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我国分布式能源发展探讨

来源:深圳市天创达科技有限公司时间:2013-11-4 11:38:30阅读:

       一、时代呼唤分布式能源

       美国学者杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中指出,新能源是支撑第三次工业革命的关键因素,势必对各国能源战略产生重大影响。随着人类对能源的日益依赖,以及传统集中式供能弊端的暴露,寻求支撑人类文明进程的新型能源体系,已成为全球亟待解决的问题。

      目前,世界对能源的需求日益增加,电力系统结构的不断老化、环保问题、能源利用效率的瓶颈以及用户对电能质量的高标准要求,使得开发利用可再生能源、构建可持续能源系统成为近年来各国的共识与必然的发展趋势。与此同时,化石能源总量不断下降,核能的发展又在多方面受限,因此,发展分布式能源已成为世界各国的共同选择,成为全球能源发展的新方向。

       分布式能源系统是用洁净能源(天然气)、生物质(秸秆、沼气)、新能源(氢)和可再生能源(风、太阳能、小水利)等为一次能源,将规模不一的发电和供热、制冷等设备加以集成分散的方式布置在用户附近的能源系统,是一个就地取材,把材“吃光用尽”,同时供应冷、热、电甚至肥、水等的过程。

       纵观西方发达国家能源产业的发展过程,可以发现:它经历了从分布式供能到集中式供能,又到分布式供能方式的演变。造成这种现象不仅仅是由于生活水平提高的需求,而且也是集中式供能方式自身所固有的缺陷造成的。毋庸置疑,随着经济社会的发展,我国能源产业也将面临类似的问题。因此,虽然从目前能源产业的发展情况来看,集中式供能是我国能源系统发展的主要方向,但从长远看,构造一个集中式供能与分布式能源系统相结合的合理能源系统,增加电网的质量和可靠性,将为我国能源产业的发展打下坚实的基础。

      分布式能源的理念是“藏能于民”,即通过多种渠道来生产能源,通过分散式生产、大电网统筹的方式,实现能源的多渠道供应和多层次开发。作为21世纪科学用能的最佳方式,“分布式能源的发展利用”在30年间已逐渐得到世界各国的广泛重视。国际分布式能源联盟主席汤姆·卡斯顿曾说过:“分布式能源的革命即将发生,将像30年前发生的绿色革命一样产生深远的影响。而在这样一场革命中,最先认识到它的人将获得最大的收益。”分布式能源系统正成为全球电力行业和能源产业的重要发展方向。

      二、分布式能源的优势

      分布式能源系统与大电网的合理结合将大大改善供电效率、供电质量、供电安全性,减轻环境污染,减轻不断增长的能源需求对电网造成的压力。分布式能源系统因其能源利用效率高,环境负面影响小,能源供应可靠性高和经济效益好的特点,被誉为“解决能源问题的金钥匙”,成为新型能源系统中的核心技术。

      1.能源利用效率高。分布式能源系统的能源利用率远远高于多数国家依靠大型主要电站,将电力从发电厂向终端用户单向传输的集中供电系统。从理论上说,“大机组、大电网、特高压”是高效率的,然而这仅仅是在能量转换环节和输送环节。如果从整个能源系统分析,结论并非如此。大火电机组虽然发电效率高,但是由于供热规模和供热半径的局限,发电余热无法利用,故其能源利用效率无法与分布式能源相比。发电厂最终只能将燃料能源燃烧产生的1/3热能转化成电能,而近50%的热能流失,传输环节损耗近10%的热能。由于分布式能源可用发电后介质的余热来制热、制冷,因此能源得以合理的梯级利用,用户可根据自己所需来向电网输电和购电,能源的利用效率达到80%以上,一些设计完善的分布式能源可以达到90%,甚至更高。

      2.输配损耗更低。分布式能源作为一种需求侧就近配置能源系统,不需要长距离输电,因此可降低网损(包括输电和配电网的网损)。例如,以8%-10%的输电网损计算,我国每年电力输送环节的网损就达3个三峡水电站全年的发电量。建在需求端的分布式能源由于避免了远距离的电网供能,并且可以减少电网故障造成的损失,因此将输电网损降低到最小。

      3.污染小,环保性强。据国家环保总局监测,目前我国在污染环境的各因素中,70%以上的总悬浮颗粒物,90%以上的SO2,60%以上的NOX,85%以上的矿物燃料生产的CO2均来自煤炭。与此同时,中国煤炭总量50%用于发电,发电总量的80%是使用燃煤,而发电燃煤污染占到所有污染的40%以上。而分布式能源是清洁能源利用的良好载体,分布式能源系统采用天然气做燃料或以氢气、太阳能、风能为能源,可减少有害物的排放总量,减轻环保的压力;大量的就近供电减少了大容量远距离高电压输电线的建设,由此减少了高压输电线的电磁污染;另外,由于实现了优质能源梯级合理利用,SO2 和固体废弃物排放几乎为零,温室气体(CO2)减少50%以上,NOX 减少80%,TSP减少95%。值得注意的是,更严格的污染排放标准及环保条例的执行也促进了分布式能源系统的推广。

       4.适合可再生能源的发展。目前,可再生能源的利用在能源结构中所占比例很少,其主要原因除了发电成本较高之外,还有资源的分散性与目前集中式发电模式的不匹配。相对于化石能源而言,可再生能源能流密度较低、分散性强,而且目前的可再生能源利用系统规模小、能源利用率较低,用于集中供能是不现实的,而包括太阳能、生物质能、风能、地热等无污染、零排放、绿色环保的可再生能源可以在分布式能源系统中推广利用,分布式能源系统为可再生能源利用的开辟了新的途径。

       5.安全性和可靠性高。目前,国内供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统,在电网中一点故障所产生的扰动都可能对整个电网造成较大影响,严重时可能引起大面积的停电甚至是全网崩溃。而分布式能源系统作为一种区域性能源供给系统,主要建设在配电侧,具有因地制宜、就近配套、就近取材、即发即用的特点,避免了远距离能源运输导致的诸多负面影响。无论是美国东北部地区及加拿大东部地区2003年大停电,还是我国深圳2012年的大停电,都表明缺少应急式电源—分布式能源建设存在诸多隐患。即便没有意外发生,每年高峰时节市政电网负担也会过大,而分布式能源系统的建设具有削峰填谷、缓解电力紧张的优势。在极端灾害或传统输配体系事故发生之后,分布式能源在一定程度上可确保当地基本能源的供给,切实提高了供能可靠性,也提升了整个能源系统的安全性。

       三、我国发展分布式能源的必要性

       随着建设资源节约型和环境友好型社会的目标进一步明确,和国家节能减排长期战略的实施,使得合理利用资源、转变产业结构和增长方式、通过技术的革新带动经济的发展成为了工业界的共识,分布式能源系统越来越受到人们的重视。

      1.能源安全战略的需要。我国煤炭、石油和天然气的绝对资源数量十分可观,但由于人口众多,能源资源的人均占有量只相当于世界平均数的一半,是一个能源资源相对贫乏的国家。近年来随着我国经济的飞速发展,能源消费量剧增,煤炭消费量占到我国一次能源生产和消费总量的70%左右,石油进口量也以每年10%的速度递增。化石能源资源的有限与过度开采、国际能源战略格局的最新变化,以及国内日益增加的石油消耗、我国石油对外依存度的逐年加大,都为中国未来的能源安全提出了新的课题。面对变化,做出调整,立足国际国内两个市场,发展多元化的优质能源结构,加速开发和引进天然气,大力发展分布式能源.在若干应用领域替代石油产品,提高国家能源自给率,减少对进口能源的依赖,已成为我国重要的能源战略。

       2.缓解环境压力的需要。快速的经济增长与掠夺式的资源开发,使得我国的生态环境付出了沉重的代价,目前我国已成为世界上污染最严重的国家之一。受环境容量的限制,传统的高速度、高消耗、高污染、低效率的经济增长模式已经无以为继。分布式能源系统由于实现了优质能源梯级合理利用,能效可达80%以上,超过燃煤火电机组1倍,SO2 和固体废弃物排放几乎为零,温室气体(CO 2)减少50%上,NO2 减少80%,成为中国能源技术发展的方向。缓解雾霾,改善空气质量,要大力开发和利用新能源,将新能源转化为电能,降低煤耗带来的空气污染。发展分布式能源就是一种非常好的形式,它能够把风能、光伏等新能源充分利用起来,转化为电能并入大电网。国际及我国更严格的污染排放标准及环保条例的执行也将促进分布式能源系统的推广。从某种意义上说,分布式能源实际上可以看作是在“美丽中国”节能环保大潮中涤荡起伏的一朵浪花。

      3.提高能效的需要。由于种种原因,我国的能源利用率仅有33%,比发达国家低近10%,主要产品单位能耗比世界平均水平高30%。国家能源研究中心的数据表明,每创造100万美元GDP,中国能耗是美国的2.5倍,欧盟的5倍,日本的9倍。在总能源消耗中,生产用能,特别是工业能源消费始终是能源消耗的主要部分,约占总能耗的70%。如集中供电系统,发电厂最终只能将燃料能源燃烧产生的1/3热能转化成电能,而近50%的热能流失,传输环节损耗近10%的热能。我们把煤从产地运到很远的地方发电,然后再把电通过电网运送回来,造成了极大的浪费,能源转化效率低,使用效率也低。而分布式能源系统直接安装在用户端,通过在现场对能源实现梯级利用,减少中间输送环节损耗,实现资源利用最大化,对提高能源利用效率具有非常重要的意义。

       4.电力发展的需要。随着我国经济的迅速发展,对电力的需求也在快速增长,但由于电源和电网建设相对滞后,全国范围内电力短缺现象十分严重,频遇“电荒”,严重影响了经济的发展。在2020年我国生产总值比2000年翻两番,全面实现小康社会的大目标下,三产和建筑能耗将快速增加,空调制冷和采暖用电负荷也将大幅增长,这使终端能耗结构发生重大变化。如果仅依靠几条主要线路传输电力,集中供电系统的供电线路拥堵问题将日益凸显。

       由于我国许多边远及农村地区远离大电网,这些区域无法或者很难享受到大电网建设规模扩大所带来的收益,由于远距离供电的投资过大,或者一些地区因为自然条件不具备建设集中供电网的条件,所以很多地区尚没有实现用电便捷化。而且偏远地区建设电网很难得到有效维护,需要消耗大量人力物力,运营十分不方便。同时由于区域经济发展很不平衡,农牧地区或者经济欠发达的农村地区,需要大量投资和长时间的建设周期才能建成与大电网并网的供电运营体系,而分布式发电则很好的解决了这些问题,给不发达地区的供电带来了一条新的解决思路。而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些不足。根据各地不同的资源分布和地理地形特点,充分发展分布式能源已成为快速解决经济发展的最有效途径。

       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。随着分布式能源快速发展,接入管理政策和电网升级改造不断发力,将给智能电网分布式能源设备市场带来发展良机。

       不仅如此,分布式能源还有利于电力改革,完善竞争机制,让用户享有充分的“知情权”和“决策权”。在电网有供电的社会职责、却无断电赔偿责任的条件下,用户自由选择供能方式应是用户在市场经济原则下的基本权利。分布式能源系统实际上是对单一的集中供能系统的补充,它可以使用户更有效的计划能源消费和避免电网停电给自己带来的经济损失。用户不到可以掌握自身发电成本和用电需求,还可以充分了解整个区域内的电力消耗、不同来源的电力销售价格及其变化因素。用户还可以自行选择是上网买电,还是从电网买点,并可以选择购买最便宜的电力。

       5.能源结构转型的需要。与能源效率低下相伴随,中国的能源利用结构也不尽合理。公开统计数据显示,煤炭在世界能源消耗中的平均占比仅为28%,而中国高达70%;天然气在世界消耗占比为23%,而中国仅4.4%。中国为避免能源安全的隐患,兑现低碳减排的承诺,降低煤炭在一次能源中所占的比例,调整能源结构势在必行。随着天然气、页岩气、煤层气等清洁的化石燃料资源不断的开采,国内各地区相应的输送管网即将建成,必将迎来区域清洁能源新的分配高潮。随着太阳能、风能、生物质能运用技术的不断成熟,将为分布式供能系统提供新的可再生能源。在优化能源结构势在必行的背景下,分布式能源会成为电力供应的重要方式。

       四、分布式能源在政策支持下破障前行

对比国际发展现状,中国分布式能源却因行业标准缺失、政策支持不到位、市场规则不完善、利益格局未理顺等诸多问题而一度陷入“休克”状态。 为推进分布式能源的发展,近几年来,我国出台了一系列政策推进分布式能源的发展。

       2011年7月,国家能源局发布了《小型分布式发电站管理办法》,该办法中明确提出了针对分布式能源发展的若干管理意见和管理办法。2011年10月13日,国家发改委、财政部、住房和城乡建设部以及国家能源局发布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源[2011]2196号),明确指出要以提高能源综合利用效率为首要目标,以实现节能减排任务为工作抓手,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。

       2012年3月5日,在十一届全国人大第五次会议上,温家宝总理在做政府工作报告的时候提到,将加快转变经济发展方式,推进加强用能管理,发展智能电网和分布式能源,实施节能发电调度、合同能源管理、政府节能采购等行之有效的管理方式。2012年10月26日,国家电网公司发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》。意见发布后,该公司累计受理分布式光伏并网业务119件,发电容量33.8万千瓦。此次发布的针对所有分布式电源并网的《意见》中,国家电网公司再次就提供优惠并网条件、加强配套电网建设、优化并网流程、简化并网手续、提高服务效率等措施做出了承诺。在并网方面,为分布式电源并网开辟绿色通道、提供一切优惠条件;建于用户内部场所的分布式电源项目,发电量可以全部上网、全部自用或自发自用余电上网,由用户自行选择,用户不足电量由电网提供。在价格结算方面,分布式电源并网实行上、下网电量分开结算,电价执行国家相关政策。对分布式光伏发电、风电项目,公司免费提供关口计量装置和发电量计量用电能表,不收取系统备用容量费。

        2013年2月27日,国家电网公司在京召开“促进分布式电源并网新闻发布会”,向社会正式发布《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》。这是国家电网公司继2012年发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》后,出台的积极促进分布式能源发展的又一重大举措,一系列标准和细则的制定,将优化并网流程,简化并网手续,提升服务效率,切实提高分布式电网并网的服务水平。这为分布式能源上网开通了绿色通道。2013年5月16日,国务院办公厅正式下发文件,决定取消和下放117项行政审批项目。其中,在新能源电力方面,国务院决定取消电力用户向发电企业直接购电试点和电力市场份额核定,将企业投资分布式燃气发电等项目的核准下放到地方政府投资主管部门。2013年8月27日,国家发改委下发《关于调整可再生能源电价附加标准与环保电价有关事项的通知》(发改价格[2013]1651号),通知指出,为支持可再生能源发展,鼓励燃煤发电企业进行脱硝、除尘改造,促进环境保护,决定适当调整可再生能源电价附加和燃煤发电企业脱硝等环保电价标准。

       这一切都预示着我国的分布式能源发展潜力无限,即将进入快速发展的新阶段。

       目前,我国分布式能源已进入起步阶段,即将迈向规模化实施进程。在现有情况下,我国发展分布式能源首先应该试点先行,选择天然气供应稳定、电价承受能力强的地区优先发展,通过示范性项目,政府和企业共同在产业模式和合作机制上大胆探索。现在,我国天然气发电发展比较快,从发展态势和自然资源禀赋来说,我国都应以天然气发电做为分布式能源发展的主导方向。但从长远来看,应该是多种发电方式共存。因为我国天然气部分需要进口,有可能在价格上受制于人。其实,太阳能、风电都是对分布式能源的有益补充。

       其次,需要深化电力体制改革,改变电网统购统销、独家经营的运行体制,明确输电设施为公共基础设施的属性。需要加强相关重大问题研究,集中力量攻坚克难,尽快解决孤岛运行、带电安全生产等重大关键问题,进一步优化完善相关技术规范和标准体系,建立健全并网检测、电能计量等技术措施,并尽快制定发布分布式电源并网的国家标准。

       再次,要健全法律法规及实施细则,逐步完善行业标准规范,积极推进技术研发,为分布式能源发展创造良好环境,积极鼓励、支持为分布式能源系统投资、规划、设计、建设、运行、维护等服务的能源投资、咨询和服务公司,培育一个具有国际竞争力的新兴产业,为分布式能源系统的发展提供坚实的保证。

       最后,要充分发挥政府主管部门的积极引导作用,保障分布式能源的均衡有序发展。

我们相信,只要以积极的态度,借鉴各国丰富的经验,依托分布式能源成熟的技术,根据我国的经济发展水平和不同应用领域的需要,冲破传统思想的束缚,我们就能克服发展道路上的技术和行业监管障碍,探索出一条符合中国国情的分布式能源发展道路,使分布式能源得到快速和健康的发展,从而使其真正成为集中供能方式的一种有益补充,为提高能效和节能减排做出贡献。 

     (作者为中国能源经济研究院战略研究中心主任,教授)


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