DEC2021：雙碳目標下的分布式能源與智慧方案

隨著(zhù)我國提出“雙碳目標”、構建新型電力系統，能源發(fā)展方式由集中式、粗放式向分布式、集約、高效和綠色的轉變再次提速，從2021年的情況來(lái)看，分布式光伏和天然氣分布式利用已經(jīng)成為我國保障能源供應和提升能源利用效率的重要方向，生物質(zhì)、地熱等能源的分布式利用以其高效和低碳的優(yōu)勢成為我國能源系統的重要拼圖。

為實(shí)現碳達峰、碳中和目標，持續提升能源利用效率，加快能源消費方式轉變。2021年10月20-21日，以“雙碳目標下的智慧方案與行業(yè)機遇”為主題的第十七屆中國分布式能源國際論壇將于西安召開(kāi)。會(huì )議將以“碳達峰、碳中和”、能源轉型背景下的企業(yè)戰略、跨界實(shí)踐、智慧方案為議題，充分探討可再生分布式新能源與儲能、綜合能源服務(wù)創(chuàng )新與實(shí)踐、燃氣分布式核心裝備與技術(shù)的發(fā)展趨勢與機遇，推動(dòng)分布式綜合能源成為“碳達峰、碳中和”的重要技術(shù)支撐。

一、分布式頂層設計與政策導向

目前，分布式能源已經(jīng)覆蓋了光伏、天然氣、風(fēng)能、生物質(zhì)能等多種能源形式，但發(fā)展前景較好的主要是分布式光伏、天然氣分布式利用以及生物質(zhì)分布式、分布式地熱能等。從2020年底開(kāi)始我國多次在國際上公布氣候相關(guān)的發(fā)展目標來(lái)看，2021年起我國支持分布式能源發(fā)展的政策正在不斷增加，發(fā)展分布式能源的頂層設計和戰略已經(jīng)基本確定。

2021年4月22日發(fā)布的《2021年能源工作指導意見(jiàn)》中提出，2021年我國風(fēng)電、光伏發(fā)電量占全社會(huì )用電量的比重達到11%左右。并要求推動(dòng)分布式能源、微電網(wǎng)、多能互補等智慧能源與智慧城市、園區協(xié)同發(fā)展。

2021年6月7日，國家發(fā)展改革委、國家能源局、中央網(wǎng)信辦、工信部聯(lián)合印發(fā)《能源領(lǐng)域5G應用實(shí)施方案》的通知(發(fā)改能源〔2021〕807號)，通知要求依托 5G 網(wǎng)絡(luò )實(shí)現電、氣、冷、熱多種能源靈活接入，全面整合能源控制參量、能源運行、能源使用等數據，實(shí)現智能量測、需求響應、傳輸網(wǎng)絡(luò )以及服務(wù)平臺管理，構建“源—網(wǎng)—荷—儲”互動(dòng)調控體系，重點(diǎn)開(kāi)展生產(chǎn)控制、分布式能源管理、虛擬電廠(chǎng)、智能巡檢與運維等典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景 5G 深度應用，支撐構建靈活互動(dòng)、開(kāi)放共享的綜合能源創(chuàng )新服務(wù)體系。

2021年6月20日，國家能源局發(fā)布《關(guān)于報送整縣(市、區)屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)方案的通知》，引發(fā)分布式能源行業(yè)強烈關(guān)注，文件提出要大力支持分布式光伏市場(chǎng)開(kāi)拓，擬在全國組織開(kāi)展整縣(市、區)屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)工作。其中黨政機關(guān)建筑屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于50%，學(xué)校、醫院、村委會(huì )等公共建筑不低于40%，工商業(yè)廠(chǎng)房屋頂不低于30%，農村居民屋頂不低于20%;同時(shí)，本次試點(diǎn)方案提出“宜建盡建”、“應接盡接”的要求。

此外，2021年7月1日，國家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規劃》的通知，規劃中的重點(diǎn)工程之一是園區循環(huán)化發(fā)展工程，積極利用余熱余壓資源，推行熱電聯(lián)產(chǎn)、分布式能源及光伏儲能一體化系統應用，推動(dòng)能源梯級利用。

二、分布式光伏

分布式光伏電站是指利用太陽(yáng)能電池直接將光能轉化成電能，與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統，屬于國家鼓勵的綠色能源項目。根據國家電站分類(lèi)，6MW以下的光伏電站為分布式電站。

與集中式光伏相比，發(fā)展分布式光伏可以發(fā)用并舉，有利于就地消納?？蓽p少儲能、輸配電投資成本，且沒(méi)有消納問(wèn)題。另一方面，分布式光伏可以與建筑節能相結合，安裝分布式光伏的建筑可以有效的提升保溫隔熱能力，可以進(jìn)一步降低建筑能源的消耗?？梢杂行У奶嵘蓓斃寐?，降低分布式光伏的非技術(shù)成本。

此外，分布式光伏受光伏產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)格影響較小，在光伏產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)格波動(dòng)下具有更高的發(fā)展潛力。2021年光伏供應鏈上游價(jià)格不斷上漲，且各省要求光伏企業(yè)配置不低于10%的儲能設備，導致國內集中式光伏裝機低于外界預期，上半年裝機量?jì)H為5.36GW，而分布式光伏上半年裝機則達了7.65GW。

根據國家能源局數據，2021年6月，國內戶(hù)用光伏裝機1.73GW，環(huán)比+121.58%;2021年前6月國內戶(hù)用光伏總計裝機85.86GW，同比+187.42%。戶(hù)用光伏正在顯示出強勁的增長(cháng)力量。

6月20日，國家能源局下發(fā)《關(guān)于報送整縣(市、區)屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)方案的通知》，9月14日，從國家能源局公布的《整縣(市、區)屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)名單》來(lái)看，各省共報送試點(diǎn)縣676個(gè)，全部列為整縣(市、區)屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)。

時(shí)間上，2023年之前達到公共機構、工商業(yè)廠(chǎng)房、農村屋頂建成光伏發(fā)電的比例分別達到50%、40%、30%和20%的，列為整縣(市、區)屋頂分布式開(kāi)發(fā)示范縣，在全國范圍內推廣。整縣推進(jìn)屋頂分布式光伏政策對分布式光伏行業(yè)的利好效果正在不斷顯現。

三、天然氣分布式與綜合能源服務(wù)

天然氣分布式能源是指分布在用戶(hù)端，主要使用天然氣為燃料，冷熱電聯(lián)產(chǎn)、實(shí)現能源梯級利用，是清潔、高效、靈活的能源供應系統。天然氣分布式能源系統利用發(fā)電以后產(chǎn)生的煙氣余熱實(shí)現夏季供冷、冬季供熱，且一年四季供應生活熱水，能節約大量空調用電，所發(fā)電力除滿(mǎn)足自身需求外，還可就近上網(wǎng)。

隨著(zhù)新能源技術(shù)與天然氣分布式利用相結合，給分布式能源發(fā)展帶來(lái)了更多的機遇，而多能互補的分布式能源在能源系統中的比例提升，將會(huì )給能源工業(yè)帶來(lái)革命性的變化，是未來(lái)分布式能源取代集中式能源，成為未來(lái)能源工業(yè)發(fā)展的主力軍之一。

分布式綜合能源服務(wù)是一種為滿(mǎn)足終端客戶(hù)多元化能源生產(chǎn)與消費的服務(wù)方式。它不單銷(xiāo)售能源商品，還銷(xiāo)售能源服務(wù)，由傳統的單一售電模式轉為電、氣、冷、熱等的多元化能源供應和多樣化增值服務(wù)模式。目前的智慧能源、多能互補、能源微電網(wǎng)等項目就是能源企業(yè)布局綜合能源服務(wù)的抓手。

綜合能源系統利用先進(jìn)的物理信息技術(shù)和創(chuàng )新管理模式，整合區域內天然氣、電能、熱能等多種能源，實(shí)現多種能源子系統之間的協(xié)調規劃和互補互濟。在滿(mǎn)足系統內多元化用能需求的同時(shí)，要有效地提升能源利用效率。

分布式綜合能源的應用場(chǎng)景：

1、分布式光伏可以通過(guò)分析工業(yè)企業(yè)用電情況和屋頂面積，提供與之相關(guān)的光伏發(fā)電節能服務(wù)。分布式光伏節能服務(wù)可以向用能客戶(hù)提供分布式光伏發(fā)電的系統設計、投資、施工建設、并網(wǎng)、運營(yíng)維護等服務(wù)，分布式能源系統所發(fā)電量以“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的模式為主，按照用能單位原有電價(jià)協(xié)商確定折扣向其提供電力，剩余發(fā)電量并入所在區域電網(wǎng)。

2、高效能源站節能服務(wù)：工業(yè)高效能源站節能服務(wù)是通過(guò)建設、改造和維護企業(yè)的用冷、熱、氣、電等用能設施，為企業(yè)提供多種能源、多種模式的綜合節能服務(wù)，可以打破傳統能源壁壘，降低企業(yè)能耗，節省用能成本。

3、建筑節能服務(wù)：建筑節能服務(wù)是向客戶(hù)提供建筑(園區)高效的供冷、供熱(水)、照明等一站式綜合節能服務(wù)。建筑節能包括已有建筑和新增建筑節能服務(wù)。

(1)已有建筑節能服務(wù)是通過(guò)對建筑物的節能診斷，分析其能耗情況并提出節能方案，然后確定節能改造的措施，建筑節能主要改造措施包括空調系統、通風(fēng)系統、采暖系統、熱水系統、照明系統、控制系統等。

(2)新增建筑節能服務(wù)。新增建筑在“雙控目標”的指引下，可以將節能目標貫穿建筑的設備、建造以及運行維護之中。在能耗管理機制下，可以在建筑全生命周期運行維護中實(shí)現冷、熱、可再生能源電力的供應和節能技術(shù)服務(wù)。

四、分布式生物質(zhì)能源

生物質(zhì)能作為一種可再生能源是一個(gè)“碳中和”圈。生物質(zhì)可通過(guò)催化轉化制備燃料和化學(xué)品，轉化過(guò)程中會(huì )釋放CO2;然后通過(guò)植物的光合作用，吸收CO2，實(shí)現固碳固定。生物質(zhì)資源來(lái)源多樣、能量密度較低、分布分散，這些特點(diǎn)決定了因地制宜、分布式利用是發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的必然要求。

目前有多種生物質(zhì)能源分布式利用技術(shù)已基本成熟，包括沼氣、生物質(zhì)成型、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)采暖供熱利用等。

根據中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì )生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會(huì )發(fā)布的數據顯示，2020年，全國生物質(zhì)發(fā)電新增裝機543萬(wàn)千瓦，累計裝機達到2952萬(wàn)千瓦;其中，垃圾焚燒發(fā)電新增裝機311萬(wàn)千瓦，累計裝機達到1533萬(wàn)千瓦;農林生物質(zhì)發(fā)電新增裝機217萬(wàn)千瓦，累計裝機達到1330萬(wàn)千瓦，沼氣發(fā)電新增裝機14萬(wàn)千瓦，累計裝機達到89萬(wàn)千瓦。

9月24日，頂級科學(xué)期刊《Science》發(fā)表了一篇論文，該論文來(lái)自中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員馬延和團隊，論文介紹了他們采用一種類(lèi)似“搭積木”的方式，從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與淀粉合成途徑，在實(shí)驗室中首次實(shí)現從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

實(shí)驗室初步測試結果顯示，人工合成淀粉的效率約為傳統農業(yè)生產(chǎn)淀粉的8.5倍。這意味著(zhù)，在充足能量供給的條件下，按照目前技術(shù)參數，理論上1立方米大小的生物反應器年產(chǎn)淀粉量相當于我國5畝玉米地的年產(chǎn)淀粉量。這項成果作為生物質(zhì)領(lǐng)域研究的重大突破，有望在未來(lái)為生物質(zhì)固碳帶來(lái)革命性的變化。

五、分布式地熱能

地熱能是由地殼抽取的天然熱能，地熱能的利用可分為地熱發(fā)電和直接利用兩大類(lèi)。地熱能是來(lái)自地球深處的可再生能源。全球地熱能資源分布廣泛，富集程度差異較大，主要集中在4個(gè)高溫地熱帶，分別是環(huán)太平洋地熱帶、大西洋中脊地熱帶、紅海-亞丁灣-東非裂谷地熱帶、地中海-喜馬拉雅地熱帶，可利用量相當于4948×1012t標準煤。

地熱能發(fā)電是地熱能利用的重要方式和地熱科研的主要研究領(lǐng)域。2020年全球地熱發(fā)電總裝機容量為15950MW，2020年美國地熱發(fā)電裝機容量居全球首位，裝機容量為3700MW。

2019年中國地熱發(fā)電量為25.75MW。綜合供暖、發(fā)電、溫泉、養殖以及農業(yè)等領(lǐng)域地熱裝機容量以及供暖制冷面積等數據測算，到2020年，中國地熱實(shí)際利用量折合4800萬(wàn)噸標煤，完成規劃目標的近70%。

現有地熱能利用結構中，淺層地熱利用位居首位，占比52%，根據我國“十四五”的整體規劃，未來(lái)五年我國要大力推廣地熱能技術(shù)，在夏熱冬冷地區推廣地源熱泵集中供冷供暖。按照“因地制宜，集約開(kāi)發(fā)，加強監管，注重環(huán)保”的方式開(kāi)發(fā)利用淺層地熱能，因此地熱企業(yè)在未來(lái)能源開(kāi)發(fā)利用中將大有可為。

六、分布式能源戰略地位升級

9月以來(lái)全國范圍內的缺電問(wèn)題再次升級，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，9月末，湖南、東北三省等多個(gè)地區都出現了拉閘限電現象，遼寧的部分地區限電范圍已經(jīng)從工業(yè)用電擴展到居民用電。

本次限電與2020年底的缺電原因略有不同，在發(fā)改委發(fā)布能耗雙控目標后，青海、寧夏、廣西、廣東、福建、新疆、云南、陜西、江蘇等地由于能耗強度不降反升再次被點(diǎn)名，所以不得不對省內的部分企業(yè)進(jìn)行限產(chǎn)限電。后續隨著(zhù)冬季的到來(lái)，北方地區逐漸進(jìn)入供暖季，2021年冬季預計全國范圍內缺電問(wèn)題不僅沒(méi)有緩解，而且還有加劇的態(tài)勢。

在2020年提出雙碳目標以后，我國必然會(huì )面臨傳統能源系統向新型電力系統轉變，而目前經(jīng)歷的階段性和結構性的缺電正是轉型過(guò)程中的陣痛。

構建以新能源為主的新型電力系統的過(guò)程中，關(guān)于如何解決缺電問(wèn)題，分布式能源利用是解決目前問(wèn)題的一劑良方，以光伏為主的分布式能源可以很好的滿(mǎn)足大部分居民和工商業(yè)用電(可以降低消納困難)，以天然氣與多種可再生能源互補的冷熱電三聯(lián)供可以滿(mǎn)足工業(yè)園區、醫院、學(xué)校、商場(chǎng)等公共場(chǎng)所用能需求，既能提高用能效率又可以實(shí)現能源的“雙控”目標。

從當前發(fā)展趨勢看，很多企業(yè)已經(jīng)不滿(mǎn)足于只提供電力(能源)供應服務(wù)，而更多的是追求橫向“電、熱、冷、氣、水、氫”等多品種能源協(xié)同供應，實(shí)現縱向“源網(wǎng)荷儲用”等互動(dòng)優(yōu)化，向用戶(hù)提供綜合能源一體化解決方案。

分布式能源可就近消納和雙向傳輸，能夠實(shí)現能源生產(chǎn)與消費一體化，推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費方式全面重構。而分布式光伏建設周期短、投資回報快，天然氣分布式應用靈活、系統效率高、功能性強，這些優(yōu)點(diǎn)讓可再生能源與天然氣分布式結合成為我國調整能源結構的重要戰略性選擇，在長(cháng)期的能源戰略中具有重要地位。在“碳達峰、碳中和”愿景下，以電為中心、以分布式為理念，開(kāi)展綜合能源服務(wù)將成為我國能源發(fā)展的必然趨勢和選擇。

文章來(lái)源 | 中國能源網(wǎng)

文 | 張學(xué)坤