分布式能源发展现状及前景:储能、微电网添新动力

2018/5/8 19:21:43

一、分布式光伏发展迅猛成为分布式能源主力

      “分布式”能源,是相较于传统的“集中式”能源利用方式而言的,是指建立在用户负荷中心附近而非远距离传输的能源综合利用系统,涵盖发电、热电联产、储能和能源管理系统等多种形式,比如家用太阳能发电系统或户用壁挂式燃气供暖系统都是常见的分布式能源。早期的分布式能源是在热电联产系统(CHP)的基础上发展而来,随后分布式能源系统逐渐扩展到用户侧的多种能源类型的冷、热、电、蒸汽多联供(CCHP)系统以及可再生能源发电系统。

      随着我国持续推进能源供给侧结构性改革,推动能源发展方式由粗放式向提质增效转变,光伏、天然气、风电、生物质能、地热能等分布式能源,已成为我国应对气候变化、保障能源安全的重要内容。

      天然气分布式能源发展较早。根据前瞻《2018~2023年中国分布式能源行业商业模式创新与投资前景预测分析报告》数据显示,2016年,全国天然气分布式发电累计装机容量为1200万千瓦,不到全国总装机容量的2%,距离《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中,到2020年装机规模达到5000万千瓦的目标差距很大。

      近年,我国的分布式光伏出现了爆发式增长。《中国清洁能源行业年度发展报告》显示,2017年,我国光伏发电装机容量继续保持快速增长,新增装机53.06吉瓦,连续五年位居世界第一,同比增长53.6%。其中,分布式光伏新增19.44吉瓦,同比增长3.7倍。截至2017年底,全国光伏发电累计装机容量达到130吉瓦,其中,光伏电站100.59吉瓦,分布式光伏29.66吉瓦。

      相比分布式光伏,分散式风电发展相对较慢。业内专家表示,很多体制机制上的问题导致目前分散风电还很少,但是参考发达国家,基本都是分布式的,只有跟用户侧、需求侧结合,未来才有希望。如果分散式风电搞不起来,中国的风电可能不会有希望。2018年,风电除了将会继续向负荷中心——中国中东南部发展之外,分散式风电将成为“下一个田野”。

      此外,分布式地热、生物质能、多能互补项目等分布式能源也在向前发展。

二、高利用效率的分布式能源更利于新能源消纳

      “推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系”,是十九大报告中对我国能源体系建设的重要明确。发展分布式是能源转型的合理选择。国家能源局原副局长张玉清指出,分布式能源具有能源利用效率高等优势,是我国未来能源发展的一种重要趋势,要积极推动分布式能源成为重要的能源方式。分布式能源系统的能源利用率,远远高于多数国家依靠大型主要电站将电力从发电厂向终端用户单向传输的集中供电系统。从理论上说,“大机组、大电网、特高压”是高效率的,然而这仅仅是在能量转换环节和输送环节。如果从整个能源系统分析,结论并非如此。大火电机组虽然发电效率高,但是由于供热规模和供热半径的局限,发电余热无法利用,故其能源利用效率无法与分布式能源相比。发电厂最终只能将燃料能源燃烧产生的1/3热能转化成电能,而近50%的热能流失,传输环节损耗近10%的热能。由于分布式能源可用发电后介质的余热来制热、制冷,因此能源得以合理的梯级利用,用户可根据自己所需来向电网输电和购电,能源的利用效率达到80%以上,一些设计完善的分布式能源可以达到90%,甚至更高。

      正如业内专家所言,能源究竟走分布式还是走集中式,和能源结构、能源技术、能源需求的变化密切相关。过去我国能源结构是以煤为主,决定了其设施越来越大型化和能源系统越来越集中化。但现在,我国天然气和可再生能源加速发展,而风电和太阳能等清洁能源本身就是分散的,需要研究如何让这些能源在其发生地更好的被直接利用。

      分布式能源是解决新能源利用难题的重要途径。虽然我国风电和太阳能总装机容量已达全球第一,但“弃风”“弃光”现象依然比较严重。大型新能源基地主要集中在西部和西北部,但当地的用电市场容量有限,要让电能被充分利用,必须借助特高压输电系统,经长距离将电力输送到东部经济发达地区。但是,这种方式的输送成本太高。此外,新能源天然的波动性还会对电网系统带来冲击。要想突破这个瓶颈,采用分布式能源是一条可行之路,也是当前我国政府已经明确的发展思路。这种方式的最大优势就是发电设施距离负荷中心比较近,可以在一定程度上避免“弃风”“弃光”问题。有业内人士称,可再生能源本质的形式是分布式。

      分布式能源可为电力系统调峰,提高供电可靠性,也是偏远地区供电非常经济的一种选择。天然气分布式能源项目只需要少量投资增加供冷供热的调峰设备(如燃气发电机与直燃机对接型三联供项目,只要在直燃机上增加补燃的燃烧器;如燃气热电项目只需加装调峰用的燃气锅炉等)便可成为可中断、可调节的发电系统,为周边提供冷热电的同时还可以为电网调峰。分布式能源系统作为一种区域性能源供给系统,主要建设在配电侧,具有因地制宜、就近配套、就近取材、即发即用的特点。无论是美国东北部地区及加拿大东部地区2003年大停电,还是我国深圳2012年的大停电,都表明缺少应急式电源—分布式能源建设存在诸多隐患。即便没有意外发生,每年高峰时节市政电网负担也会过大,而分布式能源系统的建设具有削峰填谷、缓解电力紧张的优势。在极端灾害或传统输配体系事故发生之后,分布式能源在一定程度上可确保当地基本能源的供给,切实提高了供能可靠性,也提升了整个能源系统的安全性。由于我国许多边远及农村地区远离大电网,这些区域无法或者很难享受到大电网建设规模扩大所带来的收益,由于远距离供电的投资维护成本过大,或者一些地区因为自然条件不具备建设集中供电网的条件,而分布式发电则很好地解决了这些问题,给不发达地区的供电带来了一条新的解决思路。

三、分布式能源发展期盼政策支持

      当前,分布式能源发展也面临不少挑战。业内人士反映,由于有关政策不明确及政策落地难,分布式能源项目在备用容量、电力接入方式、政府基金减免、天然气价格折让等方面遇到了挑战。此外,分布式能源项目一般都是新建项目,初期达产率往往达不到50%,而通常只有在达到60%~70%负荷利用率的情况下企业才能盈利,如何实现分布式能源项目在培育期里的经济性,仍有待探索。

      新疆金风科技股份有限公司董事长武钢表示,在风电产业发展的“十字路口”,分散式风电被认为是下一片蓝海。但相对分布式光伏而言,分散式风电项目审批手续更加复杂。目前实施的分布式能源项目多是两种及两种以上能源组合的形式。开发商在办理核准手续时,要将一个分布式能源项目拆解成多个子项进行核准。受理的主体、条件、手续、流程差异较大,导致了总体项目核准周期较长。

      远景创始人兼CEO张雷表示,电力市场化改革目前尚未体现分布式清洁能源的核心价值。分布式发电不能就近卖给有需求的用户,很多只能自发自用、余量低价卖给电网或白白弃掉,不利于分布式能源的清洁利用和能效提高。此外,电网接入成本过高、效率有待提升。电网企业对分布式接入,仍然参考集中式的管理办法,没有明确的流程规范和服务标准,也没有并网业务办理时限。缺少针对分布式风电并网接入标准的专题研究和技术要求。以成本近800万元的开关站为例,在集中式发电项目中分摊成本并不显著,但在分布式场景中,投资商支付过多不必要成本。

      因此,分布式能源需要国家从政策层面给予进一步支持。中国节能协会热电产业联盟秘书长张东胜认为,由于应用在分布式能源领域的小型燃气轮机、光伏组件和储能系统等价格高昂,分布式能源的建设成本仍然较高,与常规能源相比,经济性相对较差。如果没有国家财政政策的支持,过长的投资回收期将影响投资热情。因此,技术开发鼓励、投资鼓励和税收激励,电力体制改革和热力体制改革等国家有关部门的宏观政策,以及地方政府的区域发展政策,都是推广分布式能源应用不可或缺的外部环境。

      除了政策支持,分布式能源的发展也需要技术支持。由于天然的间歇性和随机性等问题,分布式能源并网后容易引起电压波动和电压闪变,要实现配电网的功率平衡,保证供电可靠性和电能质量是主要挑战。

四、储能、微电网为分布式发展添加新动力

      有能源专家表示,要解决新能源的波动性问题,就要将储能等创新技术充分融入微电网模式。一些跨国公司可以通过先进的技术解决储能问题,并把智能微电网和分布式一体化管理做得更好,从技术上和商业模式上破解中国分布式能源发展中存在的问题。

      在分布式能源系统引入储能设备,有效地实现需求侧管理,减小负荷峰谷差,降低供电成本,将对传统的能源消费方式等方面带来革命性变化。分布式能源系统离不开储能系统的辅助。以分布式光伏为例,虽然每台装机容量并不大,但数量多了依然会对电网造成不小的冲击,为保证电网的稳定与安全,便需要配套的储能装置进行调节。此外,分布式电站成千上万,不同时间、不同地点的发电量有所不同,要建立起自由传输、智慧调配的全球能源因特网,并实现安全、稳定供电,大规模储能技术必不可少。

      “分布式能源+储能”系统开发利用模式受到广泛重视,各国纷纷出台政策予以扶持,“分布式能源+储能”系统处在飞速发展阶段,储能与分布式的结合已经开始显著减少发达国家电网的销售量,引发“负荷脱网”甚至是“用户脱网”现象。推进用户侧分布式能源加储能规模化发展,可有效地提高可再生能源利用率、降低高峰负荷压力,是应对当前电力系统两端波动性加大,提升系统安全稳定性,降低系统运行调节成本的重要手段。随着储能技术的快速发展、成本的快速下降,用户侧分布式储能调节的经济性已在很多情形下优于供应侧,且优势将越来越明显。

      微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。微电网依其灵活的配置结构和方便的运行方式在近年来得到广泛的研究,它能在提高电力系统的安全性和可靠性的同时,提高用户的供电质量和电网服务水平,促进可再生能源分布式发电的应用。

来源:能源研究俱乐部