雙碳背景下分布式能源發(fā)展前景

李雅芳

(福建省供電服務(wù)有限責(zé)任公司，福建 福州 350003)

1 概述

化石能源為主的發(fā)展方式是我國氣候環(huán)境問題的根源，隨著我國提出碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)[1-4]，能源格局將發(fā)生重大改變，能源消費(fèi)形式也隨之改變，此舉對于加快促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、確保能源經(jīng)濟(jì)高效、推進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級、引領(lǐng)應(yīng)對氣候變化至關(guān)重要。

隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口的增長與能耗的不斷增長，用戶的能源需求開始多元化，且全球各地的能源基礎(chǔ)設(shè)施逐漸老化[5-9]，因此需要調(diào)整能源架構(gòu)，提升能源利用效率，削減化石能源用量，構(gòu)建清潔能源為主的現(xiàn)代化能源體系，以清潔能源替代加快能源生產(chǎn)減碳。

分布式能源是通過電氣裝置向就近用戶提供能源供應(yīng)的能源供給方式，無需進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，而且可以滿足用戶電、冷、熱、氣等多種用能需求，同時可以實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用相對獨(dú)立。可以根據(jù)用戶的能耗特點(diǎn)以及所在區(qū)域具有的能源資源，設(shè)計符合用戶的能源供給方式，對各種能源進(jìn)行合理配置與使用，使能效利用最大化。隨著分布式能源的進(jìn)一步發(fā)展，分布式能源占比將大幅增加，據(jù)專家推測，2030年分布式能源占比將達(dá)到30%，且隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，分布式能源向多能協(xié)調(diào)互補(bǔ)方向發(fā)展，為用戶提供多樣化的能源供應(yīng)。

分布式能源投資規(guī)模較小，并與集中式系統(tǒng)相比擁有更短的工期[10-12]。此外，它可以以模塊化的設(shè)計來滿足不同的應(yīng)用，分布式能源是應(yīng)用于用戶負(fù)荷中心的生產(chǎn)和消費(fèi)為一體的能源供應(yīng)模式，可以為用戶提供多樣的能源供應(yīng)，基本涵蓋了家庭、社區(qū)和工業(yè)園區(qū)的供能需求。

本文介紹了新時代我國能源的發(fā)展戰(zhàn)略，結(jié)合能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，分析了分布式能源在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的重要作用，指出了在雙碳背景戰(zhàn)略引領(lǐng)下分布式能源的發(fā)展前景，助力推進(jìn)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為雙碳目標(biāo)奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

2 能源發(fā)展形勢

我國是世界上最大的發(fā)展中國家，同時是能源消耗最多的國家，在消耗的能源總量中，清潔能源占比較低，主要以化石能源為主。隨著我國“3060”雙碳目標(biāo)的確立，在此戰(zhàn)略背景下，需要進(jìn)行節(jié)能降耗，降低能源消費(fèi)總量，減少碳排放。

為助力雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，能源發(fā)展的重點(diǎn)在于節(jié)能降耗，需調(diào)整用能結(jié)構(gòu)，減少化石能源的消耗，以清潔能源替代，能源供給從集中式向分布式、多能協(xié)調(diào)互補(bǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2021-2030年為碳達(dá)峰期，意味著我國煤炭消耗需要在此前率先達(dá)到碳達(dá)峰，我們需要在供給端與消費(fèi)端提高能效。在供給端，需要加速清潔能源的替代，由于二氧化碳的排放主要來自于化石能源的消耗，因此減少碳排放的主要舉措是減少煤炭消耗。在消費(fèi)端，采取多能協(xié)調(diào)互補(bǔ)，能源梯次循環(huán)利用使得能效最大化，滿足用戶多樣化的能源需求。

分布式能源可以結(jié)合和優(yōu)化各種類型能源，利用互補(bǔ)的能源和技術(shù)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)的品質(zhì)和效率。分布式能源主要包含的種類見圖1，未來新能源開發(fā)采取“風(fēng)光并舉”的模式，目前廣泛應(yīng)用的也是太陽能與風(fēng)能。為推進(jìn)風(fēng)光品質(zhì)能源發(fā)展，國家能源局《關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》指出，到2030年非化石能源消耗占比達(dá)到25%左右，風(fēng)電、光伏規(guī)模達(dá)到12億千瓦以上，由于風(fēng)電與光伏受季節(jié)、氣候和時間的限制，發(fā)電存在較大的波動性，呈現(xiàn)復(fù)雜、多變的不穩(wěn)定態(tài)勢，因此需大力推進(jìn)儲能規(guī)模化應(yīng)用[13-14]，電化學(xué)儲能逐步成為重要“電源”。儲能可以減少電網(wǎng)的冗余建設(shè)，不僅可以改善光伏風(fēng)電輸出功率的不穩(wěn)定性，同時在高棄光棄風(fēng)的情況下，提高其利用率，儲能是能源轉(zhuǎn)型的重要支撐技術(shù)，儲能迎來全新的歷史使命。電化學(xué)儲能需求由來已久，受限于儲能系統(tǒng)投資成本尚未大規(guī)模推廣，但隨著儲能經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng)，商業(yè)模式多樣化，在光伏、風(fēng)電和儲能進(jìn)入“十四五”發(fā)展的全新高速發(fā)展時期，電化學(xué)儲能與分布式能源將成為能源轉(zhuǎn)型的必然選擇。

圖1 分布式能源種類

3 分布式能源優(yōu)勢

分布式能源系統(tǒng)能夠帶來一系列的好處，分布式能源與大規(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。

3.1 節(jié)約成本

輸配電費(fèi)用是電力系統(tǒng)總成本的重要組成部分，傳統(tǒng)的發(fā)電需要經(jīng)過遠(yuǎn)距離輸送才能將產(chǎn)生的電能輸送至負(fù)荷端，而且輸送容量越大，配網(wǎng)輸送費(fèi)用更多。分布式能源一般在用戶負(fù)荷中心當(dāng)?shù)叵{，不需要通過輸配電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送，沒有電能輸配費(fèi)用，大大降低了電能輸送部分的損耗，實(shí)現(xiàn)能效最大化。

3.2 節(jié)能減排

分布式能源在一定區(qū)域內(nèi)利用管網(wǎng)系統(tǒng)和電纜向供區(qū)內(nèi)提供電能、冷、熱，實(shí)現(xiàn)冷熱電氣多聯(lián)供，能源可以得到合理的梯級利用。一方面，與傳統(tǒng)的煤電發(fā)電相比，采用風(fēng)電、光伏為代表的分布式能源可以顯著減少SO2排放，減少污染物的排放量。另一方面，由于可再生能源能流密度低、分散性強(qiáng)，以及其利用水平的限制，分布式能源靈活的發(fā)電方式為可再生能源的利用帶來了新的機(jī)遇。

面對節(jié)能減排和能源可持續(xù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)，能源與裝備的替代，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的必選之路，清潔能源的替代可以減少污染物的排放，采用先進(jìn)的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，大力發(fā)展分布式能源已成為必然選擇。

3.3 多能互補(bǔ)

多能互補(bǔ)是不同種類能源的互補(bǔ)利用，也可以是同一類能源不同形式的互補(bǔ)利用，由于單一能源發(fā)展有限，所以多能互補(bǔ)是分布式能源發(fā)展的重要方式，注重的是能源的有機(jī)整合、優(yōu)勢集成。多能互補(bǔ)并非光伏、風(fēng)電、燃?xì)獍l(fā)電、儲能等能源的簡單拼湊，需考慮負(fù)荷的性質(zhì)、大小、地理位置，進(jìn)行優(yōu)化配置。分布式能源可以結(jié)合和優(yōu)化各種能源，利用互補(bǔ)的能源和技術(shù)實(shí)現(xiàn)較高的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率。

4 分布式能源前景展望

光伏和風(fēng)電是當(dāng)前主要應(yīng)用的新能源，價格是引導(dǎo)資源配置的重要決定性因數(shù)，隨著我國逐步建立完善上網(wǎng)電價政策，風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)裝機(jī)規(guī)模得到迅速發(fā)展，截至2020年底，風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模達(dá)分別達(dá)到2.9億、2.6億千瓦。在雙碳背景下，風(fēng)電、光伏的發(fā)展需要從系統(tǒng)的角度去考量，在滿足雙碳目標(biāo)的需求下選擇最優(yōu)的配置方式。光伏作為清潔能源的代表，可以真正做到零碳排放，且具有成本低、安全高效的優(yōu)勢，在我國能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。2020年，我國分布式光伏新增裝機(jī)規(guī)模約15.5GW，占國內(nèi)光伏新增裝機(jī)總量的28%，相對于分布式光伏，分散式風(fēng)電的發(fā)展速度相對緩慢，未來新能源的開發(fā)采取“風(fēng)光并舉”模式，目前風(fēng)電建設(shè)成本較高，特別是海上風(fēng)電目前依然需要政府補(bǔ)貼支撐，但海上風(fēng)電的前景是廣闊的，靠近負(fù)荷中心且不占用土地資源，發(fā)電利用小時數(shù)長。陸上風(fēng)電發(fā)展基本穩(wěn)定，但受限于土地資源，更多依賴于分散式項(xiàng)目。如圖2所示，2030年風(fēng)光發(fā)電新增規(guī)模分別為1.53億、1.88億千瓦，2060年風(fēng)光發(fā)電新增規(guī)模量進(jìn)一步超過2.19億、2.7億千瓦。

圖2 風(fēng)電、光伏新增裝機(jī)預(yù)測

在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的目標(biāo)指引下，新能源的開發(fā)節(jié)奏與達(dá)峰時間、峰值的碳排放量以及用電增速等諸多因素有關(guān)。參考全球能源互聯(lián)網(wǎng)合作組織的情景假設(shè)，2028年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰峰值的二氧化碳排放量約109億噸，當(dāng)年非化石能源占一次能源消費(fèi)占比約27%，在此情景下煤電機(jī)組裝機(jī)規(guī)模將在2025年達(dá)峰，后續(xù)煤電裝機(jī)規(guī)模開始回落。按照全球能源互聯(lián)網(wǎng)合作組織的情景假設(shè)以及相關(guān)預(yù)測，2025年我國總的發(fā)電量規(guī)模將達(dá)到9.3萬億度電(基于“十四五”期間發(fā)電量復(fù)合增速約4%估算)，到“十四五”末，我國光伏+風(fēng)電的裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到11億千瓦，較2020年實(shí)現(xiàn)翻倍增長，相當(dāng)于“十四五”期間年均凈新增光伏、風(fēng)電裝機(jī)114GW，較“十三五”期間增長54%。

5 結(jié)論

在能源安全新戰(zhàn)略的指引下，在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的背景下，高比例可再生能源廣泛接入，高彈性電網(wǎng)靈活可靠配置資源，高度電氣化的終端負(fù)荷多元互動，基礎(chǔ)設(shè)施多網(wǎng)融合數(shù)字賦能。在能源供給側(cè)，未來新能源的開發(fā)主要采取“風(fēng)光并舉”的模式，在能源消費(fèi)側(cè)，則是以電為中心的綜合能源利用，風(fēng)電、光伏、水電、火電、儲能多能融合互補(bǔ)、電氣冷熱多元聚合互動，提高整體能效，大力推進(jìn)儲能規(guī)模化應(yīng)用。