本能够得到有效控制。如果部分建设成本能在住宅销售价格中摊销，则竞争力能够超过电网供电。
4、建议电网公司、发电公司、设备制造商、房地产公司联合开展城市家庭未来能源供应的示范小区建设，验证方案的科学性、实用性和经济性，提出相关的政策、财政、税收、环保等优惠政策，为未来推广打好基础。
参考文献：
【1】郭玉晶城镇化过程中我国能源消费演变轨迹分析，陕西师范大学2013年论文集
【2】李海燕分布式电源接入对电网运行及管理的影响探讨，中国高新技术企业，2015年第26期