李雅芳
(福建省供電服務(wù)有限責(zé)任公司,福建 福州 350003)
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,同時可以實現(xiàn)能源的梯級利用相對獨立??梢愿鶕?jù)用戶的能耗特點以及所在區(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)的實現(xiàn),為雙碳目標(biāo)奠定堅實基礎(chǔ)。
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,降低能源消費總量,減少碳排放。
為助力雙碳目標(biāo)的實現(xiàn),能源發(fā)展的重點在于節(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。在消費端,采取多能協(xié)調(diào)互補,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,利用互補的能源和技術(shù)實現(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)?;瘧?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,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
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,有助于實現(xiàn)利益最大化。
輸配電費用是電力系統(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,沒有電能輸配費用,大大降低了電能輸送部分的損耗,實現(xiàn)能效最大化。
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,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。
多能互補是不同種類能源的互補利用,也可以是同一類能源不同形式的互補利用,由于單一能源發(fā)展有限,所以多能互補是分布式能源發(fā)展的重要方式,注重的是能源的有機整合、優(yōu)勢集成。多能互補并非光伏、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,利用互補的能源和技術(shù)實現(xiàn)較高的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率。
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)裝機規(guī)模得到迅速發(fā)展,截至2020年底,風(fēng)電、光伏裝機規(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規(guī)模約15.5GW,占國內(nèi)光伏新增裝機總量的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、光伏新增裝機預(yù)測
在2030年前實現(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占比約27%,在此情景下煤電機組裝機規(guī)模將在2025年達(dá)峰,后續(xù)煤電裝機規(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)電的裝機規(guī)模將達(dá)到11億千瓦,較2020年實現(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114GW,較“十三五”期間增長54%。
在能源安全新戰(zhàn)略的指引下,在實現(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、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)?;瘧?yīng)用。