朝著可再生能源發(fā)展的能源系統(tǒng)：分布式能源

未來學家里夫金為人類描繪了一幅宏大的未來能源圖景：數(shù)億人在基于可再生能源技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的能源互聯(lián)網(wǎng)上分享綠色能源，地球上每個人、每棟建筑既成為綠色能源的消費者同時也是生產(chǎn)者，分布式的發(fā)電站、負載和儲能系統(tǒng)將實現(xiàn)能源流和信息流的雙向流動，就如同通過互聯(lián)網(wǎng)任意創(chuàng)建個人信息并分享一樣簡單。

當里夫金在2011年的著作中提出這樣一幅場景的時候，大家或許會感到驚嘆，但引起的共鳴僅僅是“未來的能源系統(tǒng)將朝著可再生能源發(fā)展”的泛泛之論而已。短短數(shù)年時間，技術(shù)進步、政策完善、商業(yè)模式建立以及業(yè)界對分布式能源認知的提升使得夢想不僅照進了現(xiàn)實，且愈發(fā)豐滿起來。能源互聯(lián)網(wǎng)、分布式、微網(wǎng)、多能互補不再是遙遠而陌生的概念，而是當下切切實實發(fā)生著的、觸手可及的事物。

如果說2013年以來中國風電光伏等可再生能源的大規(guī)模集中式應(yīng)用標志著能源轉(zhuǎn)型剛剛拉開大幕的話，2016年之后，分布式光伏、分布式地熱、分布式天然氣和分布式生物質(zhì)能等分布式清潔能源多能互補系統(tǒng)的崛起標志著能源轉(zhuǎn)型告別“野蠻生長”階段，正式邁進以“提質(zhì)增效”為核心的第二階段。

認識到當前國際國內(nèi)不可阻擋的能源轉(zhuǎn)型時代背景以及分布式能源在未來能源體系中扮演的越來越重要的角色，第一財經(jīng)研究院重磅推出《能源轉(zhuǎn)型大時代中的分布式能源》研究簡報專題。此篇為開卷篇，一財研究院將在接下來的三篇文章中繼續(xù)從“分布式能源的技術(shù)創(chuàng)新”、“分布式能源在微電網(wǎng)中的應(yīng)用”以及“融資和商業(yè)模式創(chuàng)新”等多個方面全面分析和呈現(xiàn)分布式能源發(fā)展的最新趨勢和動向、。希望以此拋磚引玉，力促行業(yè)同仁為中國能源轉(zhuǎn)型和分布式能源發(fā)展貢獻真知灼見。

不斷變革的能源時代

能源資源及使用方式的根本性變化推動著人類社會經(jīng)濟的發(fā)展。在原始的“能源V0”時代，薪柴是人類賴以生存的主要能源；“能源1.0”時代，煤炭對于薪柴而言是“新能源”，煤驅(qū)動的蒸汽機大大提升了勞動效率；在“能源2.0”時代，石油成為了主角，石油驅(qū)動的汽車使人類的運輸和出行效率成倍上升；進入“能源3.0”時代，傳統(tǒng)的高碳、高污染的化石能源逐漸被清潔、低碳的可再生能源替代。但這仍舊不是終章，若干年超高速的可再生能源發(fā)展也相當程度地暴露出了大規(guī)模集中式發(fā)展方式的短板，“棄風棄光”、上網(wǎng)難、售電難等問題成了發(fā)展的瓶頸。整合信息技術(shù)與可再生能源技術(shù)的分布式能源正在構(gòu)建全新的“能源4.0”，以實現(xiàn)能源的清潔、高效、穩(wěn)定利用。當然，代際之間的交替是循序漸進的，并沒有絕對的界限，在相當長的時間內(nèi)多種能源利用形式將齊頭并進共同存在。

需要意識到的是，能源轉(zhuǎn)型的趨勢雖然是全球共通的，但無論從時間還是空間尺度來看，能源轉(zhuǎn)型并不存在一個完美的模式去套用于全球所有國家。從能源轉(zhuǎn)型的歷史看，能源變革是通過漫長的動態(tài)積累過程從而實現(xiàn)從量變到質(zhì)變的跨越的。在這一過程中，無疑有的國家步伐較快，而有的國家步伐緩慢。例如，發(fā)達國家自從工業(yè)革命開始大規(guī)模利用煤炭已經(jīng)一百多年，經(jīng)歷了能源轉(zhuǎn)型的各個階段，北歐等國的清潔能源甚至已經(jīng)逐漸取代化石能源成為主體能源，而在尼泊爾等南亞國家，煤炭尚未成為“過氣”能源，大部分居民仍舊以薪柴作為日常的主要能源來源。從能源轉(zhuǎn)型的的地理分布來看，分布不均衡是另外一重制約能源轉(zhuǎn)型的重要因素。全球尚存在大量的無電、缺能人口。在非洲撒哈拉以南、亞太等廣大地區(qū)，很多民眾連基本的用能需求都無法滿足，談何能源轉(zhuǎn)型？因此，能源轉(zhuǎn)型注定是一個循序漸進、量力而為的過程，不可一概而論、強行攤派。

基于對能源轉(zhuǎn)型的上述理解，全球能源變革正在凝聚共識，并形成全球參與的新動力。德國制定了2050能源轉(zhuǎn)型目標；法國頒布了《能源轉(zhuǎn)型法》；中國也正在制定2050年能源轉(zhuǎn)型路線圖。針對能源轉(zhuǎn)型這一共同的愿景，國際社會在第二屆國際能源變革論壇上達成了“蘇州共識”，強調(diào)推動能源變革是化解全球能源資源和環(huán)境約束、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑，需要國際社會的共同行動并將最終惠及全球。雖然各國國情有所不同，所處的發(fā)展階段和能源利用方式也不盡相同，但基于自愿減排原則的《巴黎協(xié)定》前所未有地將全球196個國家通過綠色低碳能源應(yīng)對氣候變化的努力聯(lián)結(jié)在一起，盡管美國聯(lián)邦政府宣布退出《巴黎協(xié)定》，但中國和歐盟作為領(lǐng)導(dǎo)者繼續(xù)推進應(yīng)對氣候變化努力的共同表態(tài)足夠振奮人心。美國民間、州、市層面自發(fā)形成的氣候聯(lián)盟也將決定退出《巴黎協(xié)定》的特朗普置于了“孤家寡人”的尷尬境地。在剛剛召開的G20領(lǐng)導(dǎo)人峰會上，除美國以外的所有19個國家在氣候變化議題上達成了共識，標志著美國退出《巴黎協(xié)定》后國際社會應(yīng)對氣候變化新秩序、新格局基本確立。

分布式能源崛起的邏輯

“分布式”能源顧名思義，是相較于傳統(tǒng)的“集中式”能源利用方式而言的，是指建立在用戶負荷中心附近而非遠距離傳輸?shù)哪茉淳C合利用系統(tǒng)，涵蓋發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、儲能和能源管理系統(tǒng)等多種形式，比如家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)或戶用壁掛式燃氣供暖系統(tǒng)都是常見的分布式能源。早期的分布式能源是在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（CHP）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，隨后分布式能源系統(tǒng)逐漸擴展到用戶側(cè)的多種能源類型的冷、熱、電、蒸汽多聯(lián)供（CCHP）系統(tǒng)以及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，其中又以天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)為主流，其次是分布式光伏、地熱和生物質(zhì)能等。Arup和西門子聯(lián)合發(fā)布的《分布式能源》白皮書提到，在不斷變革的能源時代背景下，未來的能源系統(tǒng)面臨化石能源價格不穩(wěn)定、能源供應(yīng)安全風險增大、導(dǎo)致災(zāi)難性氣候變化等迫切問題，為此構(gòu)建成本穩(wěn)定、可靠性好、恢復(fù)力強、清潔低碳的能源利用方式將是未來經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

相對于大規(guī)模集中式的發(fā)電或供熱項目，分布式能源系統(tǒng)的諸多優(yōu)勢已被廣泛接受，如一次能源效率高、能源自足、可靠性高、環(huán)境污染小、就近消納、投資少收益高等。通過多能互補和能源梯級利用的方式，分布式能源系統(tǒng)的整體能源效率和經(jīng)濟性都能得到顯著。通過規(guī)模部署，分布式能源還可實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一，降低電網(wǎng)成本，減少溫室氣體排放，延伸電力供應(yīng)。正因為上述原因，分布式能源已在德國、美國、英國、丹麥、荷蘭、日本等發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用。以德國為例，德國雖然不是世界上最早開始推廣分布式能源的國家，卻是分布式能源應(yīng)用最廣范也最成功的國家之一。德國分布式能源約占總裝機容量的比例高達一半左右，絕大部分可再生能源發(fā)電屬于分布式能源，天然氣發(fā)電中大部分熱電聯(lián)產(chǎn)和一部分小型發(fā)電站也以分布式形式利用。同時德國也涌現(xiàn)了如西門子公司等全球卓越的分布式能源技術(shù)領(lǐng)跑者。

從中國的視角來看，隨著中國經(jīng)濟發(fā)展進入“新常態(tài)”，中國能源行業(yè)發(fā)展的根本目標已是天壤之別。過去，中國經(jīng)濟持續(xù)的高速增長導(dǎo)致能源供應(yīng)短缺，那時的時代主線是擴大能源生產(chǎn)以保障供應(yīng)；如今，經(jīng)濟發(fā)展放緩，能源供給能力已遠超需求，反而是技術(shù)、環(huán)境、價格、效率等問題制約了進一步發(fā)展，中國能源發(fā)展的問題從數(shù)量問題逐漸轉(zhuǎn)為質(zhì)量問題。短短五年間，中國見證了可再生能源在裝機容量方面的爆發(fā)式增長。然而，嚴重的“棄風棄光”問題成為了限制可再生能源進一步發(fā)展的瓶頸。分布式能源的特征符合中國下一階段能源發(fā)展“提質(zhì)增效”的目標，因此分布式能源在中國也顯現(xiàn)了迅猛崛起的勢頭。分布式光伏累計裝機從2012年時的2.3GW快速上升至2016年底的10.3GW（如圖），年均增長率高達46%；分布式天然氣項目數(shù)（包括建成、在建、規(guī)劃）從2014年時的160個增長至2015年底時的288個。

分布式清潔能源未來已來

技術(shù)的成熟、政策的鋪墊、商業(yè)模式等領(lǐng)域的創(chuàng)新，使得屬于分布式能源的未來已經(jīng)越來越快地到來，分布式清潔能源多能互補將是未來主要的綠色低碳能源利用方式。不久前的6月17日至23日，青海電網(wǎng)實現(xiàn)連續(xù)7天的清潔能源持續(xù)供電，其間實現(xiàn)“零排放”。國際上，葡萄牙電網(wǎng)曾于2016年5月7日至11日共107小時實現(xiàn)全清潔能源供電，主要以風電為主，抽水蓄能電站參與調(diào)峰，且包含了部分燃氣電站發(fā)電。而青海僅依靠光伏、風電和水電實現(xiàn)連續(xù)7天清潔能源供電，為真正100%清潔能源供電，意義更為重大。雖然青海的100%清潔能源供電并非完全由分布式能源完成，但這釋放了一個信號——即備受業(yè)界質(zhì)疑的分布式可再生能源由于波動性大導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定的問題在多能互補、智能調(diào)度技術(shù)的支持下有望解決。

分布式能源扶持政策的密集下發(fā)說明分布式能源發(fā)展已經(jīng)從之前的小范圍試點向大規(guī)模市場化鋪開。隨著電力體制改革放開競爭性電力市場，“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源示范項目、多能互補集成優(yōu)化示范工程效果逐漸顯現(xiàn)，分布式能源發(fā)展的障礙逐漸被掃除，正在走上發(fā)展快車道。2017年3月，國家能源局下發(fā)了《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場化交易試點的通知》，為分布式能源下一步的市場化交易做好了政策準備。2017年6月，國網(wǎng)總公司下發(fā)《國家電網(wǎng)關(guān)于促進分布式電源并網(wǎng)管理工作的意見》，矛頭直指分布式能源長久以來面臨的“并網(wǎng)難”頑疾。

分布式能源項目政策及市場環(huán)境向好，但中國分布式能源裝備方面基礎(chǔ)較為薄弱，與擁有先進分布式能源技術(shù)的國外企業(yè)開展國際合作顯得十分必要。國內(nèi)燃氣內(nèi)燃機的功率主要集中在200-800kW，市場800kW和1000kW以上的燃氣內(nèi)燃機幾乎全部依賴進口，且相關(guān)技術(shù)都被國外歐美國家壟斷。2017年6月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《依托能源工程推進燃氣輪機創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，為推進天然氣分布式能源的基礎(chǔ)裝備支撐制定了政策依據(jù)。在德國柏林進行的能源轉(zhuǎn)型對話上，中德雙方就進一步加強先進燃氣輪機等關(guān)鍵技術(shù)合作進行了交流。此前，西門子、杭汽輪、協(xié)鑫集團三方已經(jīng)簽訂合作諒解備忘錄，共同加強天然氣分布式能源的開發(fā)利用，支持快速發(fā)展的中國分布式能源市場。