能源转型大时代中的分布式能源 ——迈入“提质增效”新阶段

摘要: 未来学家里夫金为人类描绘了一幅宏大的未来能源图景:数亿人在基于可再生能源技术和互联网技术构建的能源互联网上分

11-10 13:46 首页 第一财经网

未来学家里夫金为人类描绘了一幅宏大的未来能源图景:数亿人在基于可再生能源技术和互联网技术构建的能源互联网上分享绿色能源,地球上每个人、每栋建筑既成为绿色能源的消费者同时也是生产者,分布式的发电站、负载和储能系统将实现能源流和信息流的双向流动,就如同通过互联网任意创建个人信息并分享一样简单。


当里夫金在2011年的著作中提出这样一幅场景的时候,大家或许会感到惊叹,但引起的共鸣仅仅是“未来的能源系统将朝着可再生能源发展”的泛泛之论而已。短短数年时间,技术进步、政策完善、商业模式建立以及业界对分布式能源认知的提升使得梦想不仅照进了现实,且愈发丰满起来。能源互联网、分布式、微网、多能互补不再是遥远而陌生的概念,而是当下切切实实发生着的、触手可及的事物。


如果说2013年以来中国风电光伏等可再生能源的大规模集中式应用标志着能源转型刚刚拉开大幕的话,2016年之后,分布式光伏、分布式地热、分布式天然气和分布式生物质能等分布式清洁能源多能互补系统的崛起标志着能源转型告别“野蛮生长”阶段,正式迈进以“提质增效”为核心的第二阶段。


认识到当前国际国内不可阻挡的能源转型时代背景以及分布式能源在未来能源体系中扮演的越来越重要的角色,第一财经研究院重磅推出《能源转型大时代中的分布式能源》研究简报专题。此篇为开卷篇,一财研究院将在接下来的三篇文章中继续从“分布式能源的技术创新”、“分布式能源在微电网中的应用”以及“融资和商业模式创新”等多个方面全面分析和呈现分布式能源发展的最新趋势和动向。希望以此抛砖引玉,力促行业同仁为中国能源转型和分布式能源发展贡献真知灼见。


不断变革的能源时代


能源资源及使用方式的根本性变化推动着人类社会经济的发展。在原始的“能源V0”时代,薪柴是人类赖以生存的主要能源;“能源1.0”时代,煤炭对于薪柴而言是“新能源”,煤驱动的蒸汽机大大提升了劳动效率;在“能源2.0”时代,石油成为了主角,石油驱动的汽车使人类的运输和出行效率成倍上升;进入“能源3.0”时代,传统的高碳、高污染的化石能源逐渐被清洁、低碳的可再生能源替代。但这仍旧不是终章,若干年超高速的可再生能源发展也相当程度地暴露出了大规模集中式发展方式的短板,“弃风弃光”、上网难、售电难等问题成了发展的瓶颈。整合信息技术与可再生能源技术的分布式能源正在构建全新的“能源4.0”,以实现能源的清洁、高效、稳定利用。当然,代际之间的交替是循序渐进的,并没有绝对的界限,在相当长的时间内多种能源利用形式将齐头并进共同存在。


需要意识到的是,能源转型的趋势虽然是全球共通的,但无论从时间还是空间尺度来看,能源转型并不存在一个完美的模式去套用于全球所有国家。从能源转型的历史看,能源变革是通过漫长的动态积累过程从而实现从量变到质变的跨越的。在这一过程中,无疑有的国家步伐较快,而有的国家步伐缓慢。例如,发达国家自从工业革命开始大规模利用煤炭已经一百多年,经历了能源转型的各个阶段,北欧等国的清洁能源甚至已经逐渐取代化石能源成为主体能源,而在尼泊尔等南亚国家,煤炭尚未成为“过气”能源,大部分居民仍旧以薪柴作为日常的主要能源来源。从能源转型的地理分布来看,分布不均衡是另外一重制约能源转型的重要因素。全球尚存在大量的无电、缺能人口。在非洲撒哈拉以南、亚太等广大地区,很多民众连基本的用能需求都无法满足,谈何能源转型?因此,能源转型注定是一个循序渐进、量力而为的过程,不可一概而论、强行摊派。


基于对能源转型的上述理解,全球能源变革正在凝聚共识,并形成全球参与的新动力。德国制定了2050能源转型目标;法国颁布了《能源转型法》;中国也正在制定2050年能源转型路线图。针对能源转型这一共同的愿景,国际社会在第二届国际能源变革论坛上达成了“苏州共识”,强调推动能源变革是化解全球能源资源和环境约束、实现可持续发展的根本途径,需要国际社会的共同行动并将最终惠及全球。虽然各国国情有所不同,所处的发展阶段和能源利用方式也不尽相同,但基于自愿减排原则的《巴黎协定》前所未有地将全球196个国家通过绿色低碳能源应对气候变化的努力联结在一起,尽管美国联邦政府宣布退出《巴黎协定》,但中国和欧盟作为领导者继续推进应对气候变化努力的共同表态足够振奋人心。美国民间、州、市层面自发形成的气候联盟也将决定退出《巴黎协定》的特朗普置于了“孤家寡人”的尴尬境地。在刚刚召开的G20领导人峰会上,除美国以外的所有19个国家在气候变化议题上达成了共识,标志着美国退出《巴黎协定》后国际社会应对气候变化新秩序、新格局基本确立。

 

分布式能源崛起的逻辑


“分布式”能源顾名思义,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,其中又以天然气为燃料的分布式能源系统为主流,其次是分布式光伏、地热和生物质能等。Arup和西门子联合发布的《分布式能源》白皮书提到,在不断变革的能源时代背景下,未来的能源系统面临化石能源价格不稳定、能源供应安全风险增大、导致灾难性气候变化等迫切问题,为此构建成本稳定、可靠性好、恢复力强、清洁低碳的能源利用方式将是未来经济可持续发展的关键所在。


相对于大规模集中式的发电或供热项目,分布式能源系统的诸多优势已被广泛接受,如一次能源效率高、能源自足、可靠性高、环境污染小、就近消纳、投资少收益高等。通过多能互补和能源梯级利用的方式,分布式能源系统的整体能源效率和经济性都能得到显著。通过规模部署,分布式能源还可实现经济效益、社会效益和环境效益的统一,降低电网成本,减少温室气体排放,延伸电力供应。正因为上述原因,分布式能源已在德国、美国、英国、丹麦、荷兰、日本等发达国家得到广泛应用。以德国为例,德国虽然不是世界上最早开始推广分布式能源的国家,却是分布式能源应用最广泛也最成功的国家之一。德国分布式能源约占总装机容量的比例高达一半左右,绝大部分可再生能源发电属于分布式能源,天然气发电中大部分热电联产和一部分小型发电站也以分布式形式利用。同时德国也涌现了如西门子公司等全球卓越的分布式能源技术领跑者。


从中国的视角来看,随着中国经济发展进入“新常态”,中国能源行业发展的根本目标已是天壤之别。过去,中国经济持续的高速增长导致能源供应短缺,那时的时代主线是扩大能源生产以保障供应;如今,经济发展放缓,能源供给能力已远超需求,反而是技术、环境、价格、效率等问题制约了进一步发展,中国能源发展的问题从数量问题逐渐转为质量问题。短短五年间,中国见证了可再生能源在装机容量方面的爆发式增长。然而,严重的“弃风弃光”问题成为了限制可再生能源进一步发展的瓶颈。分布式能源的特征符合中国下一阶段能源发展“提质增效”的目标,因此分布式能源在中国也显现了迅猛崛起的势头。分布式光伏累计装机从2012年时的2.3GW快速上升至2016年底的10.3GW(如图),年均增长率高达46%;分布式天然气项目数(包括建成、在建、规划)从2014年时的160个增长至2015年底时的288个。


 

分布式清洁能源未来已来


技术的成熟、政策的铺垫、商业模式等领域的创新,使得属于分布式能源的未来已经越来越快地到来,分布式清洁能源多能互补将是未来主要的绿色低碳能源利用方式。不久前的6月17日至23日,青海电网实现连续7天的清洁能源持续供电,其间实现“零排放”。国际上,葡萄牙电网曾于2016年5月7日至11日共107小时实现全清洁能源供电,主要以风电为主,抽水蓄能电站参与调峰,且包含了部分燃气电站发电。而青海仅依靠光伏、风电和水电实现连续7天清洁能源供电,为真正100%清洁能源供电,意义更为重大。虽然青海的100%清洁能源供电并非完全由分布式能源完成,但这释放了一个信号——即备受业界质疑的分布式可再生能源由于波动性大导致电网不稳定的问题在多能互补、智能调度技术的支持下有望解决。


分布式能源扶持政策的密集下发说明分布式能源发展已经从之前的小范围试点向大规模市场化铺开。随着电力体制改革放开竞争性电力市场,“互联网+”智慧能源示范项目、多能互补集成优化示范工程效果逐渐显现,分布式能源发展的障碍逐渐被扫除,正在走上发展快车道。2017年3月,国家能源局下发了《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》,为分布式能源下一步的市场化交易做好了政策准备。2017年6月,国网总公司下发《国家电网关于促进分布式电源并网管理工作的意见》,矛头直指分布式能源长久以来面临的“并网难”顽疾。


分布式能源项目政策及市场环境向好,但中国分布式能源装备方面基础较为薄弱,与拥有先进分布式能源技术的国外企业开展国际合作显得十分必要。国内燃气内燃机的功率主要集中在200-800kW,市场800kW和1000kW以上的燃气内燃机几乎全部依赖进口,且相关技术都被国外欧美国家垄断。2017年6月,国家发展改革委、国家能源局联合发布的《依托能源工程推进燃气轮机创新发展的若干意见》,为推进天然气分布式能源的基础装备支撑制定了政策依据。中国国家能源局局长努尔·白克力在德国出席柏林能源转型对话期间会见了西门子股份公司管理委员会成员,负责能源业务的戴俪思女士,双方就进一步加强先进燃气轮机等关键技术合作进行了交流。此前,西门子、杭汽轮、协鑫集团三方已经签订合作谅解备忘录,共同加强天然气分布式能源的开发利用,支持快速发展的中国分布式能源市场。



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