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分布式能源发展态势与新产业变革契机

2013-01-14 08:06:14 科技日报   作者: 吴力波  

近年来,以分布式、间歇式能源利用为核心特征的新能源产业发展方兴未艾。新能源产业突破了传统大型火力发电机组与大范围电网系统所构架的集中式的能源供应模式,很可能成为引发新一轮产业变革的“火种”。

分布式能源具有技术选择多样性的特点,对传统集中式供电产业形成替代或者补充

分布式能源是以小型发电技术为核心,集成了智能电网技术、储能技术等形成的一种主要分布于用户侧的小型电力系统。分布式能源的突出特征在于技术选择的多样性。从一次能源的来源来看,既可以利用天然气(含煤层气、沼气)这种清洁的化石能源,也可以利用太阳能、生物质能、风能、氢能、小型水电等可再生能源;从供能模式来看,可以用于发电、制热、制冷单双或者多联供;从运行模式来看,既可以独立运行、也可以并网运行;从发电技术来看,可以使用燃气轮机、内燃机、微燃机发电技术,也可以使用光伏发电、燃料电池发电、生物质发电和风力发电技术等;从储能技术来看,可以使用蓄电池、超级电容、飞轮储能、蓄冷蓄热储能、移动储能等多种技术形式。分布式能源这种技术选择的多样性,能够满足多种需求并提供差异化的供电服务。电力用户可以充分根据自身的资源禀赋、基础设施、土地空间、资金条件等选择适宜的技术集成模式,实现相应的经济收益、能源收益和环境收益。从经济收益来看,分布式能源发展可以有效降低需求侧的能源使用成本、甚至形成增量的售电收益。从能源收益来看,可以大规模推进可再生能源利用的规模,提高能源消费的清洁性、稳定性。从环境收益来看,则可以有效降低化石能源转换所导致的污染物、温室气体的排放等。

传统集中式供电产业在目前的市场中仍然占据主导地位,但是近年来,分布式能源产业链上关键技术研发、设备制造、系统集成和规模化应用均获得了不同程度的突破,使得其逐渐具备一定后发优势。

分布式能源产业相较传统集中式供电产业的突出竞争优势,来源于其较高的能源转换效率、大幅度降低的网络传输损失、燃料成本的低风险性、一次能源利用的多样性、系统运行的安全性和可靠性以及环境效率的提升。分布式能源将一般火力发电以及网络传输所造成的近50%—60%的能源损失降低到20%—30%以下。在能够满足电力需求并符合成本—收益平衡条件时,分布式能源产业可以对传统集中式供电产业形成渐进性、局部性的替代。另一方面,由于分布式能源可以有效降低电力需求峰谷差、实现电源结构的清洁化,可长期作为传统集中式供电系统的补充,由此所带来的间接收益表现在降低电力基础设施的投资成本、分摊电网的运营维护成本、分散电网的安全性风险、降低全网的环境治理成本等。

分布式能源产业可以创造多种商业模式,具有实现价值增值、创造多元利润、提升经济效率的巨大潜力

分布式能源的用户群体非常广泛,从工业部门、商业楼宇到公共建筑、社区,都可以建设不同规模、不同一次能源来源、不同投资模式和运营模式的分布式能源系统。分布式功能系统可以与智能用电管理终端、智能电表构成一个高效的需求侧电力管理系统。

当所有用电设备的数据可以实现与配电中心的实时回传和最优化控制之后,就会产生显著的节电收益。而后续的用电数据分析挖掘也可以实现新的经济价值和社会价值,创造新的利润来源。例如商业部门可以实现办公设备的自动节电管理、智能商业楼宇的一体化运行;工业部门可以实现生产过程的节能优化控制和过程管理。而基于这些数据所开发的行业景气预警预测、要素供需预警预测等则可以服务于公共部门或者私人部门,产生衍生的商业价值。这些系统的建设和维护既可以由用能主体直接承担,也可以交由公用事业部门、合同能源管理公司托管。这种多元的商业价值创造意味着多元的参与机制与利益分享机制,为分布式能源依靠网络效应实现规模化发展提供了有效载体。

各国政府对分布式能源发展寄予厚望。美国在2001年提出,到2010年其热电联供系统的装机容量要达到92GW,而实际情况虽然没有达到预期目标,也达到了85GW的水平;奥巴马总统提出到2020年,要将现有装机容量再翻一番。德国计划到2020年,分布式能源占电力总装机容量的四分之一。而根据国际能源署的研究,中国将会成为继俄罗斯、德国之后分布式能源占比最高的国家,2015年可达到18%,2030可达到28%。这种大发展会带动其互补性产业的发展,引发更大规模的产业变革。

分布式能源将是未来智能电网不可或缺的组成部分

我国的智能电网建设是以“坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化”为主要的发展方向。“坚强、自愈”主要是从集中式供电系统自身着手,通过信息技术、自动控制手段的运用来提高电网的安全性和稳定性、实现电力传输效率的提升。而“兼容、经济、集成和优化”则需要将电网从一个有限封闭系统逐渐转变为一个安全开放系统,允许更多分布式、间歇式电力的接入、实现需求侧、供应侧数据的互通和反馈,提高全网的经济、技术、环境效率。由于电网公司所具备的天然垄断特性,长期以来各国在电网公司的治理模式上一直存在很大争议。发达国家普遍限制电网公司垄断、实行网输价格管制并放开上游发电、下游配售电环节的市场竞争,这样的治理体制客观上就造成了电网竞争效率的丧失、投资不足引发建设滞后,进一步影响安全性和稳定性。而我国则仍然是采取国家办电网的方式,电网公司作为实际垄断部门,由于承担着公用事业单位的社会责任而受到政府管制,但集中式的管理运营模式使得电网建设得到有效保障。

可再生能源发展对电网的兼容性提出更高要求,市场化改革的深入要求电网公司开放关联市场。利益主体的分散化要求电网不仅能够确保电力供应的安全性和稳定性,还要通过各种技术集成和系统优化实现更广泛意义上的效率改进。这就需要将集中式、连续式的电网系统与分布式、间歇式的新能源系统相融合,这无疑是电网公司新的技术突破方向,也是其搭载新产业变革的高速列车,走向新的发展阶段的必由之路。

针对性的政策设计对分布式能源产业化发展、规模化应用至关重要

当前分布式能源发展面临重要的发展机遇。从国际上看,美国页岩气的大规模开发利用使得天然气供应趋紧趋势得以逆转,天然气价格相对走低降低了天然气分布式系统的燃料成本和市场风险。随着近年来页岩气开发的快速发展,美国天然气产量实现持续增长,在2009年首次超过俄罗斯,并在2011年以6700亿立方米的水平稳居全球天然气生产第一大国的位置。预计2035年页岩气占美国天然气的比重将达到46%。而我国的页岩气资源储量十分丰富,随着2015年全面勘探的完成,规模化开采利用有望提速。

从国内来看,未来十年将是我国天然气生产规模大幅度扩张的时期,一方面西气东输一线、二线供应量稳步提高,另一方面液化天然气进口和接收能力也大幅度上升,从而为天然气分布式能源发展提供有利条件。未来我国将重点在能源负荷中心建设区域分布式能源系统和楼宇分布式能源系统,在“十二五”期间建成1000个左右的天然气分布式能源项目,并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。到2020年,在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统,装机规模达到5000万千瓦,初步实现分布式能源装备产业化。

与此同时,分布式能源发展也面临一些问题和制约因素。一是分布式能源接入供给一般属于备用/补充性供给,系统运行时间波动较大,从而导致发电经济性受到影响。二是设备制造商、基础设施建设等尚未达到规模经济,目前除天然气分布式能源从而导致目前除天然气分布式能源的经济性基本具有保证之外,其他系统的经济性仍有待提高。三是煤炭、天然气、光伏、风力、水力等各类能源的价格相对水平存在不确定性,对于项目的技术选择和成本—收益评估提出较大挑战,价格风险成为项目投资的主要风险来源。四是能源环境政策不完善、环境治理的外部收益难以得到有效补偿。上网电价补贴的落实、各类能源税收的变化、排污费率制度的不确定性等都会对分布式能源市场的培育产生重要影响。五是分布式能源的上网问题一直以来都是悬而未决的顽疾。尽管《可再生能源法》及国家相关政策对于可再生能源的强制上网做出了明确规定,国家电网也承诺全额收购,但是实际操作中仍然存在技术标准落后、审批过程复杂、资质认证严苛等障碍。我国在分布式电源与微网并网技术标准方面还比较欠缺,已发布标准要求比较低。对于设备规范、设计标准、孤岛运行、并网标准等有关技术标准的制定工作都还在探索阶段。《电力法》中关于供电机构的管理审批制度也对分布式能源的上网构成了现实约束。今年财政部、发展改革委、国家能源局联合发布了《可再生能源电价附加补助资金管理暂行办法》,为电网企业发放可再生能源电价附加补助资金,目的是进一步改善可再生能源发电项目的联网运行。

推动分布式能源发展,需要政府部门进一步明确激励机制。例如,实施可再生能源发电配额及交易,强制全额收购分布式能源,采取更能够反映项目投资和运行成本并考虑技术进步因素的浮动上网电价补贴政策。除此之外,要充分发挥分布式能源产业的“乘数效应”,必须要大力发展智能电网。智能电网作为信息通信技术、新能源技术对接最终用户的载体,其所提供的电力流和信息流可以通过多种形式进行再次“复合”,由此形成的大数据服务产品将使传统的“电力”商品实现根本性的升级,所衍生的服务模式将成为全新的产业形态。为此,可以推进以发电量为依据、而非一次能源投入为依据的节能减排标准,激励电网公司收购可再生发电;将可再生发电纳入绿色电力配额交易体系中,通过灵活的市场手段来激励电网公司积极参与分布式能源及相关新兴产业的发展。

(作者单位:复旦大学能源经济与战略研究中心)




责任编辑: 中国能源网

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