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分布式能源發展現狀及前景:儲能、微電網添新動力

2018/5/11 16:44:51


一、分布式光伏發展迅猛成為分布式能源主力

“分布式”能源,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。

隨著我國持續推進能源供給側結構性改革,推動能源發展方式由粗放式向提質增效轉變,光伏、天然氣、風電、生物質能、地熱能等分布式能源,已成為我國應對氣候變化、保障能源安全的重要內容。

天然氣分布式能源發展較早。根據前瞻《2018~2023年中國分布式能源行業商業模式創新與投資前景預測分析報告》數據顯示,2016年,全國天然氣分布式發電累計裝機容量為1200萬千瓦,不到全國總裝機容量的2%,距離《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》中,到2020年裝機規模達到5000萬千瓦的目標差距很大。

近年,我國的分布式光伏出現了爆發式增長。《中國清潔能源行業年度發展報告》顯示,2017年,我國光伏發電裝機容量繼續保持快速增長,新增裝機53.06吉瓦,連續五年位居世界第一,同比增長53.6%。其中,分布式光伏新增19.44吉瓦,同比增長3.7倍。截至2017年底,全國光伏發電累計裝機容量達到130吉瓦,其中,光伏電站100.59吉瓦,分布式光伏29.66吉瓦。

相比分布式光伏,分散式風電發展相對較慢。業內專家表示,很多體制機制上的問題導致目前分散風電還很少,但是參考發達國家,基本都是分布式的,只有跟用戶側、需求側結合,未來才有希望。如果分散式風電搞不起來,中國的風電可能不會有希望。2018年,風電除了將會繼續向負荷中心——中國中東南部發展之外,分散式風電將成為“下一個田野”。

此外,分布式地熱、生物質能、多能互補項目等分布式能源也在向前發展。

二、高利用效率的分布式能源更利于新能源消納

“推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效的能源體系”,是十九大報告中對我國能源體系建設的重要明確。發展分布式是能源轉型的合理選擇。國家能源局原副局長張玉清指出,分布式能源具有能源利用效率高等優勢,是我國未來能源發展的一種重要趨勢,要積極推動分布式能源成為重要的能源方式。分布式能源系統的能源利用率,遠遠高于多數國家依靠大型主要電站將電力從發電廠向終端用戶單向傳輸的集中供電系統。從理論上說,“大機組、大電網、特高壓”是高效率的,然而這僅僅是在能量轉換環節和輸送環節。如果從整個能源系統分析,結論并非如此。大火電機組雖然發電效率高,但是由于供熱規模和供熱半徑的局限,發電余熱無法利用,故其能源利用效率無法與分布式能源相比。發電廠最終只能將燃料能源燃燒產生的1/3熱能轉化成電能,而近50%的熱能流失,傳輸環節損耗近10%的熱能。由于分布式能源可用發電后介質的余熱來制熱、制冷,因此能源得以合理的梯級利用,用戶可根據自己所需來向電網輸電和購電,能源的利用效率達到80%以上,一些設計完善的分布式能源可以達到90%,甚至更高。

正如業內專家所言,能源究竟走分布式還是走集中式,和能源結構、能源技術、能源需求的變化密切相關。過去我國能源結構是以煤為主,決定了其設施越來越大型化和能源系統越來越集中化。但現在,我國天然氣和可再生能源加速發展,而風電和太陽能等清潔能源本身就是分散的,需要研究如何讓這些能源在其發生地更好的被直接利用。

分布式能源是解決新能源利用難題的重要途徑。雖然我國風電和太陽能總裝機容量已達全球第一,但“棄風”“棄光”現象依然比較嚴重。大型新能源基地主要集中在西部和西北部,但當地的用電市場容量有限,要讓電能被充分利用,必須借助特高壓輸電系統,經長距離將電力輸送到東部經濟發達地區。但是,這種方式的輸送成本太高。此外,新能源天然的波動性還會對電網系統帶來沖擊。要想突破這個瓶頸,采用分布式能源是一條可行之路,也是當前我國政府已經明確的發展思路。這種方式的最大優勢就是發電設施距離負荷中心比較近,可以在一定程度上避免“棄風”“棄光”問題。有業內人士稱,可再生能源本質的形式是分布式。

分布式能源可為電力系統調峰,提高供電可靠性,也是偏遠地區供電非常經濟的一種選擇。天然氣分布式能源項目只需要少量投資增加供冷供熱的調峰設備(如燃氣發電機與直燃機對接型三聯供項目,只要在直燃機上增加補燃的燃燒器;如燃氣熱電項目只需加裝調峰用的燃氣鍋爐等)便可成為可中斷、可調節的發電系統,為周邊提供冷熱電的同時還可以為電網調峰。分布式能源系統作為一種區域性能源供給系統,主要建設在配電側,具有因地制宜、就近配套、就近取材、即發即用的特點。無論是美國東北部地區及加拿大東部地區2003年大停電,還是我國深圳2012年的大停電,都表明缺少應急式電源—分布式能源建設存在諸多隱患。即便沒有意外發生,每年高峰時節市政電網負擔也會過大,而分布式能源系統的建設具有削峰填谷、緩解電力緊張的優勢。在極端災害或傳統輸配體系事故發生之后,分布式能源在一定程度上可確保當地基本能源的供給,切實提高了供能可靠性,也提升了整個能源系統的安全性。由于我國許多邊遠及農村地區遠離大電網,這些區域無法或者很難享受到大電網建設規模擴大所帶來的收益,由于遠距離供電的投資維護成本過大,或者一些地區因為自然條件不具備建設集中供電網的條件,而分布式發電則很好地解決了這些問題,給不發達地區的供電帶來了一條新的解決思路。

三、分布式能源發展期盼政策支持

當前,分布式能源發展也面臨不少挑戰。業內人士反映,由于有關政策不明確及政策落地難,分布式能源項目在備用容量、電力接入方式、政府基金減免、天然氣價格折讓等方面遇到了挑戰。此外,分布式能源項目一般都是新建項目,初期達產率往往達不到50%,而通常只有在達到60%~70%負荷利用率的情況下企業才能盈利,如何實現分布式能源項目在培育期里的經濟性,仍有待探索。

新疆金風科技股份有限公司董事長武鋼表示,在風電產業發展的“十字路口”,分散式風電被認為是下一片藍海。但相對分布式光伏而言,分散式風電項目審批手續更加復雜。目前實施的分布式能源項目多是兩種及兩種以上能源組合的形式。開發商在辦理核準手續時,要將一個分布式能源項目拆解成多個子項進行核準。受理的主體、條件、手續、流程差異較大,導致了總體項目核準周期較長。

遠景創始人兼CEO張雷表示,電力市場化改革目前尚未體現分布式清潔能源的核心價值。分布式發電不能就近賣給有需求的用戶,很多只能自發自用、余量低價賣給電網或白白棄掉,不利于分布式能源的清潔利用和能效提高。此外,電網接入成本過高、效率有待提升。電網企業對分布式接入,仍然參考集中式的管理辦法,沒有明確的流程規范和服務標準,也沒有并網業務辦理時限。缺少針對分布式風電并網接入標準的專題研究和技術要求。以成本近800萬元的開關站為例,在集中式發電項目中分攤成本并不顯著,但在分布式場景中,投資商支付過多不必要成本。

因此,分布式能源需要國家從政策層面給予進一步支持。中國節能協會熱電產業聯盟秘書長張東勝認為,由于應用在分布式能源領域的小型燃氣輪機、光伏組件和儲能系統等價格高昂,分布式能源的建設成本仍然較高,與常規能源相比,經濟性相對較差。如果沒有國家財政政策的支持,過長的投資回收期將影響投資熱情。因此,技術開發鼓勵、投資鼓勵和稅收激勵,電力體制改革和熱力體制改革等國家有關部門的宏觀政策,以及地方政府的區域發展政策,都是推廣分布式能源應用不可或缺的外部環境。

除了政策支持,分布式能源的發展也需要技術支持。由于天然的間歇性和隨機性等問題,分布式能源并網后容易引起電壓波動和電壓閃變,要實現配電網的功率平衡,保證供電可靠性和電能質量是主要挑戰。

四、儲能、微電網為分布式發展添加新動力

有能源專家表示,要解決新能源的波動性問題,就要將儲能等創新技術充分融入微電網模式。一些跨國公司可以通過先進的技術解決儲能問題,并把智能微電網和分布式一體化管理做得更好,從技術上和商業模式上破解中國分布式能源發展中存在的問題。

在分布式能源系統引入儲能設備,有效地實現需求側管理,減小負荷峰谷差,降低供電成本,將對傳統的能源消費方式等方面帶來革命性變化。分布式能源系統離不開儲能系統的輔助。以分布式光伏為例,雖然每臺裝機容量并不大,但數量多了依然會對電網造成不小的沖擊,為保證電網的穩定與安全,便需要配套的儲能裝置進行調節。此外,分布式電站成千上萬,不同時間、不同地點的發電量有所不同,要建立起自由傳輸、智慧調配的全球能源因特網,并實現安全、穩定供電,大規模儲能技術必不可少。

“分布式能源+儲能”系統開發利用模式受到廣泛重視,各國紛紛出臺政策予以扶持,“分布式能源+儲能”系統處在飛速發展階段,儲能與分布式的結合已經開始顯著減少發達國家電網的銷售量,引發“負荷脫網”甚至是“用戶脫網”現象。推進用戶側分布式能源加儲能規模化發展,可有效地提高可再生能源利用率、降低高峰負荷壓力,是應對當前電力系統兩端波動性加大,提升系統安全穩定性,降低系統運行調節成本的重要手段。隨著儲能技術的快速發展、成本的快速下降,用戶側分布式儲能調節的經濟性已在很多情形下優于供應側,且優勢將越來越明顯。

微電網是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等組成的小型發配電系統。微電網是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統,既可以與外部電網并網運行,也可以孤立運行。微電網的提出旨在實現分布式電源的靈活、高效應用,解決數量龐大、形式多樣的分布式電源并網問題。微電網依其靈活的配置結構和方便的運行方式在近年來得到廣泛的研究,它能在提高電力系統的安全性和可靠性的同時,提高用戶的供電質量和電網服務水平,促進可再生能源分布式發電的應用。

一、分布式光伏發展迅猛成為分布式能源主力

“分布式”能源,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。

隨著我國持續推進能源供給側結構性改革,推動能源發展方式由粗放式向提質增效轉變,光伏、天然氣、風電、生物質能、地熱能等分布式能源,已成為我國應對氣候變化、保障能源安全的重要內容。

天然氣分布式能源發展較早。根據前瞻《2018~2023年中國分布式能源行業商業模式創新與投資前景預測分析報告》數據顯示,2016年,全國天然氣分布式發電累計裝機容量為1200萬千瓦,不到全國總裝機容量的2%,距離《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》中,到2020年裝機規模達到5000萬千瓦的目標差距很大。

近年,我國的分布式光伏出現了爆發式增長。《中國清潔能源行業年度發展報告》顯示,2017年,我國光伏發電裝機容量繼續保持快速增長,新增裝機53.06吉瓦,連續五年位居世界第一,同比增長53.6%。其中,分布式光伏新增19.44吉瓦,同比增長3.7倍。截至2017年底,全國光伏發電累計裝機容量達到130吉瓦,其中,光伏電站100.59吉瓦,分布式光伏29.66吉瓦。

相比分布式光伏,分散式風電發展相對較慢。業內專家表示,很多體制機制上的問題導致目前分散風電還很少,但是參考發達國家,基本都是分布式的,只有跟用戶側、需求側結合,未來才有希望。如果分散式風電搞不起來,中國的風電可能不會有希望。2018年,風電除了將會繼續向負荷中心——中國中東南部發展之外,分散式風電將成為“下一個田野”。

此外,分布式地熱、生物質能、多能互補項目等分布式能源也在向前發展。

二、高利用效率的分布式能源更利于新能源消納

“推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效的能源體系”,是十九大報告中對我國能源體系建設的重要明確。發展分布式是能源轉型的合理選擇。國家能源局原副局長張玉清指出,分布式能源具有能源利用效率高等優勢,是我國未來能源發展的一種重要趨勢,要積極推動分布式能源成為重要的能源方式。分布式能源系統的能源利用率,遠遠高于多數國家依靠大型主要電站將電力從發電廠向終端用戶單向傳輸的集中供電系統。從理論上說,“大機組、大電網、特高壓”是高效率的,然而這僅僅是在能量轉換環節和輸送環節。如果從整個能源系統分析,結論并非如此。大火電機組雖然發電效率高,但是由于供熱規模和供熱半徑的局限,發電余熱無法利用,故其能源利用效率無法與分布式能源相比。發電廠最終只能將燃料能源燃燒產生的1/3熱能轉化成電能,而近50%的熱能流失,傳輸環節損耗近10%的熱能。由于分布式能源可用發電后介質的余熱來制熱、制冷,因此能源得以合理的梯級利用,用戶可根據自己所需來向電網輸電和購電,能源的利用效率達到80%以上,一些設計完善的分布式能源可以達到90%,甚至更高。

正如業內專家所言,能源究竟走分布式還是走集中式,和能源結構、能源技術、能源需求的變化密切相關。過去我國能源結構是以煤為主,決定了其設施越來越大型化和能源系統越來越集中化。但現在,我國天然氣和可再生能源加速發展,而風電和太陽能等清潔能源本身就是分散的,需要研究如何讓這些能源在其發生地更好的被直接利用。

分布式能源是解決新能源利用難題的重要途徑。雖然我國風電和太陽能總裝機容量已達全球第一,但“棄風”“棄光”現象依然比較嚴重。大型新能源基地主要集中在西部和西北部,但當地的用電市場容量有限,要讓電能被充分利用,必須借助特高壓輸電系統,經長距離將電力輸送到東部經濟發達地區。但是,這種方式的輸送成本太高。此外,新能源天然的波動性還會對電網系統帶來沖擊。要想突破這個瓶頸,采用分布式能源是一條可行之路,也是當前我國政府已經明確的發展思路。這種方式的最大優勢就是發電設施距離負荷中心比較近,可以在一定程度上避免“棄風”“棄光”問題。有業內人士稱,可再生能源本質的形式是分布式。

分布式能源可為電力系統調峰,提高供電可靠性,也是偏遠地區供電非常經濟的一種選擇。天然氣分布式能源項目只需要少量投資增加供冷供熱的調峰設備(如燃氣發電機與直燃機對接型三聯供項目,只要在直燃機上增加補燃的燃燒器;如燃氣熱電項目只需加裝調峰用的燃氣鍋爐等)便可成為可中斷、可調節的發電系統,為周邊提供冷熱電的同時還可以為電網調峰。分布式能源系統作為一種區域性能源供給系統,主要建設在配電側,具有因地制宜、就近配套、就近取材、即發即用的特點。無論是美國東北部地區及加拿大東部地區2003年大停電,還是我國深圳2012年的大停電,都表明缺少應急式電源—分布式能源建設存在諸多隱患。即便沒有意外發生,每年高峰時節市政電網負擔也會過大,而分布式能源系統的建設具有削峰填谷、緩解電力緊張的優勢。在極端災害或傳統輸配體系事故發生之后,分布式能源在一定程度上可確保當地基本能源的供給,切實提高了供能可靠性,也提升了整個能源系統的安全性。由于我國許多邊遠及農村地區遠離大電網,這些區域無法或者很難享受到大電網建設規模擴大所帶來的收益,由于遠距離供電的投資維護成本過大,或者一些地區因為自然條件不具備建設集中供電網的條件,而分布式發電則很好地解決了這些問題,給不發達地區的供電帶來了一條新的解決思路。

三、分布式能源發展期盼政策支持

當前,分布式能源發展也面臨不少挑戰。業內人士反映,由于有關政策不明確及政策落地難,分布式能源項目在備用容量、電力接入方式、政府基金減免、天然氣價格折讓等方面遇到了挑戰。此外,分布式能源項目一般都是新建項目,初期達產率往往達不到50%,而通常只有在達到60%~70%負荷利用率的情況下企業才能盈利,如何實現分布式能源項目在培育期里的經濟性,仍有待探索。

新疆金風科技股份有限公司董事長武鋼表示,在風電產業發展的“十字路口”,分散式風電被認為是下一片藍海。但相對分布式光伏而言,分散式風電項目審批手續更加復雜。目前實施的分布式能源項目多是兩種及兩種以上能源組合的形式。開發商在辦理核準手續時,要將一個分布式能源項目拆解成多個子項進行核準。受理的主體、條件、手續、流程差異較大,導致了總體項目核準周期較長。

遠景創始人兼CEO張雷表示,電力市場化改革目前尚未體現分布式清潔能源的核心價值。分布式發電不能就近賣給有需求的用戶,很多只能自發自用、余量低價賣給電網或白白棄掉,不利于分布式能源的清潔利用和能效提高。此外,電網接入成本過高、效率有待提升。電網企業對分布式接入,仍然參考集中式的管理辦法,沒有明確的流程規范和服務標準,也沒有并網業務辦理時限。缺少針對分布式風電并網接入標準的專題研究和技術要求。以成本近800萬元的開關站為例,在集中式發電項目中分攤成本并不顯著,但在分布式場景中,投資商支付過多不必要成本。

因此,分布式能源需要國家從政策層面給予進一步支持。中國節能協會熱電產業聯盟秘書長張東勝認為,由于應用在分布式能源領域的小型燃氣輪機、光伏組件和儲能系統等價格高昂,分布式能源的建設成本仍然較高,與常規能源相比,經濟性相對較差。如果沒有國家財政政策的支持,過長的投資回收期將影響投資熱情。因此,技術開發鼓勵、投資鼓勵和稅收激勵,電力體制改革和熱力體制改革等國家有關部門的宏觀政策,以及地方政府的區域發展政策,都是推廣分布式能源應用不可或缺的外部環境。

除了政策支持,分布式能源的發展也需要技術支持。由于天然的間歇性和隨機性等問題,分布式能源并網后容易引起電壓波動和電壓閃變,要實現配電網的功率平衡,保證供電可靠性和電能質量是主要挑戰。

四、儲能、微電網為分布式發展添加新動力

有能源專家表示,要解決新能源的波動性問題,就要將儲能等創新技術充分融入微電網模式。一些跨國公司可以通過先進的技術解決儲能問題,并把智能微電網和分布式一體化管理做得更好,從技術上和商業模式上破解中國分布式能源發展中存在的問題。

在分布式能源系統引入儲能設備,有效地實現需求側管理,減小負荷峰谷差,降低供電成本,將對傳統的能源消費方式等方面帶來革命性變化。分布式能源系統離不開儲能系統的輔助。以分布式光伏為例,雖然每臺裝機容量并不大,但數量多了依然會對電網造成不小的沖擊,為保證電網的穩定與安全,便需要配套的儲能裝置進行調節。此外,分布式電站成千上萬,不同時間、不同地點的發電量有所不同,要建立起自由傳輸、智慧調配的全球能源因特網,并實現安全、穩定供電,大規模儲能技術必不可少。

“分布式能源+儲能”系統開發利用模式受到廣泛重視,各國紛紛出臺政策予以扶持,“分布式能源+儲能”系統處在飛速發展階段,儲能與分布式的結合已經開始顯著減少發達國家電網的銷售量,引發“負荷脫網”甚至是“用戶脫網”現象。推進用戶側分布式能源加儲能規模化發展,可有效地提高可再生能源利用率、降低高峰負荷壓力,是應對當前電力系統兩端波動性加大,提升系統安全穩定性,降低系統運行調節成本的重要手段。隨著儲能技術的快速發展、成本的快速下降,用戶側分布式儲能調節的經濟性已在很多情形下優于供應側,且優勢將越來越明顯。

微電網是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等組成的小型發配電系統。微電網是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統,既可以與外部電網并網運行,也可以孤立運行。微電網的提出旨在實現分布式電源的靈活、高效應用,解決數量龐大、形式多樣的分布式電源并網問題。微電網依其靈活的配置結構和方便的運行方式在近年來得到廣泛的研究,它能在提高電力系統的安全性和可靠性的同時,提高用戶的供電質量和電網服務水平,促進可再生能源分布式發電的應用。

來源:中電新聞網


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