双碳背景下分布式能源发展前景

李雅芳

(福建省供电服务有限责任公司，福建 福州 350003)

1 概述

化石能源为主的发展方式是我国气候环境问题的根源，随着我国提出碳达峰和碳中和的目标[1-4]，能源格局将发生重大改变，能源消费形式也随之改变，此举对于加快促进生态文明建设、确保能源经济高效、推进经济转型升级、引领应对气候变化至关重要。

随着世界经济快速发展，人口的增长与能耗的不断增长，用户的能源需求开始多元化，且全球各地的能源基础设施逐渐老化[5-9]，因此需要调整能源架构，提升能源利用效率，削减化石能源用量，构建清洁能源为主的现代化能源体系，以清洁能源替代加快能源生产减碳。

分布式能源是通过电气装置向就近用户提供能源供应的能源供给方式，无需进行远距离输送，而且可以满足用户电、冷、热、气等多种用能需求，同时可以实现能源的梯级利用相对独立。可以根据用户的能耗特点以及所在区域具有的能源资源，设计符合用户的能源供给方式，对各种能源进行合理配置与使用，使能效利用最大化。随着分布式能源的进一步发展，分布式能源占比将大幅增加，据专家推测，2030年分布式能源占比将达到30%，且随着互联网的发展，分布式能源向多能协调互补方向发展，为用户提供多样化的能源供应。

分布式能源投资规模较小，并与集中式系统相比拥有更短的工期[10-12]。此外，它可以以模块化的设计来满足不同的应用，分布式能源是应用于用户负荷中心的生产和消费为一体的能源供应模式，可以为用户提供多样的能源供应，基本涵盖了家庭、社区和工业园区的供能需求。

本文介绍了新时代我国能源的发展战略，结合能源结构现状，分析了分布式能源在能源结构优化中的重要作用，指出了在双碳背景战略引领下分布式能源的发展前景，助力推进双碳目标的实现，为双碳目标奠定坚实基础。

2 能源发展形势

我国是世界上最大的发展中国家，同时是能源消耗最多的国家，在消耗的能源总量中，清洁能源占比较低，主要以化石能源为主。随着我国“3060”双碳目标的确立，在此战略背景下，需要进行节能降耗，降低能源消费总量，减少碳排放。

为助力双碳目标的实现，能源发展的重点在于节能降耗，需调整用能结构，减少化石能源的消耗，以清洁能源替代，能源供给从集中式向分布式、多能协调互补进行转换。2021-2030年为碳达峰期，意味着我国煤炭消耗需要在此前率先达到碳达峰，我们需要在供给端与消费端提高能效。在供给端，需要加速清洁能源的替代，由于二氧化碳的排放主要来自于化石能源的消耗，因此减少碳排放的主要举措是减少煤炭消耗。在消费端，采取多能协调互补，能源梯次循环利用使得能效最大化，满足用户多样化的能源需求。

分布式能源可以结合和优化各种类型能源，利用互补的能源和技术实现供应的品质和效率。分布式能源主要包含的种类见图1，未来新能源开发采取“风光并举”的模式，目前广泛应用的也是太阳能与风能。为推进风光品质能源发展，国家能源局《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》指出，到2030年非化石能源消耗占比达到25%左右，风电、光伏规模达到12亿千瓦以上，由于风电与光伏受季节、气候和时间的限制，发电存在较大的波动性，呈现复杂、多变的不稳定态势，因此需大力推进储能规模化应用[13-14]，电化学储能逐步成为重要“电源”。储能可以减少电网的冗余建设，不仅可以改善光伏风电输出功率的不稳定性，同时在高弃光弃风的情况下，提高其利用率，储能是能源转型的重要支撑技术，储能迎来全新的历史使命。电化学储能需求由来已久，受限于储能系统投资成本尚未大规模推广，但随着储能经济性增强，商业模式多样化，在光伏、风电和储能进入“十四五”发展的全新高速发展时期，电化学储能与分布式能源将成为能源转型的必然选择。

图1 分布式能源种类

3 分布式能源优势

分布式能源系统能够带来一系列的好处，分布式能源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。

3.1 节约成本

输配电费用是电力系统总成本的重要组成部分，传统的发电需要经过远距离输送才能将产生的电能输送至负荷端，而且输送容量越大，配网输送费用更多。分布式能源一般在用户负荷中心当地消纳，不需要通过输配电网远距离输送，没有电能输配费用，大大降低了电能输送部分的损耗，实现能效最大化。

3.2 节能减排

分布式能源在一定区域内利用管网系统和电缆向供区内提供电能、冷、热，实现冷热电气多联供，能源可以得到合理的梯级利用。一方面，与传统的煤电发电相比，采用风电、光伏为代表的分布式能源可以显著减少SO2排放，减少污染物的排放量。另一方面，由于可再生能源能流密度低、分散性强，以及其利用水平的限制，分布式能源灵活的发电方式为可再生能源的利用带来了新的机遇。

面对节能减排和能源可持续发展的巨大挑战，能源与装备的替代，是实现节能减排的必选之路，清洁能源的替代可以减少污染物的排放，采用先进的能源转换技术，大力发展分布式能源已成为必然选择。

3.3 多能互补

多能互补是不同种类能源的互补利用，也可以是同一类能源不同形式的互补利用，由于单一能源发展有限，所以多能互补是分布式能源发展的重要方式，注重的是能源的有机整合、优势集成。多能互补并非光伏、风电、燃气发电、储能等能源的简单拼凑，需考虑负荷的性质、大小、地理位置，进行优化配置。分布式能源可以结合和优化各种能源，利用互补的能源和技术实现较高的系统转换效率。

4 分布式能源前景展望

光伏和风电是当前主要应用的新能源，价格是引导资源配置的重要决定性因数，随着我国逐步建立完善上网电价政策，风电、光伏产业装机规模得到迅速发展，截至2020年底，风电、光伏装机规模达分别达到2.9亿、2.6亿千瓦。在双碳背景下，风电、光伏的发展需要从系统的角度去考量，在满足双碳目标的需求下选择最优的配置方式。光伏作为清洁能源的代表，可以真正做到零碳排放，且具有成本低、安全高效的优势，在我国能源转型中发挥重要作用。2020年，我国分布式光伏新增装机规模约15.5GW，占国内光伏新增装机总量的28%，相对于分布式光伏，分散式风电的发展速度相对缓慢，未来新能源的开发采取“风光并举”模式，目前风电建设成本较高，特别是海上风电目前依然需要政府补贴支撑，但海上风电的前景是广阔的，靠近负荷中心且不占用土地资源，发电利用小时数长。陆上风电发展基本稳定，但受限于土地资源，更多依赖于分散式项目。如图2所示，2030年风光发电新增规模分别为1.53亿、1.88亿千瓦，2060年风光发电新增规模量进一步超过2.19亿、2.7亿千瓦。

图2 风电、光伏新增装机预测

在2030年前实现碳达峰的目标指引下，新能源的开发节奏与达峰时间、峰值的碳排放量以及用电增速等诸多因素有关。参考全球能源互联网合作组织的情景假设，2028年实现碳达峰峰值的二氧化碳排放量约109亿吨，当年非化石能源占一次能源消费占比约27%，在此情景下煤电机组装机规模将在2025年达峰，后续煤电装机规模开始回落。按照全球能源互联网合作组织的情景假设以及相关预测，2025年我国总的发电量规模将达到9.3万亿度电(基于“十四五”期间发电量复合增速约4%估算)，到“十四五”末，我国光伏+风电的装机规模将达到11亿千瓦，较2020年实现翻倍增长，相当于“十四五”期间年均净新增光伏、风电装机114GW，较“十三五”期间增长54%。

5 结论

在能源安全新战略的指引下，在实现双碳目标的背景下，高比例可再生能源广泛接入，高弹性电网灵活可靠配置资源，高度电气化的终端负荷多元互动，基础设施多网融合数字赋能。在能源供给侧，未来新能源的开发主要采取“风光并举”的模式，在能源消费侧，则是以电为中心的综合能源利用，风电、光伏、水电、火电、储能多能融合互补、电气冷热多元聚合互动，提高整体能效，大力推进储能规模化应用。