从项目应用角度谈谈分布式能源系统的概念及优势

分布式能源系统的概念

广义上，分布式能源系统(DES)是指分布式能源(DER)在用户端被智能地利用并在能源供应系统中优化，是以资源、环境和经济效益最优化来确定机组配置和容量规模的系统。其主要优势在于能够利用现代信息和通信技术(ICT)在本地组合不同的资源，以最大限度地满足客户的需求，同时提供清洁，可靠和价格合理的能源。但狭义上，分布式能源系统按照配电网的电压水平有许多不同的定义，比如德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)将分布式能源定义为在60千伏或以下水平的配电网连接能源。而纽约独立系统运营商(NYISO)定义电表客户端的资源即为分布式能源。而北美电力可靠性公司(NERC)的定义中还加上了分布式储能(DS)。在本系列中，分布式能源为包括分布式天然气(DNG)和可再生能源资源，以及分布式储能(DS)和需求响应(DR)等在配电网层级或地理位置靠近负荷中心的资源。

分布式能源系统的优势

分布式能源系统能够带来一系列的好处，需要一个良好的政策和监管环境来确保分布式能源系统实际实现这些可能的好处。而且，DES与大规模集中式系统的组合通常是一种智能组合有助于实现利益最大化。

1. 靠近用电用户

根据分布式能源的定义，它们位于用户负载附近。这不仅将它们与集中供应区分开来，而且带来许多好处：

能源发展的本地化

根据当地的资源可用性，气候和地理条件，DES可以优化供应组合。各种能源(如天然气，风能，太阳能，地热能，生物质能，海洋能和工业废热)可以整合起来，以最大限度地满足当地需求。这也有助于改善能源安全，自然灾害带来大规模停电往往严重影响到人们的生活、甚至危及生命。2012年10月29日飓风桑迪造成美国740万户大停电，银行、交易所、医院、安全机构都无法正常工作。此时，如果用分布式能源系统代替集中供电系统，自然灾害在停电方面带来的影响将缩减到最小。

此外，DES的本地化为小型企业带来了在能源供应方面发挥积极作用的潜力，使电力用户对能源系统拥有更强的主导权。当然，这对于传统大型公用事业的商业模式可谓是巨大的挑战。

降低输配电成本

输配电成本成本是电力系统总成本的重要组成部分，一般占最终电费的30%左右(IEA，2014b)。本地分布式发电的供电可以大大减少输电损失。

如果当地的供需平衡，就可以更接近需求并最大限度地减少输配电网络的使用。这样的系统可以在建设和维护大型基础设施方面节省可观的资金，人力和时间。 DES的使用增加可以减少大规模基础设施的收入，因此电网资费需要以反映DES系统整体价值的方式来设置。

提高对客户需求的理解

DES可以根据当地能源需求量身定制，其差异很大程度上取决于终端用户的情况，从工业园区，商业中心，数据中心，办公楼，医疗设施和交通枢纽到文化和体育设施。充分了解负荷特性(包括其时间特性)，加热和冷却需求以及期望的可靠性水平，并使用这些数据优化能源供应，以达到建立可靠的DES的目的。位于上海陆家嘴地区高632米的128层摩天大楼——上海大厦就是一个很好的例子。该大楼已经安装了一台带有两台1 165千瓦燃气发电机组，两台1 047千瓦溴化锂吸收式冷水机组和两台1 368千瓦换热器和辅助系统的DES。 DES连接到市政电网，以及冰蓄冷系统，锅炉和电子制冷设备，以建立建筑物的完整能源系统，为总面积279 700平方米提供供暖，制冷和电力服务。在采暖季节，一月的最高热负荷为10兆瓦，而十二月最低为6.1兆瓦。年度利用时间不少于5360小时，发电量为12 489兆瓦时，供热量16 651千兆焦耳，每年冷却供应31 729 GJ。

2.能源效率高

高能效是推动全球分布式能源持续部署的重要优势。通过三种应用可以实现高能效：多能源和多级能源利用，多能互补以及余热和余压的利用。

多能源和多级能源利用

多级能源利用需要使用发电的余热进行进一步的发电以及制冷和制热服务。整个系统的效率性能可以达到70-90%。 DES可以很好地实施这种方法，因为加热和冷却产品最适合于短途运输。

其中一个典型案例就是上海国际旅游度假区核心区天然气分布式能源站项目，本项目通过消耗单一的清洁能源天然气，为上海国际旅游度假区(迪斯尼乐园)核心区提供冷、热、电、生活热水、压缩空气5种负荷，实现了能源的五联供，一次能源综合利用率达到83.41%，远高于常规分布式供能系统一次能源利用率大于70%的要求，已达到世界先进水平。通过天然气清洁能源的高效梯级利用，既满足了核心区3.9平方公里区域内所有能源需求，又为把旅游度假区建成一个低碳、节能(每年可节能21883.08吨标准煤，每年可减排CO2量为75541.87吨，相当于每年少砍伐木材4万吨)。

多能互补

分布式能源可以结合和优化各种能源，包括风能，太阳能，天然气，生物质和其他选项，包括氢能。最佳组合可以根据最终用户的地理位置，资源禀赋和消费模式进行选择。如果这种优化实施得很好，通过利用互补的能源资源和技术可以实现较高的整体系统效率。

这里要说的案例就是贵安新区建设的国内首座“1+3”多能互补分布式智慧能源站，该项目通过多种能源的综合利用，实现零污染、零排放，项目设计总冷负荷15165.4kw,设计总热负荷13303.9kw,总发电功率2.8MW。

余热和余压的利用

余热和余压可能成为各行业(如钢铁，有色金属，化工，水泥和陶瓷)未消耗能源的重要来源。例如，碳煅烧设备中的烟气可以达到850℃至900℃的温度。提供加热，冷却和电力多余热量和剩余压力不仅有助于降低能源消耗和提高能源效率，而且还减少工业污染，并为工业提供节能选择。

3. 利用清洁和低碳能源

分布式能源可以帮助将化石燃料为主的中央能源系统转变为更清洁，更多样化的能源系统，其中包括风能，太阳能光伏，太阳热能，生物质和地热能等可再生能源在内的各种能源，以及低碳化石燃料如天然气。这可以带来许多好处。这些好处可能是直接的 - 比如提供更清洁的发电 - 或者是间接的，例如提供灵活性以便整合可变发电的更高份额。

可变量可再生能源的整合

可变量可再生能源(VRE)特别是太阳能光伏和风力发电具有需要多种具体措施将其整合到电力系统中的特性。最重要的是，它们在任何时刻的最大输出都受到阳光和风的即时可用性的限制。因此，他们的输出经常波动，而这些波动只能预测到一定的准确度(国际能源署，2017年)。

DES可以通过多种方式为风能和太阳能的成本效益和安全整合提供解决方案。首先，VRE生成可以包含在DES中，在地理上扩展其部署，从而平滑整体输出(当考虑多个DES时)。其次，通过将风能和太阳能以优化的比例结合起来，它们的组合变异性可以更低(当太阳光较少时通常更多风，反之亦然)。第三，现代DES可以利用数字监测和控制设备动态调整能耗，以更好地匹配风能和太阳能的可用性。第四，柔性气体发生器等其他发电资源可以平衡剩余的可变性。第五，电动汽车等终端使用的电气化设备可以帮助创造新的、灵活的需求，吸纳潜在的风能和太阳能盈余。

减少空气污染物排放

与集中的煤基发电系统相比，分布式能源可以显着减少二氧化硫、氮氧化物和颗粒物质的排放，因为天然气发电机的排放量耕地，而分布式太阳能光伏和风力零排放。例如，上海塔项目每年减少38吨二氧化硫排放量，贵阳项目成功减少498吨二氧化硫排放量和249吨粉尘排放量。现代DES还可以避免与传统使用生物质相关的颗粒物排放(REN21,2016)。

减少碳排放

DES可以通过依靠低碳或无碳供能来降低二氧化碳排放量。DES的加热和制冷脱碳能力也是一个显着的好处：加热需求约占全球能源相关二氧化碳排放量的30%，其中一半用于建筑物(国际能源署，2014c)。利用基于天然气，生物质能，沼气或低碳电力的热电联产系统，可减少供热需求产生的碳排放量。例如，上海塔项目每年可减少二氧化碳排放量4 855吨，贵安项目减少61 464吨，上海迪士尼乐园项目减少75 542吨。

减少化石燃料消耗

利用清洁和可再生资源，分布式能源有助于减少化石燃料的消耗，从而间接减少与化石燃料开采和运输活动相关的能源消耗和生态系统破坏。例如，上海塔的项目每年可节约标准煤1 890吨，贵安项目24 884吨，上海迪士尼乐园项目21 883吨。

(内容编译自：IEA, Prospects for Distributed Energy Systems in China, 2017)

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