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DEC2021:双碳目标下的分布式能源与智慧方案

2021-10-08 16:26:40 中国能源网   作者: 张学坤  

随着我国提出“双碳目标”、构建新型电力系统,能源发展方式由集中式、粗放式向分布式、集约、高效和绿色的转变再次提速,从2021年的情况来看,分布式光伏和天然气分布式利用已经成为我国保障能源供应和提升能源利用效率的重要方向,生物质、地热等能源的分布式利用以其高效和低碳的优势成为我国能源系统的重要拼图。

为实现碳达峰、碳中和目标,持续提升能源利用效率,加快能源消费方式转变。2021年10月20-21日,以“双碳目标下的智慧方案与行业机遇”为主题的第十七届中国分布式能源国际论坛将于西安召开。会议将以“碳达峰、碳中和”、能源转型背景下的企业战略、跨界实践、智慧方案为议题,充分探讨可再生分布式新能源与储能、综合能源服务创新与实践、燃气分布式核心装备与技术的发展趋势与机遇,推动分布式综合能源成为“碳达峰、碳中和”的重要技术支撑。

一、分布式顶层设计与政策导向

目前,分布式能源已经覆盖了光伏、天然气、风能、生物质能等多种能源形式,但发展前景较好的主要是分布式光伏、天然气分布式利用以及生物质分布式、分布式地热能等。从2020年底开始我国多次在国际上公布气候相关的发展目标来看,2021年起我国支持分布式能源发展的政策正在不断增加,发展分布式能源的顶层设计和战略已经基本确定。

2021年4月22日发布的《2021年能源工作指导意见》中提出,2021年我国风电、光伏发电量占全社会用电量的比重达到11%左右。并要求推动分布式能源、微电网、多能互补等智慧能源与智慧城市、园区协同发展。

2021年6月7日,国家发展改革委、国家能源局、中央网信办、工信部联合印发《能源领域5G应用实施方案》的通知(发改能源〔2021〕807号),通知要求依托 5G 网络实现电、气、冷、热多种能源灵活接入,全面整合能源控制参量、能源运行、能源使用等数据,实现智能量测、需求响应、传输网络以及服务平台管理,构建“源—网—荷—储”威尼斯信誉官网|互动调控体系,重点开展生产控制、分布式能源管理、虚拟电厂、智能巡检与运维等典型业务场景 5G 深度应用,支撑构建灵活威尼斯信誉官网|互动、开放共享的综合能源创新服务体系。

2021年6月20日,国家能源局发布《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,引发分布式能源行业强烈关注,文件提出要大力支持分布式光伏市场开拓,拟在全国组织开展整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点工作。其中党政机关建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于50%,学校、医院、村委会等公共建筑不低于40%,工商业厂房屋顶不低于30%,农村居民屋顶不低于20%;同时,本次试点方案提出“宜建尽建”、“应接尽接”的要求。

此外,2021年7月1日,国家发展改革委关于印发《“十四五”循环经济发展规划》的通知,规划中的重点工程之一是园区循环化发展工程,积极利用余热余压澳门威尼斯人网址|资源,推行热电联产、分布式能源及光伏储能一体化系统应用,推动能源梯级利用。

二、分布式光伏

分布式光伏电站是指利用太阳能电池直接将光能转化成电能,与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统,属于国家鼓励的绿色能源项目。根据国家电站分类,6MW以下的光伏电站为分布式电站。

与集中式光伏相比,发展分布式光伏可以发用并举,有利于就地消纳。可减少储能、输配电投资成本,且没有消纳问题。另一方面,分布式光伏可以与建筑节能相结合,安装分布式光伏的建筑可以有效的提升保温隔热能力,可以进一步降低建筑能源的消耗。可以有效的提升屋顶利用率,降低分布式光伏的非技术成本。

此外,分布式光伏受光伏产业链价格影响较小,在光伏产业链价格波动下具有更高的发展潜力。2021年光伏供应链上游价格不断上涨,且各省要求光伏企业配置不低于10%的储能设备,导致国内集中式光伏装机低于外界预期,上半年装机量仅为5.36GW,而分布式光伏上半年装机则达了7.65GW。

根据国家能源局数据,2021年6月,国内户用光伏装机1.73GW,环比+121.58%;2021年前6月国内户用光伏总计装机85.86GW,同比+187.42%。户用光伏正在显示出强劲的增长力量。

6月20日,国家能源局下发《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,9月14日,从国家能源局公布的《整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点名单》来看,各省共报送试点县676个,全部列为整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点。

时间上,2023年之前达到公共机构、工商业厂房、农村屋顶建成光伏发电的比例分别达到50%、40%、30%和20%的,列为整县(市、区)屋顶分布式开发示范县,在全国范围内推广。整县推进屋顶分布式光伏政策对分布式光伏行业的利好效果正在不断显现。

三、天然气分布式与综合能源服务

天然气分布式能源是指分布在用户端,主要使用天然气为燃料,冷热电联产、实现能源梯级利用,是清洁、高效、灵活的能源供应系统。天然气分布式能源系统利用发电以后产生的烟气余热实现夏季供冷、冬季供热,且一年四季供应生活热水,能节约大量空调用电,所发电力除满足自身需求外,还可就近上网。

随着新能源技术与天然气分布式利用相结合,给分布式能源发展带来了更多的机遇,而多能互补的分布式能源在能源系统中的比例提升,将会给能源工业带来革命性的变化,是未来分布式能源取代集中式能源,成为未来能源工业发展的主力军之一。

分布式综合能源服务是一种为满足终端客户多元化能源生产与消费的服务方式。它不单销售能源商品,还销售能源服务,由传统的单一售电模式转为电、气、冷、热等的多元化能源供应和多样化增值服务模式。目前的智慧能源、多能互补、能源微电网等项目就是能源企业布局综合能源服务的抓手。

综合能源系统利用先进的物理信息技术和创新管理模式,整合区域内天然气、电能、热能等多种能源,实现多种能源子系统之间的协调规划和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时,要有效地提升能源利用效率。

分布式综合能源的应用场景:

1、分布式光伏可以通过分析工业企业用电情况和屋顶面积,提供与之相关的光伏发电节能服务。分布式光伏节能服务可以向用能客户提供分布式光伏发电的系统设计、投资、施工建设、并网、运营维护等服务,分布式能源系统所发电量以“自发自用,余电上网”的模式为主,按照用能单位原有电价协商确定折扣向其提供电力,剩余发电量并入所在区域电网。

2、高效能源站节能服务:工业高效能源站节能服务是通过建设、改造和维护企业的用冷、热、气、电等用能设施,为企业提供多种能源、多种模式的综合节能服务,可以打破传统能源壁垒,降低企业能耗,节省用能成本。

3、建筑节能服务:建筑节能服务是向客户提供建筑(园区)高效的供冷、供热(水)、照明等一站式综合节能服务。建筑节能包括已有建筑和新增建筑节能服务。

(1)已有建筑节能服务是通过对建筑物的节能诊断,分析其能耗情况并提出节能方案,然后确定节能改造的措施,建筑节能主要改造措施包括空调系统、通风系统、采暖系统、热水系统、照明系统、控制系统等。

(2)新增建筑节能服务。新增建筑在“双控目标”的指引下,可以将节能目标贯穿建筑的设备、建造以及运行维护之中。在能耗管理机制下,可以在建筑全生命周期运行维护中实现冷、热、可再生能源电力的供应和节能技术服务。

四、分布式生物质能源

生物质能作为一种可再生能源是一个“碳中和”圈。生物质可通过催化转化制备燃料和化学品,转化过程中会释放CO2;然后通过植物的光合作用,吸收CO2,实现固碳固定。生物质澳门威尼斯人网址|资源来源多样、能量密度较低、分布分散,这些特点决定了因地制宜、分布式利用是发展生物质能产业的必然要求。

目前有多种生物质能源分布式利用技术已基本成熟,包括沼气、生物质成型、生物质气化、生物质采暖供热利用等。

根据中国产业发展促进会生物质能产业分会发布的数据显示,2020年,全国生物质发电新增装机543万千瓦,累计装机达到2952万千瓦;其中,垃圾焚烧发电新增装机311万千瓦,累计装机达到1533万千瓦;农林生物质发电新增装机217万千瓦,累计装机达到1330万千瓦,沼气发电新增装机14万千瓦,累计装机达到89万千瓦。

9月24日,顶级科学期刊《Science》发表了一篇论文,该论文来自中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和团队,论文介绍了他们采用一种类似“搭积木”的方式,从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径,在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

实验室初步测试结果显示,人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。这意味着,在充足能量供给的条件下,按照目前技术参数,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量。这项成果作为生物质领域研究的重大突破,有望在未来为生物质固碳带来革命性的变化。

五、分布式地热能

地热能是由地壳抽取的天然热能,地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。地热能是来自地球深处的可再生能源。全球地热能澳门威尼斯人网址|资源分布广泛,富集程度差异较大,主要集中在4个高温地热带,分别是环太平洋地热带、大西洋中脊地热带、红海-亚丁湾-东非裂谷地热带、地中海-喜马拉雅地热带,可利用量相当于4948×1012t标准煤。

地热能发电是地热能利用的重要方式和地热科研的主要研究领域。2020年全球地热发电总装机容量为15950MW,2020年美国地热发电装机容量居全球首位,装机容量为3700MW。

2019年中国地热发电量为25.75MW。综合供暖、发电、温泉、养殖以及农业等领域地热装机容量以及供暖制冷面积等数据测算,到2020年,中国地热实际利用量折合4800万吨标煤,完成规划目标的近70%。

现有地热能利用结构中,浅层地热利用位居首位,占比52%,根据我国“十四五”的整体规划,未来五年我国要大力推广地热能技术,在夏热冬冷地区推广地源热泵集中供冷供暖。按照“因地制宜,集约开发,加强监管,注重环保”的方式开发利用浅层地热能,因此地热企业在未来能源开发利用中将大有可为。

六、分布式能源战略地位升级

9月以来全国范围内的缺电问题再次升级,成为人们关注的焦点,9月末,湖南、东北三省等多个地区都出现了拉闸限电现象,辽宁的部分地区限电范围已经从工业用电扩展到居民用电。

本次限电与2020年底的缺电原因略有不同,在发改委发布能耗双控目标后,青海、宁夏、广西、广东、福建、新疆、云南、陕西、江苏等地由于能耗强度不降反升再次被点名,所以不得不对省内的部分企业进行限产限电。后续随着冬季的到来,北方地区逐渐进入供暖季,2021年冬季预计全国范围内缺电问题不仅没有缓解,而且还有加剧的态势。

在2020年提出双碳目标以后,我国必然会面临传统能源系统向新型电力系统转变,而目前经历的阶段性和结构性的缺电正是转型过程中的阵痛。

构建以新能源为主的新型电力系统的过程中,关于如何解决缺电问题,分布式能源利用是解决目前问题的一剂良方,以光伏为主的分布式能源可以很好的满足大部分居民和工商业用电(可以降低消纳困难),以天然气与多种可再生能源互补的冷热电三联供可以满足工业园区、医院、学校、商场等公共场所用能需求,既能提高用能效率又可以实现能源的“双控”目标。

从当前发展趋势看,很多企业已经不满足于只提供电力(能源)供应服务,而更多的是追求横向“电、热、冷、气、水、氢”等多品种能源协同供应,实现纵向“源网荷储用”等威尼斯信誉官网|互动优化,向用户提供综合能源一体化解决方案。

分布式能源可就近消纳和双向传输,能够实现能源生产与消费一体化,推动能源生产和消费方式全面重构。而分布式光伏建设周期短、投资回报快,天然气分布式应用灵活、系统效率高、功能性强,这些优点让可再生能源与天然气分布式结合成为我国调整能源结构的重要战略性选择,在长期的能源战略中具有重要地位。在“碳达峰、碳中和”愿景下,以电为中心、以分布式为理念,开展综合能源服务将成为我国能源发展的必然趋势和选择。

文章来源 | 中国能源网

文 | 张学坤




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责任编辑: 李颖

标签: DEC2021 双碳目标 分布式能源 智慧方案

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