分布式能源在我國正處在一個(gè)飛速發(fā)展的階段，在政策和資本的助推下，“十三五”期間，我國分布式光伏項(xiàng)目將全面開花，進(jìn)入加速發(fā)展的快車道。交能網(wǎng)推出分布式能源系列，從概念、技術(shù)、發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、商業(yè)模式、到技術(shù)應(yīng)用等方面對分布式能源進(jìn)行深入透徹的介紹。

在分布式能源系列的開篇，我們將從典范項(xiàng)目應(yīng)用的角度談一談分布式能源系統(tǒng)的概念及優(yōu)勢。

分布式能源系統(tǒng)的概念

廣義上，分布式能源系統(tǒng)(DES)是指分布式能源(DER)在用戶端被智能地利用并在能源供應(yīng)系統(tǒng)中優(yōu)化，是以資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化來確定機(jī)組配置和容量規(guī)模的系統(tǒng)。其主要優(yōu)勢在于能夠利用現(xiàn)代信息和通信技術(shù)(ICT)在本地組合不同的資源，以最大限度地滿足客戶的需求，同時(shí)提供清潔，可靠和價(jià)格合理的能源。但狹義上，分布式能源系統(tǒng)按照配電網(wǎng)的電壓水平有許多不同的定義，比如德克薩斯州電力可靠性委員會(ERCOT)將分布式能源定義為在60千伏或以下水平的配電網(wǎng)連接能源。而紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(NYISO)定義電表客戶端的資源即為分布式能源。而北美電力可靠性公司(NERC)的定義中還加上了分布式儲能(DS)。在本系列中，分布式能源為包括分布式天然氣(DNG)和可再生能源資源，以及分布式儲能(DS)和需求響應(yīng)(DR)等在配電網(wǎng)層級或地理位置靠近負(fù)荷中心的資源。

分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)勢

分布式能源系統(tǒng)能夠帶來一系列的好處，需要一個(gè)良好的政策和監(jiān)管環(huán)境來確保分布式能源系統(tǒng)實(shí)際實(shí)現(xiàn)這些可能的好處。而且，DES與大規(guī)模集中式系統(tǒng)的組合通常是一種智能組合有助于實(shí)現(xiàn)利益最大化。

1. 靠近用電用戶

根據(jù)分布式能源的定義，它們位于用戶負(fù)載附近。這不僅將它們與集中供應(yīng)區(qū)分開來，而且?guī)碓S多好處：

能源發(fā)展的本地化

根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源可用性，氣候和地理?xiàng)l件，DES可以優(yōu)化供應(yīng)組合。各種能源(如天然氣，風(fēng)能，太陽能，地?zé)崮埽镔|(zhì)能，海洋能和工業(yè)廢熱)可以整合起來，以最大限度地滿足當(dāng)?shù)匦枨蟆＿@也有助于改善能源安全，自然災(zāi)害帶來大規(guī)模停電往往嚴(yán)重影響到人們的生活、甚至危及生命。2012年10月29日颶風(fēng)桑迪造成美國740萬戶大停電，銀行、交易所、醫(yī)院、安全機(jī)構(gòu)都無法正常工作。此時(shí)，如果用分布式能源系統(tǒng)代替集中供電系統(tǒng)，自然災(zāi)害在停電方面帶來的影響將縮減到最小。

此外，DES的本地化為小型企業(yè)帶來了在能源供應(yīng)方面發(fā)揮積極作用的潛力，使電力用戶對能源系統(tǒng)擁有更強(qiáng)的主導(dǎo)權(quán)。當(dāng)然，這對于傳統(tǒng)大型公用事業(yè)的商業(yè)模式可謂是巨大的挑戰(zhàn)。

降低輸配電成本

輸配電成本成本是電力系統(tǒng)總成本的重要組成部分，一般占最終電費(fèi)的30%左右(IEA，2014b)。本地分布式發(fā)電的供電可以大大減少輸電損失。

如果當(dāng)?shù)氐墓┬杵胶猓涂梢愿咏枨蟛⒆畲笙薅鹊販p少輸配電網(wǎng)絡(luò)的使用。這樣的系統(tǒng)可以在建設(shè)和維護(hù)大型基礎(chǔ)設(shè)施方面節(jié)省可觀的資金，人力和時(shí)間。 DES的使用增加可以減少大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施的收入，因此電網(wǎng)資費(fèi)需要以反映DES系統(tǒng)整體價(jià)值的方式來設(shè)置。

提高對客戶需求的理解

DES可以根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉葱枨罅可矶ㄖ疲洳町惡艽蟪潭壬先Q于終端用戶的情況，從工業(yè)園區(qū)，商業(yè)中心，數(shù)據(jù)中心，辦公樓，醫(yī)療設(shè)施和交通樞紐到文化和體育設(shè)施。充分了解負(fù)荷特性(包括其時(shí)間特性)，加熱和冷卻需求以及期望的可靠性水平，并使用這些數(shù)據(jù)優(yōu)化能源供應(yīng)，以達(dá)到建立可靠的DES的目的。位于上海陸家嘴地區(qū)高632米的128層摩天大樓——上海大廈就是一個(gè)很好的例子。該大樓已經(jīng)安裝了一臺帶有兩臺1 165千瓦燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，兩臺1 047千瓦溴化鋰吸收式冷水機(jī)組和兩臺1 368千瓦換熱器和輔助系統(tǒng)的DES。 DES連接到市政電網(wǎng)，以及冰蓄冷系統(tǒng)，鍋爐和電子制冷設(shè)備，以建立建筑物的完整能源系統(tǒng)，為總面積279 700平方米提供供暖，制冷和電力服務(wù)。在采暖季節(jié)，一月的最高熱負(fù)荷為10兆瓦，而十二月最低為6.1兆瓦。年度利用時(shí)間不少于5360小時(shí)，發(fā)電量為12 489兆瓦時(shí)，供熱量16 651千兆焦耳，每年冷卻供應(yīng)31 729 GJ。

2.能源效率高

高能效是推動(dòng)全球分布式能源持續(xù)部署的重要優(yōu)勢。通過三種應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)高能效：多能源和多級能源利用，多能互補(bǔ)以及余熱和余壓的利用。

多能源和多級能源利用

多級能源利用需要使用發(fā)電的余熱進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)電以及制冷和制熱服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)的效率性能可以達(dá)到70-90%。 DES可以很好地實(shí)施這種方法，因?yàn)榧訜岷屠鋮s產(chǎn)品最適合于短途運(yùn)輸。

其中一個(gè)典型案例就是上海國際旅游度假區(qū)核心區(qū)天然氣分布式能源站項(xiàng)目，本項(xiàng)目通過消耗單一的清潔能源天然氣，為上海國際旅游度假區(qū)(迪斯尼樂園)核心區(qū)提供冷、熱、電、生活熱水、壓縮空氣5種負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了能源的五聯(lián)供，一次能源綜合利用率達(dá)到83.41%，遠(yuǎn)高于常規(guī)分布式供能系統(tǒng)一次能源利用率大于70%的要求，已達(dá)到世界先進(jìn)水平。通過天然氣清潔能源的高效梯級利用，既滿足了核心區(qū)3.9平方公里區(qū)域內(nèi)所有能源需求，又為把旅游度假區(qū)建成一個(gè)低碳、節(jié)能(每年可節(jié)能21883.08噸標(biāo)準(zhǔn)煤，每年可減排CO2量為75541.87噸，相當(dāng)于每年少砍伐木材4萬噸)。

多能互補(bǔ)

分布式能源可以結(jié)合和優(yōu)化各種能源，包括風(fēng)能，太陽能，天然氣，生物質(zhì)和其他選項(xiàng)，包括氫能。最佳組合可以根據(jù)最終用戶的地理位置，資源稟賦和消費(fèi)模式進(jìn)行選擇。如果這種優(yōu)化實(shí)施得很好，通過利用互補(bǔ)的能源資源和技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高的整體系統(tǒng)效率。

這里要說的案例就是貴安新區(qū)建設(shè)的國內(nèi)首座“1+3”多能互補(bǔ)分布式智慧能源站，該項(xiàng)目通過多種能源的綜合利用，實(shí)現(xiàn)零污染、零排放，項(xiàng)目設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷15165.4kw,設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷13303.9kw,總發(fā)電功率2.8MW。

余熱和余壓的利用

余熱和余壓可能成為各行業(yè)(如鋼鐵，有色金屬，化工，水泥和陶瓷)未消耗能源的重要來源。例如，碳煅燒設(shè)備中的煙氣可以達(dá)到850℃至900℃的溫度。提供加熱，冷卻和電力多余熱量和剩余壓力不僅有助于降低能源消耗和提高能源效率，而且還減少工業(yè)污染，并為工業(yè)提供節(jié)能選擇。

3. 利用清潔和低碳能源

分布式能源可以幫助將化石燃料為主的中央能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鍧崳鄻踊哪茉聪到y(tǒng)，其中包括風(fēng)能，太陽能光伏，太陽熱能，生物質(zhì)和地?zé)崮艿瓤稍偕茉丛趦?nèi)的各種能源，以及低碳化石燃料如天然氣。這可以帶來許多好處。這些好處可能是直接的 - 比如提供更清潔的發(fā)電 - 或者是間接的，例如提供靈活性以便整合可變發(fā)電的更高份額。

可變量可再生能源的整合

可變量可再生能源(VRE)特別是太陽能光伏和風(fēng)力發(fā)電具有需要多種具體措施將其整合到電力系統(tǒng)中的特性。最重要的是，它們在任何時(shí)刻的最大輸出都受到陽光和風(fēng)的即時(shí)可用性的限制。因此，他們的輸出經(jīng)常波動(dòng)，而這些波動(dòng)只能預(yù)測到一定的準(zhǔn)確度(國際能源署，2017年)。

DES可以通過多種方式為風(fēng)能和太陽能的成本效益和安全整合提供解決方案。首先，VRE生成可以包含在DES中，在地理上擴(kuò)展其部署，從而平滑整體輸出(當(dāng)考慮多個(gè)DES時(shí))。其次，通過將風(fēng)能和太陽能以優(yōu)化的比例結(jié)合起來，它們的組合變異性可以更低(當(dāng)太陽光較少時(shí)通常更多風(fēng)，反之亦然)。第三，現(xiàn)代DES可以利用數(shù)字監(jiān)測和控制設(shè)備動(dòng)態(tài)調(diào)整能耗，以更好地匹配風(fēng)能和太陽能的可用性。第四，柔性氣體發(fā)生器等其他發(fā)電資源可以平衡剩余的可變性。第五，電動(dòng)汽車等終端使用的電氣化設(shè)備可以幫助創(chuàng)造新的、靈活的需求，吸納潛在的風(fēng)能和太陽能盈余。

減少空氣污染物排放

與集中的煤基發(fā)電系統(tǒng)相比，分布式能源可以顯著減少二氧化硫、氮氧化物和顆粒物質(zhì)的排放，因?yàn)樘烊粴獍l(fā)電機(jī)的排放量耕地，而分布式太陽能光伏和風(fēng)力零排放。例如，上海塔項(xiàng)目每年減少38噸二氧化硫排放量，貴陽項(xiàng)目成功減少498噸二氧化硫排放量和249噸粉塵排放量。現(xiàn)代DES還可以避免與傳統(tǒng)使用生物質(zhì)相關(guān)的顆粒物排放(REN21,2016)。

減少碳排放

DES可以通過依靠低碳或無碳供能來降低二氧化碳排放量。DES的加熱和制冷脫碳能力也是一個(gè)顯著的好處：加熱需求約占全球能源相關(guān)二氧化碳排放量的30%，其中一半用于建筑物(國際能源署，2014c)。利用基于天然氣，生物質(zhì)能，沼氣或低碳電力的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可減少供熱需求產(chǎn)生的碳排放量。例如，上海塔項(xiàng)目每年可減少二氧化碳排放量4 855噸，貴安項(xiàng)目減少61 464噸，上海迪士尼樂園項(xiàng)目減少75 542噸。

減少化石燃料消耗

利用清潔和可再生資源，分布式能源有助于減少化石燃料的消耗，從而間接減少與化石燃料開采和運(yùn)輸活動(dòng)相關(guān)的能源消耗和生態(tài)系統(tǒng)破壞。例如，上海塔的項(xiàng)目每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1 890噸，貴安項(xiàng)目24 884噸，上海迪士尼樂園項(xiàng)目21 883噸。