從項目應用角度談談分散式能源系統的概念及優勢

來自專欄 中國電力市場與能源未來-交能說

分散式能源在我國正處在一個飛速發展的階段，在政策和資本的助推下，「十三五」期間，我國分散式光伏項目將全面開花，進入加速發展的快車道。交能網推出分散式能源系列，從概念、技術、發展現狀、發展趨勢、商業模式、到技術應用等方面對分散式能源進行深入透徹的介紹。

在分散式能源系列的開篇，我們將從典範項目應用的角度談一談分散式能源系統的概念及優勢。

分散式能源系統的概念

廣義上，分散式能源系統（DES）是指分散式能源（DER）在用戶端被智能地利用並在能源供應系統中優化，是以資源、環境和經濟效益最優化來確定機組配置和容量規模的系統。其主要優勢在於能夠利用現代信息和通信技術（ICT）在本地組合不同的資源，以最大限度地滿足客戶的需求，同時提供清潔，可靠和價格合理的能源。但狹義上，分散式能源系統按照配電網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）將分散式能源定義為在60千伏或以下水平的配電網連接能源。而紐約獨立系統運營商（NYISO）定義電錶客戶端的資源即為分散式能源。而北美電力可靠性公司（NERC）的定義中還加上了分散式儲能（DS）。在本系列中，分散式能源為包括分散式天然氣（DNG）和可再生能源資源，以及分散式儲能（DS）和需求響應（DR）等在配電網層級或地理位置靠近負荷中心的資源。

分散式能源系統的優勢

分散式能源系統能夠帶來一系列的好處，需要一個良好的政策和監管環境來確保分散式能源系統實際實現這些可能的好處。而且，DES與大規模集中式系統的組合通常是一種智能組合有助於實現利益最大化。

1. 靠近用電用戶

根據分散式能源的定義，它們位於用戶負載附近。這不僅將它們與集中供應區分開來，而且帶來許多好處：

能源發展的本地化

根據當地的資源可用性，氣候和地理條件，DES可以優化供應組合。各種能源（如天然氣，風能，太陽能，地熱能，生物質能，海洋能和工業廢熱）可以整合起來，以最大限度地滿足當地需求。這也有助於改善能源安全，自然災害帶來大規模停電往往嚴重影響到人們的生活、甚至危及生命。2012年10月29日颶風桑迪造成美國740萬戶大停電，銀行、交易所、醫院、安全機構都無法正常工作。此時，如果用分散式能源系統代替集中供電系統，自然災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帶來了在能源供應方面發揮積極作用的潛力，使電力用戶對能源系統擁有更強的主導權。當然，這對於傳統大型公用事業的商業模式可謂是巨大的挑戰。

降低輸配電成本

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

如果當地的供需平衡，就可以更接近需求並最大限度地減少輸配電網路的使用。這樣的系統可以在建設和維護大型基礎設施方面節省可觀的資金，人力和時間。 DES的使用增加可以減少大規模基礎設施的收入，因此電網資費需要以反映DES系統整體價值的方式來設置。

提高對客戶需求的理解

DES可以根據當地能源需求量身定製，其差異很大程度上取決於終端用戶的情況，從工業園區，商業中心，數據中心，辦公樓，醫療設施和交通樞紐到文化和體育設施。充分了解負荷特性（包括其時間特性），加熱和冷卻需求以及期望的可靠性水平，並使用這些數據優化能源供應，以達到建立可靠的DES的目的。位於上海陸家嘴地區高632米的128層摩天大樓——上海大廈就是一個很好的例子。該大樓已經安裝了一台帶有兩台1 165千瓦燃氣發電機組，兩台1 047千瓦溴化鋰吸收式冷水機組和兩台1 368千瓦換熱器和輔助系統的DES。 DES連接到市政電網，以及冰蓄冷系統，鍋爐和電子製冷設備，以建立建築物的完整能源系統，為總面積279 700平方米提供供暖，製冷和電力服務。在採暖季節，一月的最高熱負荷為10兆瓦，而十二月最低為6.1兆瓦。年度利用時間不少於5360小時，發電量為12 489兆瓦時，供熱量16 651千兆焦耳，每年冷卻供應31 729 GJ。

2.能源效率高

高能效是推動全球分散式能源持續部署的重要優勢。通過三種應用可以實現高能效：多能源和多級能源利用，多能互補以及餘熱和余壓的利用。

多能源和多級能源利用

多級能源利用需要使用發電的餘熱進行進一步的發電以及製冷和制熱服務。整個系統的效率性能可以達到70-90％。 DES可以很好地實施這種方法，因為加熱和冷卻產品最適合於短途運輸。

其中一個典型案例就是上海國際旅遊度假區核心區天然氣分散式能源站項目，本項目通過消耗單一的清潔能源天然氣，為上海國際旅遊度假區(迪斯尼樂園)核心區提供冷、熱、電、生活熱水、壓縮空氣5種負荷，實現了能源的五聯供，一次能源綜合利用率達到83.41%，遠高於常規分散式供能系統一次能源利用率大於70%的要求，已達到世界先進水平。通過天然氣清潔能源的高效梯級利用，既滿足了核心區3.9平方公里區域內所有能源需求，又為把旅遊度假區建成一個低碳、節能(每年可節能21883.08噸標準煤，每年可減排CO2量為75541.87噸，相當於每年少砍伐木材4萬噸)。

多能互補

分散式能源可以結合和優化各種能源，包括風能，太陽能，天然氣，生物質和其他選項，包括氫能。最佳組合可以根據最終用戶的地理位置，資源稟賦和消費模式進行選擇。如果這種優化實施得很好，通過利用互補的能源資源和技術可以實現較高的整體系統效率。

這裡要說的案例就是貴安新區建設的國內首座「1+3」多能互補分散式智慧能源站，該項目通過多種能源的綜合利用，實現零污染、零排放，項目設計總冷負荷15165.4kw,設計總熱負荷13303.9kw,總發電功率2.8MW。

餘熱和余壓的利用

餘熱和余壓可能成為各行業（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，碳煅燒設備中的煙氣可以達到850℃至900℃的溫度。提供加熱，冷卻和電力多餘熱量和剩餘壓力不僅有助於降低能源消耗和提高能源效率，而且還減少工業污染，並為工業提供節能選擇。

3. 利用清潔和低碳能源

分散式能源可以幫助將化石燃料為主的中央能源系統轉變為更清潔，更多樣化的能源系統，其中包括風能，太陽能光伏，太陽熱能，生物質和地熱能等可再生能源在內的各種能源，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電 - 或者是間接的，例如提供靈活性以便整合可變發電的更高份額。

可變數可再生能源的整合

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

DES可以通過多種方式為風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，在地理上擴展其部署，從而平滑整體輸出（當考慮多個DES時）。其次，通過將風能和太陽能以優化的比例結合起來，它們的組合變異性可以更低（當太陽光較少時通常更多風，反之亦然）。第三，現代DES可以利用數字監測和控制設備動態調整能耗，以更好地匹配風能和太陽能的可用性。第四，柔性氣體發生器等其他發電資源可以平衡剩餘的可變性。第五，電動汽車等終端使用的電氣化設備可以幫助創造新的、靈活的需求，吸納潛在的風能和太陽能盈餘。

減少空氣污染物排放

與集中的煤基發電系統相比，分散式能源可以顯著減少二氧化硫、氮氧化物和顆粒物質的排放，因為天然氣發電機的排放量耕地，而分散式太陽能光伏和風力零排放。例如，上海塔項目每年減少38噸二氧化硫排放量，貴陽項目成功減少498噸二氧化硫排放量和249噸粉塵排放量。現代DES還可以避免與傳統使用生物質相關的顆粒物排放（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的加熱和製冷脫碳能力也是一個顯著的好處：加熱需求約佔全球能源相關二氧化碳排放量的30％，其中一半用於建築物（國際能源署，2014c）。利用基於天然氣，生物質能，沼氣或低碳電力的熱電聯產系統，可減少供熱需求產生的碳排放量。例如，上海塔項目每年可減少二氧化碳排放量4 855噸，貴安項目減少61 464噸，上海迪士尼樂園項目減少75 542噸。

減少化石燃料消耗

利用清潔和可再生資源，分散式能源有助於減少化石燃料的消耗，從而間接減少與化石燃料開採和運輸活動相關的能源消耗和生態系統破壞。例如，上海塔的項目每年可節約標準煤1 890噸，貴安項目24 884噸，上海迪士尼樂園項目21 883噸。

（內容編譯自：IEA, Prospects for Distributed Energy Systems in China, 2017）

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