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能源轉型大時代中的分布式能源 ———邁入“提質增效”新階段
編輯: 成都建筑設計公司   時間:2018-07-20

未來學家里夫金為人類描繪了一幅宏大的未來能源圖景:數億人在基于可再生能源技術和互聯網技術構建的能源互聯網上分享綠色能源,地球上每個人、每棟建筑既成為綠色能源的消費者同時也是生產者,分布式的發電站、負載和儲能系統將實現能源流和信息流的雙向流動,就如同通過互聯網任意創建個人信息并分享一樣簡單。

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當里夫金在2011年的著作中提出這樣一幅場景的時候,大家或許會感到驚嘆,但引起的共鳴僅僅是“未來的能源系統將朝著可再生能源發展”的泛泛之論而已。短短數年時間,技術進步、政策完善、商業模式建立以及業界對分布式能源認知的提升使得夢想不僅照進了現實,且愈發豐滿起來。能源互聯網、分布式、微網、多能互補不再是遙遠而陌生的概念,而是當下切切實實發生著的、觸手可及的事物。

如果說2013年以來中國風電光伏等可再生能源的大規模集中式應用標志著能源轉型剛剛拉開大幕的話,2016年之后,分布式光伏、分布式地熱、分布式天然氣和分布式生物質能等分布式清潔能源多能互補系統的崛起標志著能源轉型告別“野蠻生長”階段,正式邁進以“提質增效”為核心的第二階段。

不斷變革的能源時代

能源資源及使用方式的根本性變化推動著人類社會經濟的發展。在原始的“能源V0”時代,薪柴是人類賴以生存的主要能源;“能源1.0”時代,煤炭對于薪柴而言是“新能源”,煤驅動的蒸汽機大大提升了勞動效率;在“能源2.0”時代,石油成為了主角,石油驅動的汽車使人類的運輸和出行效率成倍上升;進入“能源3.0”時代,傳統的高碳、高污染的化石能源逐漸被清潔、低碳的可再生能源替代。但這仍舊不是終章,若干年超高速的可再生能源發展也相當程度地暴露出了大規模集中式發展方式的短板,“棄風棄光”、上網難、售電難等問題成了發展的瓶頸。整合信息技術與可再生能源技術的分布式能源正在構建全新的“能源4.0”,以實現能源的清潔、高效、穩定利用。當然,代際之間的交替是循序漸進的,并沒有絕對的界限,在相當長的時間內多種能源利用形式將齊頭并進共同存在。

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需要意識到的是,能源轉型的趨勢雖然是全球共通的,但無論從時間還是空間尺度來看,能源轉型并不存在一個完美的模式去套用于全球所有國家。從能源轉型的歷史看,能源變革是通過漫長的動態積累過程從而實現從量變到質變的跨越的。在這一過程中,無疑有的國家步伐較快,而有的國家步伐緩慢。例如,發達國家自從工業革命開始大規模利用煤炭已經一百多年,經歷了能源轉型的各個階段,北歐等國的清潔能源甚至已經逐漸取代化石能源成為主體能源,而在尼泊爾等南亞國家,煤炭尚未成為“過氣”能源,大部分居民仍舊以薪柴作為日常的主要能源來源。從能源轉型的的地理分布來看,分布不均衡是另外一重制約能源轉型的重要因素。全球尚存在大量的無電、缺能人口。在非洲撒哈拉以南、亞太等廣大地區,很多民眾連基本的用能需求都無法滿足,談何能源轉型?因此,能源轉型注定是一個循序漸進、量力而為的過程,不可一概而論、強行攤派。

分布式能源崛起的邏輯

“分布式”能源顧名思義,是相較于傳統的“集中式”能源利用方式而言的,是指建立在用戶負荷中心附近而非遠距離傳輸的能源綜合利用系統,涵蓋發電、熱電聯產、儲能和能源管理系統等多種形式,比如家用太陽能發電系統或戶用壁掛式燃氣供暖系統都是常見的分布式能源。早期的分布式能源是在熱電聯產系統(CHP)的基礎上發展而來,隨后分布式能源系統逐漸擴展到用戶側的多種能源類型的冷、熱、電、蒸汽多聯供(CCHP)系統以及可再生能源發電系統,其中又以天然氣為燃料的分布式能源系統為主流,其次是分布式光伏、地熱和生物質能等。Arup和西門子聯合發布的《分布式能源》白皮書提到,在不斷變革的能源時代背景下,未來的能源系統面臨化石能源價格不穩定、能源供應安全風險增大、導致災難性氣候變化等迫切問題,為此構建成本穩定、可靠性好、恢復力強、清潔低碳的能源利用方式將是未來經濟可持續發展的關鍵所在。

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相對于大規模集中式的發電或供熱項目,分布式能源系統的諸多優勢已被廣泛接受,如一次能源效率高、能源自足、可靠性高、環境污染小、就近消納、投資少收益高等。通過多能互補和能源梯級利用的方式,分布式能源系統的整體能源效率和經濟性都能得到顯著。通過規模部署,分布式能源還可實現經濟效益、社會效益和環境效益的統一,降低電網成本,減少溫室氣體排放,延伸電力供應。正因為上述原因,分布式能源已在德國、美國、英國、丹麥、荷蘭、日本等發達國家得到廣泛應用。以德國為例,德國雖然不是世界上最早開始推廣分布式能源的國家,卻是分布式能源應用最廣范也最成功的國家之一。德國分布式能源約占總裝機容量的比例高達一半左右,絕大部分可再生能源發電屬于分布式能源,天然氣發電中大部分熱電聯產和一部分小型發電站也以分布式形式利用。同時德國也涌現了如西門子公司等全球卓越的分布式能源技術領跑者。

從中國的視角來看,隨著中國經濟發展進入“新常態”,中國能源行業發展的根本目標已是天壤之別。過去,中國經濟持續的高速增長導致能源供應短缺,那時的時代主線是擴大能源生產以保障供應;如今,經濟發展放緩,能源供給能力已遠超需求,反而是技術、環境、價格、效率等問題制約了進一步發展,中國能源發展的問題從數量問題逐漸轉為質量問題。短短五年間,中國見證了可再生能源在裝機容量方面的爆發式增長。然而,嚴重的“棄風棄光”問題成為了限制可再生能源進一步發展的瓶頸。分布式能源的特征符合中國下一階段能源發展“提質增效”的目標,因此分布式能源在中國也顯現了迅猛崛起的勢頭。分布式光伏累計裝機從2012年時的2.3GW快速上升至2016年底的10.3GW(如圖),年均增長率高達46%;分布式天然氣項目數(包括建成、在建、規劃)從2014年時的160個增長至2015年底時的288個。

分布式清潔能源未來已來

技術的成熟、政策的鋪墊、商業模式等領域的創新,使得屬于分布式能源的未來已經越來越快地到來,分布式清潔能源多能互補將是未來主要的綠色低碳能源利用方式。不久前的6月17日至23日,青海電網實現連續7天的清潔能源持續供電,其間實現“零排放”。國際上,葡萄牙電網曾于2016年5月7日至11日共107小時實現全清潔能源供電,主要以風電為主,抽水蓄能電站參與調峰,且包含了部分燃氣電站發電。而青海僅依靠光伏、風電和水電實現連續7天清潔能源供電,為真正100%清潔能源供電,意義更為重大。雖然青海的100%清潔能源供電并非完全由分布式能源完成,但這釋放了一個信號——即備受業界質疑的分布式可再生能源由于波動性大導致電網不穩定的問題在多能互補、智能調度技術的支持下有望解決。

分布式能源扶持政策的密集下發說明分布式能源發展已經從之前的小范圍試點向大規模市場化鋪開。隨著電力體制改革放開競爭性電力市場,“互聯網+”智慧能源示范項目、多能互補集成優化示范工程效果逐漸顯現,分布式能源發展的障礙逐漸被掃除,正在走上發展快車道。2017年3月,國家能源局下發了《關于開展分布式發電市場化交易試點的通知》,為分布式能源下一步的市場化交易做好了政策準備。2017年6月,國網總公司下發《國家電網關于促進分布式電源并網管理工作的意見》,矛頭直指分布式能源長久以來面臨的“并網難”頑疾。

分布式能源項目政策及市場環境向好,但中國分布式能源裝備方面基礎較為薄弱,與擁有先進分布式能源技術的國外企業開展國際合作顯得十分必要。國內燃氣內燃機的功率主要集中在200-800kW,市場800kW和1000kW以上的燃氣內燃機幾乎全部依賴進口,且相關技術都被國外歐美國家壟斷。2017年6月,國家發展改革委、國家能源局聯合發布的《依托能源工程推進燃氣輪機創新發展的若干意見》,為推進天然氣分布式能源的基礎裝備支撐制定了政策依據......

分布式能源的未來,亦是精彩紛呈。


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