能源轉(zhuǎn)型背景下分布式能源技術(shù)發(fā)展前景

李立新，周宇昊,2，鄭文廣,2

能源轉(zhuǎn)型背景下分布式能源技術(shù)發(fā)展前景

李立新1，周宇昊1,2，鄭文廣1,2

（1．華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江省 杭州市 310030；2．浙江省蓄能及建筑節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省 杭州市 310030）

隨著世界經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，能源格局將發(fā)生重大改變，能源供需將向低碳化、市場(chǎng)化和數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型。我國明確提出2030年實(shí)現(xiàn)碳排放峰值，2060年實(shí)現(xiàn)碳排放中和的目標(biāo)。我國電力行業(yè)經(jīng)過快速發(fā)展，大規(guī)模、集中式的能源系統(tǒng)大量建設(shè)，截至2019年底，我國發(fā)電總裝機(jī)容量20.1億kW，居世界首位。但我國能源領(lǐng)域存在能源結(jié)構(gòu)不合理、資源環(huán)境的約束趨緊、能源利用效率低、靈活性調(diào)峰電源不足等難題，高效清潔利用能源是能源發(fā)展變革的必然結(jié)果。系統(tǒng)分析了歐洲能源系統(tǒng)現(xiàn)狀，歐洲能源轉(zhuǎn)型的路徑及轉(zhuǎn)型過程中分布式能源系統(tǒng)的作用；結(jié)合我國能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，分析了我國未來能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵路徑及分布式能源系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)型中的作用，分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在多能互補(bǔ)、高效梯級(jí)利用領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀；結(jié)合國家長三角、珠三角、京津冀和沿長江經(jīng)濟(jì)帶、海南自貿(mào)區(qū)等國家戰(zhàn)略實(shí)施，介紹了以分布式能源為主的區(qū)域能源系統(tǒng)發(fā)展前景。

分布式能源；能源轉(zhuǎn)型；區(qū)域能源系統(tǒng)

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源格局將發(fā)生重大改變，能源將向低碳化、市場(chǎng)化和數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型。頁巖氣革命、液化天然氣的增長，將重構(gòu)天然氣運(yùn)輸和貿(mào)易格局；我國可再生能源發(fā)展將迅速增長，預(yù)計(jì)到2040年，可再生能源占一次能源的消費(fèi)比例將從今天的4%增長到約15%；能源消費(fèi)領(lǐng)域的電氣化程度會(huì)進(jìn)一步提高；隨著大數(shù)據(jù)、5G、區(qū)塊鏈等智能化、信息化技術(shù)迅速發(fā)展，與能源生產(chǎn)、消費(fèi)領(lǐng)域的深度融合，將帶來革命性的變化[1-2]。分布式能源技術(shù)對(duì)未來能源轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)2030年“碳峰值”和2060“碳中和”具有重要的作用[3]。本文通過系統(tǒng)總結(jié)歐洲能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀及分布式能源發(fā)展、我國能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀及分布式能源技術(shù)展望，分析了未來我國能源轉(zhuǎn)型以及分布式能源技術(shù)在未來能源轉(zhuǎn)型中的作用，對(duì)分布式能源技術(shù)發(fā)展具有一定的借鑒意義。

1 歐洲能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀及分布式能源發(fā)展形勢(shì)

歐盟計(jì)劃2030年較2018年減排50%~55%，2050年實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放，而且實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與能源需求增長脫鉤目標(biāo)?，F(xiàn)在冰島、瑞典、挪威、芬蘭、丹麥可再生能源比重分別為85%、55%、46%、40%、32.7%。在歐洲，區(qū)域多能供應(yīng)系統(tǒng)、光伏、儲(chǔ)能、氫能(熱、冷、電、氫)、熱泵(空氣、水、地源)、生物質(zhì)鍋爐替代燃油供暖、分散式風(fēng)電等分布式能源在歐洲能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要的作用[4]。

1）德國。截至2019年底，德國總裝機(jī)容量為206GW，其中可再生能源裝機(jī)占比57%，發(fā)電量占比40%；化石能源裝機(jī)占比43%，發(fā)電量占比60%。德國能源轉(zhuǎn)型中，已經(jīng)完成第一階段的推廣可再生能源為主的電力系統(tǒng)，正在開展第二階段解決可再生能源并網(wǎng)、能源效率問題、低碳供熱(冷)問題及交通領(lǐng)域能耗的低碳化、電氣化等問題。隨著可再生能源裝機(jī)容量的增長，德國能源的供應(yīng)和需求也發(fā)生新的變化，德國北部地區(qū)風(fēng)能資源好，南部地區(qū)是負(fù)荷中心，同時(shí)太陽能源資源較好，需要將北部綠色電力輸送到南部[5]。德國能源轉(zhuǎn)型過程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)包括：燃煤電廠高靈活可靠性，作為調(diào)峰的補(bǔ)充電源；智能電網(wǎng)及不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)；儲(chǔ)能領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)與不同類型發(fā)電技術(shù)耦合；數(shù)字化智能化及能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(E-Energy)；城鎮(zhèn)區(qū)域綜合能源技術(shù)(區(qū)域綜合供能、可再生能源供熱、電動(dòng)汽車等)[6-15]。

德國典型案例：歐瑞府零碳園區(qū)從過去的煤氣廠轉(zhuǎn)變?yōu)榱闾脊I(yè)園區(qū)，走在能源科技的最前沿。能源系統(tǒng)由煤氣廠設(shè)備、CHP系統(tǒng)、光伏、儲(chǔ)電、充電設(shè)施、氫儲(chǔ)能、智慧電力、無線充電等組成，構(gòu)成典型的工業(yè)園區(qū)零碳示范園區(qū)?；ば袠I(yè)漢森和羅森塔爾公司將生產(chǎn)工藝流程改造，生產(chǎn)綠色二氧化碳、綠色氫。綠色氫來自光伏、儲(chǔ)電系統(tǒng)的電解水制氫，綠色二氧化碳是通過化工工藝流程的煙道氣捕集，然后將綠色氫和綠色二氧化碳合成制造甲烷燃料，探索清潔能源高效利用的新方式。汽車集團(tuán)寶馬、奧迪等汽車集團(tuán)開展可再生能源電轉(zhuǎn)氣制氫等技術(shù)，應(yīng)用于氫燃料電池開發(fā)、開展氫燃料電池汽車的研究示范[16]。

2）瑞典。瑞典的可再生能源占比在歐盟排第一，達(dá)到了55%~56%，而瑞典曾非常依賴石油，但在70年代石油危機(jī)后，經(jīng)歷了水電擴(kuò)容，核電大發(fā)展，生物質(zhì)能源持續(xù)增長，近十年風(fēng)電、分布式、光伏快速發(fā)展。目前，電和熱領(lǐng)域已經(jīng)基本不再使用煤炭和石油。瑞典的分布式能源如：零能耗建筑、船上光伏、直流充電樁、余熱利用(地源、水源、空氣源及其他工業(yè)余熱)、生物質(zhì)離網(wǎng)供熱、光伏幕墻、停車場(chǎng)屋頂光伏利用、光伏與太陽能集熱綜合利用系統(tǒng)、光伏加氫站、氫能社區(qū)等分散式資源高效利用，對(duì)于瑞典能源轉(zhuǎn)型具有重要的意義[12]。

3）芬蘭。芬蘭能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中持續(xù)不斷增加生物質(zhì)能、分布式區(qū)域供能系統(tǒng)、廢棄物資源化利用比例?；诒睔W電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)熱電協(xié)同的智慧能源系統(tǒng)，供熱集團(tuán)還積極向所在城市大型超市、數(shù)據(jù)中心和污水處理廠等收購廢熱進(jìn)行高效的供熱利用[12]。

2 我國能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀及分布式能源作用

我國能源領(lǐng)域工作在“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的指導(dǎo)下開展工作，重點(diǎn)圍繞2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上宣布：“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

截至2019年底，我國發(fā)電總裝機(jī)容量20.1億kW，居世界首位；其中煤電10.4億kW，常規(guī)水電3.3億kW，氣電9024萬kW，抽水蓄能 3029萬kW，核電4874萬kW，風(fēng)電2.1億kW，太陽能發(fā)電2.0億kW，生物質(zhì)能2254萬kW，其他3654萬kW。清潔能源裝機(jī)8.4億kW，占比41.9%。全社會(huì)用電量7.3萬億kW×h，其中水電、風(fēng)電、太陽能等清潔能源發(fā)電2.4億kW×h，占總發(fā)電量的32.6%。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，用電需求持續(xù)攀升，預(yù)計(jì)到2025年，我國社會(huì)用電量達(dá)到10億kW×h，最大負(fù)荷17.6億kW，2020—2025年全社會(huì)用電量年均增速約為3.1%。結(jié)合國家能源、電力領(lǐng)域的“十四五”發(fā)展規(guī)劃，未來清潔能源發(fā)電將成為主力，預(yù)計(jì)到2025年，我國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到29億~30億kW，清潔能源發(fā)電裝機(jī)超過57%，風(fēng)電和光伏等清潔能源裝機(jī)總量接近17億kW；發(fā)電量約10億kW×h。清潔能源發(fā)電量4.5億kW×h，占比提高到45%。

通過對(duì)我國能源領(lǐng)域面臨問題深入分析，主要存在能源結(jié)構(gòu)不合理、資源環(huán)境的約束趨緊、能源利用效率低等。高效清潔利用能源是能源發(fā)展變革的必然結(jié)果。新時(shí)代能源系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)如下。

1）電源側(cè)：隨著清潔能源裝機(jī)的快速增長，系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)電源嚴(yán)重不足。

2）電網(wǎng)側(cè)：如何規(guī)劃建設(shè)柔性的、適應(yīng)清潔能源消納的靈活傳輸?shù)碾娋W(wǎng)。

3）負(fù)荷側(cè)：以電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心等為代表的新用戶接入，滿足多元用戶需求，實(shí)現(xiàn)與用戶的友好互動(dòng)等[8-9]。

在清潔能源消納中存在的主要問題：1）清潔能源發(fā)電區(qū)域過于集中。我國清潔能源裝機(jī)集中度高，主要分布在“三北”地區(qū)，“三北”地區(qū)的風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)占并入國網(wǎng)風(fēng)電、光伏的比例為86%、71%，合計(jì)發(fā)電量占比82%。2）清潔能源發(fā)電日波動(dòng)大。風(fēng)電和光伏電站，每天出力變化曲線波動(dòng)非常大，接入大量的可再生能源，如何保證電網(wǎng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行。3）系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)性差[10]。與歐美發(fā)達(dá)國家比，主要系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)電源不足，如西班牙主要為抽水蓄能和燃機(jī)，占比34%，德國靈活電源占比17%，美國靈活電源占比接近50%，我國家靈活電源占比6.8%。4）靈活高效燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組增加，燃?xì)赓Y源的存儲(chǔ)量等問題。5）抽水蓄能電站，受限于前期規(guī)劃、地源選址等，不能大量、快速建設(shè)[11]。

未來我國能源發(fā)展，一是未來清潔能源集中式和分布式開發(fā)并舉。集中式和分布式發(fā)電都是清潔能源開發(fā)利用的重要方式，統(tǒng)籌考慮資源稟賦、開發(fā)條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素，分布式開發(fā)堅(jiān)持“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”原則，就地取能、分散靈活、靠近用戶，作為能源供應(yīng)的重要補(bǔ)充。二是新型儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。探索綠色低碳、經(jīng)濟(jì)高效的新型儲(chǔ)能和能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，與多種能源互補(bǔ)系統(tǒng)耦合集成。充分開發(fā)抽水蓄能、電池儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫等技術(shù)，縮小峰谷差，提高可再生能源的消納，提高系統(tǒng)安全運(yùn)行水平。研究探索以氫燃料電池為主要?jiǎng)恿Φ膮^(qū)域綜合供能系統(tǒng)示范應(yīng)用。高效儲(chǔ)熱/冷技術(shù)的開發(fā)以及相變儲(chǔ)能技術(shù)研究示范，努力突破300kW×h/m3的儲(chǔ)能密度。三是綜合能源服務(wù)多元化發(fā)展，以滿足用戶多元化、個(gè)性化能源需求為中心，提高系統(tǒng)的能源利用效率，降低用能成本，提高新能源的利用率[16]。將構(gòu)建終端一體化多能互補(bǔ)能源供應(yīng)體系，在新城鎮(zhèn)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、大型公共設(shè)施區(qū)域，根據(jù)客戶用能需求，以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，建設(shè)分布式光伏、分布式生物質(zhì)、冷熱電三聯(lián)供，基于電能的冷熱電供應(yīng)系統(tǒng)，滿足用戶對(duì)于電、熱、冷、氣等多種能源需求[15]。

因此，未來能源轉(zhuǎn)型關(guān)鍵路徑：一是打造廣泛互聯(lián)、智能互動(dòng)、靈活柔性、安全可控的新一代能源系統(tǒng)。支撐大比例可再生能源的接入，多元消納，實(shí)現(xiàn)清潔能源在生產(chǎn)和消費(fèi)中占主導(dǎo)[17-18]。二是采用數(shù)字化、智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種能源的協(xié)調(diào)控制和可再生能源高效消納，滿足用戶側(cè)的多元化需求。三是供應(yīng)端通過微網(wǎng)與用戶的互動(dòng)能力增強(qiáng)。隨著多元負(fù)荷的快速增長，分布式電源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等與電網(wǎng)的靈活互動(dòng)，構(gòu)建以電為核心，冷熱氣互補(bǔ)的綜合能源系統(tǒng)，提高能源利用效率，形成多種能源互聯(lián)互通、開放共享、供需互動(dòng)的新一代能源系統(tǒng)[19-20]。

3 分布式能源技術(shù)展望

分布式能源系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展，現(xiàn)正處于第三代分布式能源系統(tǒng)階段。重點(diǎn)綜合考慮資源、能源、環(huán)境的協(xié)調(diào)。其主要技術(shù)特征是高效清潔、多能互補(bǔ)、智能調(diào)控等。隨著國家長三角、珠三角、京津冀和沿長江經(jīng)濟(jì)帶、海南自貿(mào)區(qū)等區(qū)域戰(zhàn)略的實(shí)施，以分布式能源為主的區(qū)域能源系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。

區(qū)域能源系統(tǒng)，指根據(jù)某一區(qū)域內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)和資源稟賦，優(yōu)化配置傳統(tǒng)化石能源與各種可再生能源，結(jié)合余熱利用、熱泵、儲(chǔ)能(熱、電、冷、氫)等先進(jìn)技術(shù)，橫向?qū)崿F(xiàn)多能源種類的耦合互補(bǔ)，縱向充分利用高、低品位能源，通過能源的梯級(jí)利用，為城鎮(zhèn)區(qū)域終端用戶提供高品質(zhì)、低成本的冷、熱、電等產(chǎn)品的能源綜合解決方案[19]。

區(qū)域能源系統(tǒng)的兩大發(fā)展方向：一是區(qū)域多種能源(風(fēng)、光、水、火、儲(chǔ))耦合互補(bǔ)。充分發(fā)揮城鎮(zhèn)所在區(qū)域能源資源稟賦，開展多種能源形式協(xié)同耦合運(yùn)行，提升風(fēng)電、光伏等可再生能源的消納能力，破解行業(yè)壁壘，實(shí)現(xiàn)電力、供熱、制冷、供氣的協(xié)同供應(yīng)[20]。二是源網(wǎng)荷儲(chǔ)終端一體化集成。終端一體化側(cè)重于圍繞工業(yè)園區(qū)、商業(yè)園區(qū)等負(fù)荷需求開展，通過優(yōu)化整合本地的電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)的資源要素，以儲(chǔ)能等先進(jìn)的技術(shù)和體制機(jī)制創(chuàng)新為支撐，創(chuàng)新電力生產(chǎn)消費(fèi)新模式，實(shí)現(xiàn)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)的深度融合[20]。

未來城市群可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)如下。1）全面降低碳排放：促進(jìn)城市集約化發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展。2）合理優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)：倡導(dǎo)“源頭-輸配-應(yīng)用”全過程優(yōu)化，大力發(fā)展可再生能源，推進(jìn)城市廢棄物的能源化利用[21]。3）降低產(chǎn)業(yè)和建筑能耗：建構(gòu)低碳化、高附加值的新型產(chǎn)業(yè)體系，推廣綠色建筑[22]。4)引導(dǎo)綠色交通出行：實(shí)現(xiàn)綠色出行占全方式出行比例85%以上。多能互補(bǔ)是分布式供能的發(fā)展趨勢(shì)，太陽能、生物質(zhì)、地?zé)帷L(fēng)能等一般以電、熱的形式與燃?xì)夥植际较到y(tǒng)形成互補(bǔ)，但在燃料燃燒化學(xué)能釋放做功能力損失大、可再生能源波動(dòng)大、轉(zhuǎn)換效率低、滲透率低、成本高等問題上需要突破核心關(guān)鍵技 術(shù)[23-30]。

在動(dòng)力余熱利用方面，目前400~500℃的動(dòng)力余熱驅(qū)動(dòng)100℃左右的吸收式制冷機(jī)組或直接供熱水，存在余熱利用溫度斷層，缺少品位匹配的關(guān)鍵技術(shù)[31]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者提出了強(qiáng)化品位匹配的功冷并供技術(shù)，但還處于理論研究階段。天然氣分布式供能系統(tǒng)動(dòng)力排煙一般利用到110℃左右即向環(huán)境排放，降低煙氣排放溫度的及熱回收和利用技術(shù)在系統(tǒng)節(jié)能方面有較大潛 力[27-28]。

儲(chǔ)能(電、熱、冷、氫)系統(tǒng)與分布式能源系統(tǒng)耦合方面，目前國內(nèi)外針對(duì)天然氣分布式能源系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)耦合深度梯級(jí)利用技術(shù)中，重點(diǎn)結(jié)合太陽能熱發(fā)電技術(shù)研究，開展基于不同融熔巖材料相變儲(chǔ)熱、分級(jí)相變儲(chǔ)熱技術(shù)[24]、冰蓄冷技術(shù)、蓄熱(冷)水箱蓄能技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)蓄能技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)耦合。正在開展基于用戶端需求側(cè)的儲(chǔ)電技術(shù)、電解水制氫/儲(chǔ)氫技術(shù)、氫燃料電池等與區(qū)域能源系統(tǒng)耦合，在經(jīng)濟(jì)合理的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行研究和示范應(yīng)用[26]。

在多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)行控制方面，國際上已有類似“虛擬電廠”形式，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了分布式供能的無人值守、遠(yuǎn)程操控以及智能化[31-32]。而我國大部分燃?xì)夥植际焦┠芟到y(tǒng)尚處于類似小型電站的有人值守模式，且隨著用戶端熱、冷、電負(fù)荷波動(dòng)，變工況運(yùn)行效率大幅下降，迫切需要研發(fā)多種能源協(xié)調(diào)的智能優(yōu)化控制平臺(tái)[27]。

因此通過多能互補(bǔ)的燃料源頭節(jié)能是分布式供能系統(tǒng)性能提升的最大潛力，清潔燃料與太陽能、地?zé)帷⑸镔|(zhì)能等互補(bǔ)高效利用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)燃料源頭節(jié)能的突破口[28]；與動(dòng)力排煙溫度相匹配的功冷并供和低品位余熱回收技術(shù)是進(jìn)一步挖掘系統(tǒng)節(jié)能潛力的有效途徑，同時(shí)亟需發(fā)展多能協(xié)調(diào)、實(shí)時(shí)優(yōu)化的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”能量管理與智能調(diào)控技術(shù)[29]。

通過分布式能源領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新，掌握以分布式能源為主區(qū)域能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)營領(lǐng)域的核心技術(shù)，在國家重點(diǎn)城市區(qū)域推廣應(yīng)用，全面降低碳排放，促進(jìn)城市集約化發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展。進(jìn)一步降低產(chǎn)業(yè)和建筑能耗，構(gòu)建低碳化、高附加值的新型供能體系。

上海迪士尼園區(qū)投資建設(shè)典型的分布式能源系統(tǒng)：5′4.4MW內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組+溴化鋰余熱機(jī)+燃?xì)忮仩t調(diào)峰+電制冷系統(tǒng)調(diào)峰+分布式光伏+蓄冷蓄熱系統(tǒng)，向迪士尼園區(qū)提供“冷、熱、電、生活熱水、壓縮空氣”，多能互補(bǔ)，提供豐富靈活的多元化的能源產(chǎn)品服務(wù)，為地區(qū)電網(wǎng)提供靈活、可靠的電源支撐，綜合能源利用率達(dá)85.9%以上。

在分布式能源系統(tǒng)“一廠多站、遠(yuǎn)程集控、少人值守”方面，上海閔行分布式能源站正在建設(shè)遠(yuǎn)程集控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)閔行、迪士尼、中博會(huì)、上科大4個(gè)能源站進(jìn)行集中控制；廣東順德能源站建設(shè)遠(yuǎn)程集控中心，實(shí)現(xiàn)佛山、順德、龍江3個(gè)能源站的遠(yuǎn)程集中控制，可以充分發(fā)揮分布式能源系統(tǒng)集約化管控的優(yōu)勢(shì)，降低能源站的人工成本和運(yùn)維成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，在分布式能源技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

圍繞未來城市群可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，以分布式能源為主的區(qū)域能源系統(tǒng)的應(yīng)用，在未來城市能源轉(zhuǎn)型升級(jí)中具有廣闊的發(fā)展空間。

4 結(jié)論

1）歐洲為實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放，以光伏/光熱、生物質(zhì)資源、氫能、儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱罐和熱泵(空氣、水、地源)、分散式風(fēng)電等根據(jù)資源稟賦及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行耦合和匹配的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)，在歐洲能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要的作用，也是歐洲未來能源領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一。

2）我國未來能源轉(zhuǎn)型關(guān)鍵路徑是打造廣泛互聯(lián)、智能互動(dòng)、靈活柔性、安全可控的新一代能源系統(tǒng)。通過數(shù)字化、智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種能源的協(xié)調(diào)控制和可再生能源高效消納，滿足用戶側(cè)的多元化需求。隨著多元負(fù)荷的快速增長，分布式電源、電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能等與電網(wǎng)的靈活互動(dòng)，構(gòu)建以電為核心，冷熱氣(汽)互補(bǔ)的綜合能源系統(tǒng)，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)多種能源互聯(lián)互通、開放共享、供需互動(dòng)的新一代能源系統(tǒng)。

3）分布式能源系統(tǒng)重點(diǎn)圍繞多能互補(bǔ)、動(dòng)力余熱高效梯級(jí)利用、儲(chǔ)能(熱、冷、電、氫)與分布式能源系統(tǒng)耦合、智能化數(shù)字化與分布式能源耦合、分布式能源系統(tǒng)“遠(yuǎn)程集控、少人值守”等關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)研究，滿足我國能源轉(zhuǎn)型，構(gòu)建新一代能源系統(tǒng)。結(jié)合國家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略和城市群的發(fā)展目標(biāo)，以分布式能源為主的區(qū)域能源系統(tǒng)的應(yīng)用，在未來城市能源轉(zhuǎn)型升級(jí)中具有廣闊的發(fā)展空間。

[1] 國家發(fā)展和改革委員會(huì)．天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃[EB/OL]．(2016-12-24)[2020-11-10]．https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201701/W020190905516265616600.pdf．

National Development and Reform Commission．The 13th Five-Year Plan for natural gas development [EB/OL]．(2016-12-24)[2020-11-10]．https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201701/W020190905516265616600.pdf．

[2] European Commission．The revised renewable energy directive：clean energy for all Europeans[EB/OL]．[2020-11-09]．http://www. buildup.eu/da/node/50835．

[3] LOPION P，MARKEWITZ P，ROBINIUS M，et al．A review of current challenges and trends in energy systems modeling[J]．Renewable and Sustainable Energy Reviews，2018，96：156-166．

[4] YUE X，PYE S，DECAROLIS J，et al．A review of approaches to uncertainty assessment in energy system optimization models[J]．Energy Strategy Reviews 2018，21：204-217．

[5] MIRAKYAN A，GUIO R D．Integrated energy planning in cities and territories：a review of methods and tools[J]．Renewable and Sustainable Energy Reviews，2013，22(8)：289-297．

[6] ZHANG L，HE X，JU L．A multi-objective scheduling optimization model for multi-energy complementary system integrated by wind-photovoltaic-convention gas turbines considering demand response[J]．Mathematical Problems in Engineering，2018，2018(12)：1-16．

[7] ZHANG X P，CHE L，SHAHIDEHPOUR M A，et al．Reliability-based optimal planning of electricity and natural gas interconnections for multiple energy hubs [J]．IEEE Transactions on Smart Grid，2017，8(4)：1658-1667．

[8] XUE Y．Energy internet or comprehensive energy networks[J]．Journal of Modern Power Systems and Clean Energy，2015，3(3)：297-301．

[9] 王偉亮，王丹，賈宏杰，等．能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的典型區(qū)域綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析研究綜述[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36(12)：3292-3306．

WANG W L，WANG D，JIA H J，et al．Review of steady-state analysis of typical regional integrated energy system under the background of energy internet[J]．Proceedings of the CSEE，2016，36(12)：3292-3306．

[10] 倪穎婷．基于熱網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)靈活性調(diào)度模型[D]．天津：天津大學(xué)，2017．

NI Y T．Power system flexibility dispatch model with heating pipeline network interconnection[D]．Tianjin：Tianjin University，2017．

[11] 王偉亮，王丹，賈宏杰，等．考慮天然氣網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的電力-天然氣區(qū)域綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37(5)：1293-1305．

WANG W L，WANG D，JIA H J，et al．Steady state analysis of electricity-gas regional integrated energy system with consideration of NGS network status[J]．Proceedings of the CSEE，2017，37(5)：1293-1305．

[12] 趙亮．綜合能源服務(wù)解決方案與案例解析[M]．北京：中國電力出版社，2020：25-30．

ZHAO L．Integrated energy services solutions and case studies[M]．Beijing：China Electric Power Press，2020：25-30．

[13] PAN Z，GUO Q，SUN H ．Feasible region method based integrated heat and electricity dispatch considering building thermal inertia[J]．Applied Energy，2017，192(15)：395-407．

[14] ZAPPA W，JUNGINGER M，BROEK MV D．Is a 100% renewable European power system feasible by 2050?[J]．Applied Energy，2019，233/234：1027-1050．

[15] BLANCO H，NIJS W，RUF J，et al．Potential of power- to-methane in the EU energy transition to a low carbon system using cost optimization[J]．Applied Energy，2018，232：323-340．

[16] 周伏秋，鄧良辰，馮升波，等．綜合能源服務(wù)發(fā)展前景與趨勢(shì)[J]．中國能源，2019，41(1)：4-7．

ZHOU F Q，DENG L C，F(xiàn)ENG S B，et al．Prospects and trends of comprehensive energy service development[J]．Energy of China，2019，41(1)：4-7．

[17] SAVVIDIS G，SIALA K，WEISSBART C，et al．The gap between energy policy challenges and model capabilities[J]．Energy，2019，125：503-520．

[18] RINGKJB H K，HAUGAN P M，SOLBREKKE I M．A review of modelling tools for energy and electricity systems with large shares of variable renewables[J]．Renewable and Sustainable Energy Reviews，2018，96：440-459．

[19] BROWN T，SCHLACHTBERGER D，KIES A，et al．Synergies of sector coupling and transmission reinforcement in a cost-optimized，highly renewable European energy system[J]．Energy，2018，160：720-739．

[20] ECONOMICS F．International aspects of a power-to-X Roadmap[D]．Berlin，Germany：World Energy Council Germany，2018．

[21] RAMAKRISHNAN S，WANG X，SANJAYAN J，et al．Thermal performance of building integrated with phase change materials to reduce heat stress risks during extreme heatwave events[J]．Applied Energy，2017，194：410-421．

[22] AHMED S F，KHALID M，RASHMI W，et al．Recent progress in solar thermal energy storage using nanomaterials[J]．Renewable and Sustainable Energy Review，2017，67：450-460．

[23] XU B，LI P W，CHAN C．Application of phase change materials for thermal energy storage in concentrated solar thermal power plants：a review to recent developments[J]．Applied Energy，2015，160：286-307．

[24] KUBLI M，LOOCK M，WüSTENHAGEN R．The flexible prosumer：measuring the willingness to co-create distributed flexibility[J]．Energy Policy，2018，114：540-548．

[25] FATTAHI A，SIJM J，F(xiàn)AAIJ A ．A systemic approach to analyze integrated energy system modeling tools：a review of national models[J]．Renewable and Sustainable Energy Reviews，2020，133：110195．

[26] SAHOO S，STRALEN J V，ZUIDEMA C，et al．Regional integrated energy system model design，electricity sector flexibility analysis：the case of the north of the Netherlands[D]．Groningen：University of Groningen，2019．

[27] 金紅光．能的梯級(jí)利用及總能系統(tǒng)[J]．科學(xué)通報(bào)，2017，62(23)：2589-2593．

JIN H G．Cascade utilization of energy and total Energy System[J]．Chinese Science Bulletin，2017，62(23)：2589-2593．

[28] 金紅光，隋軍，徐聰，等．多能源互補(bǔ)的分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)理論與方法研究[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36(12)：3150-3160．

JIN H G，SUI J，XU C，et al．Research on theory and method of muti-energy complementary distributed CCHP system[J]．Proceedings of the CSEE，2016，36(12)：3150-3160．

[29] 吳志力，楊衛(wèi)紅，原凱，等．園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)多能源協(xié)同優(yōu)化配置發(fā)展構(gòu)[J]．中國電力，2018，51(8)：99-105．

WU Z L，YANG W H，YUAN K，et al．Park energy internet development design of multi-energy synergic optimal allocation[J]．Electric Power，2018，51(8)：99-105．

[30] Wu Q，Ren H．Design and evaluation of a CCHP based micro-grid for an urban area[J]．Energy Procedia，2017，143：798-803．

[31] GUO L，LIU W，CAI J，et al．A two-stage optimal planning and design method for combined cooling，heat and power microgrid system[J]．Energy Conversion & Management，2013，74：433-445．

[32] PAZOUKI S，HAGHIFAM M R．Optimal planning and scheduling of energy hub in presence of wind，storage and demand response under uncertainty[J]．International Journal of Electrical Power & Energy Systems，2016，80：219-239．

Development Prospect of Distributed Energy Technology Under the Background of Energy Transformation

LI Lixin1, ZHOU Yuhao1,2, ZHENG Wenguang1,2

(1. Huadian Electric Power Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310030, Zhejiang Province, China; 2. Key Laboratory of Energy Storage and Building Energy-saving Technology of Zhejiang Province, Hangzhou 310030, Zhejiang Province, China)

With economic development, the world's energy structure will undergo major changes, and energy will be transformed to low-carbon, market-oriented and digitalized direction. China clearly proposes to achieve the goal of peaking carbon emissions by 2030 and achieving carbon neutrality by 2060. After the rapid development of electric power industry in China, a large number of large-scale, centralized energy system are constructed. By the end of 2019, total installed capacity of power generation was 2.01 billion kW in China, ranking the first of the world. However, there are many problems in energy field in China, such as unreasonable energy structure, tight constraints of resources and environment, low energy utilization efficiency, and insufficient flexible peak-regulating power supply. Therefore, efficient and clean energy utilization is the inevitable result of energy development and reform. This paper systematically analyzed the current situation of Energy system in Europe, the path of energy transformation in Europe and the role of distributed energy system in the process of energy transformation. It also analyzed the current situation of energy structure and faced situation in China, the role of distributed energy system in the energy transition, and the key path of China's future energy transition. At the same time, it further analyzed the development status of distributed energy system and the research status of domestic and foreign research institutions in the field of multi-energy complementary and efficient cascaded utilization. Finally, based on the implementation of regional strategies such as the Yangtze River Delta, Pearl River Delta, Tianjin-Beijing-Hebei Region, economic belt along Yangtze River and Hainan Free Trade Zone, this paper analyzed the development prospects of regional energy systems centered on distributed energy system.

distributed energy system;energy structure transition;regional energy system

10.12096/j.2096-4528.pgt.20116

TK01

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFB0905101)。

Project Supported by National Key Research and Development Project of China (2018YFB0905101).

2020-11-20。

(責(zé)任編輯 車德競(jìng))