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毫無疑問，氣候變化很大程度上導致了北半球最近出現(xiàn)的空前熱浪、洪水和龍卷風。諸如此類的極端氣候影響是今年7月23日舉行的二十國集團（G20）能源與氣候聯(lián)合部長會議的一個主要議題，這也促使《能源與氣候部長級會議聯(lián)合公報》的發(fā)布?！豆珗蟆窂娬{了分布式能源在應對氣候和能源安全挑戰(zhàn)方面的重要性。面對日益頻繁的氣候災害，分布式能源可以緩解、抵御氣候變化的影響，提高能源系統(tǒng)安全性。

然而，許多電力公用事業(yè)仍在努力理解分布式能源融入更廣泛能源領域的機制。什么是分布式能源？如何利用分布式能源提高電網可靠性和節(jié)省能源成本？分布式能源值得如此大費周章嗎？

分布式能源可以生產、存儲能源，或者根據能源類型管理其能耗量。“分布式能源資源”一詞涵蓋了一系列與終端用戶密切相關的技術，如能源效率和需求響應解決方案、太陽能光伏組件和電池等。分布式能源有時被更狹義地定義為“節(jié)能省電措施”。節(jié)能省電措施有些像黑匣子，這些措施只能使電網運營商或公用事業(yè)獲得較低的透明度。

雖然能源效率和需求響應解決方案并不新鮮，但屋頂太陽能和電動汽車最近在一些國家推動了分布式能源的增長。國際能源署（IEA）估計，2017～2020年，全球分布式太陽能發(fā)電增加了1790億瓦。中國和美國貢獻了幾乎一半的新增裝機容量。電動汽車庫存自2017年以來增長了兩倍，2020年超過1100萬輛。目前近80%的電動汽車在中國和歐洲。預計今后幾年這些趨勢將在更多國家延續(xù)。

分布式能源通過多種方式落實脫碳，特別是支持燃料轉換。分布式太陽能可以取代化石燃料發(fā)電，電動汽車實現(xiàn)了道路交通動力從石油到電力的規(guī)?；D變。隨著清潔可再生電力供應規(guī)模的增長，電動汽車和其他電氣化解決方案可以將其應用擴展到新的行業(yè)。根據IEA的凈零情景，全球電動汽車銷量將增長18倍，從300萬輛增至5600萬輛。此外，到2030年，大約有6億臺熱泵將提供清潔供暖，而太陽能光伏發(fā)電量將翻兩番以上，到2030年底達到6330億瓦。

分布式能源的迅速普及

給老舊電網帶來了新的挑戰(zhàn)

絕大部分按照上世紀電力系統(tǒng)制式建造的電網，往往已經運行了幾十年。這些電網承載的電力由大型中央發(fā)電機發(fā)出，通過輸電電網只能沿一個方向向用戶輸送。電力需求穩(wěn)定，電價無彈性；電網運營商面臨的主要風險是大型發(fā)電機和電網故障。這種情況下，了解消費者需求模式的動機有限，因此保障措施只是對電線進行了足夠的加固，來應對高峰負荷。

自分布式能源問世以來，電力格局一直在發(fā)生變化。越來越多的電力是由與天氣有關的多變可再生能源生產的，這就需要增加電力系統(tǒng)的靈活性，確保穩(wěn)定的電力供應以滿足需求。例如，通過儲能使太陽能發(fā)電滿足夜間的電力需求。分布式發(fā)電以雙向流動的電力對公用事業(yè)提出了另一個挑戰(zhàn)。如當電力從消費者持有的分布式太陽能發(fā)電流向電網時，可能會使電網過載，導致電網擁堵更加頻繁。

終端設備的電氣化會給電網帶來額外負擔。大部分能源消費者遵循固定的生活軌跡，比如在晚上的同一時間下班回家。當大量的上班族給他們的電動汽車充電并打開電動熱泵時，電力需求就會激增并使電網不堪重負。一項關于紐約電動汽車部署的成本效益分析顯示，2017～2030年，除非高峰需求得到平緩并分布在非高峰時段，電動汽車充電可能需要在全州范圍內增加約23億美元的電網升級和發(fā)電成本。

所有這些新出現(xiàn)的挑戰(zhàn)都應該促使電網運營商積極主動地管理網絡并采取節(jié)能減電舉措。然而，許多運營商缺乏對單個分布式能源的預見性和可控性。電力消耗正變得越來越不穩(wěn)定，特別是消費者會對動態(tài)價格波動作出反應，并在電價較為便宜的時候用電。屋頂光伏和其他可再生能源會為預測消費模式增加額外的復雜性。比如，電網運營商在光伏發(fā)電無法滿足需求的情況下，制訂一定時段的計劃較為困難。

數(shù)字化可以將分布式能源

轉化為有價值的電網資產

開發(fā)分布式能源面臨的眾多挑戰(zhàn)源于這樣一個事實，即分布式能源在很大程度上是“不可預見的”，也不能被電網運營商控制，這意味著很難將其集成到電網的整體運行中。數(shù)字化使問題迎刃而解。智能數(shù)字解決方案使分布式能源的所有者能實時監(jiān)控和管理他們的資源。這可以幫助電網運營商更為密切地監(jiān)控和干預分布式能源的運行，提高分布式能源對電網的整體價值。數(shù)字化尤其強大，因為它可以從單個設備擴展到建筑物、社區(qū)，甚至更大區(qū)域的任何聚合層次。

并網的電阻熱水器可以更好地管理電加熱。它們可以快速調整電力負荷，使每日能源消耗與太陽能發(fā)電相匹配，并在不對消費者造成任何明顯干擾的情況下，在緊急情況下減少高峰需求。智能熱泵熱水器反應較慢，但可以幫助管理日常的用能需求，并能產生比消耗量多達2.5～3倍的能源（見圖1、圖2）。


先進的逆變器可以幫助緩解屋頂太陽能發(fā)電引起的電網問題。當配備了先進的逆變器，太陽能裝置可以調整其發(fā)電速率，以減少電網擁堵，并可以在電網輕微擾動的情況下保持在線。當大量太陽能裝置同時過早地與電網斷開連接時，可能會產生嚴重后果。2006年，這樣的一系列事件導致了歐洲有史以來最大的停電——“11·4”大停電事故，歐洲大陸有1500多萬家庭經歷了停電。

無需贅言，電池，包括電動汽車的電池，是一種多功能資源。電池可為客戶和電網提供多達13項共同收益。家庭電池匹配使消費者能夠充分使用屋頂太陽能提供的低成本清潔能源。這些優(yōu)點使電池儲能對于新興的虛擬電廠項目不可或缺。

網格交互高效建筑集成了一系列的分布式能源，可以優(yōu)化建筑能源“消耗”，成為對電網有價值的資產。最近的一項研究估計，如果美國大約9000座的公共建筑升級為網格交互式建筑，每年可以為用戶帶來高達7000萬美元的價值。

虛擬電廠可以聚合大范圍分散的分布式能源，并為每個網格提供服務。諸如人工智能的先進優(yōu)化算法，使虛擬電廠能夠在保持電網可靠性和滿足客戶偏好的同時，為分布式能源所有者創(chuàng)造價值。澳大利亞正在開發(fā)的世界上最大的虛擬電廠項目，包括5萬個太陽能和電池系統(tǒng)。

數(shù)字化“孤掌難鳴”

電力系統(tǒng)的各個方面都需要改造

即使配備了數(shù)字技術，分布式能源仍然會給電網運營商帶來挑戰(zhàn)。除非分布式能源所有者受到激勵或強制，否則他們幾乎沒有理由考慮自己的設備對電網的整體影響。補貼和法規(guī)可以鼓勵分布式能源所有者通過實時校準網格狀態(tài)的方式，更好地定位和操作他們的設備，實現(xiàn)多贏。

補貼有助于使分布式能源所有者的利益與電網的需求保持一致，提高電網可靠性和分布式能源的經濟效益。電價設計可以保證分布式能源的創(chuàng)收依據具體時間和地點獲得公平的報酬。監(jiān)管機構可以促進小型分布式能源的聚集和其對電力批發(fā)市場的參與。激勵計劃還可以促進公用事業(yè)公司購買分布式能源，來替代昂貴的電網升級。

法規(guī)可以引入最低要求來維護電網的可靠性。數(shù)據收集規(guī)則可以改善對分布式能源的監(jiān)督，而不會給其所有者帶來沉重的成本負擔。例如，當需要向電網減少輸送能源時，監(jiān)管也有助于限制危機的影響。通常有兩套不同的規(guī)則管理著發(fā)電方和消費者。定制的電網互聯(lián)規(guī)則可以助力生產端和消費端優(yōu)化高度可控電池的使用。

電網運營商需要數(shù)字化管理系統(tǒng)來實施補償方案和執(zhí)行規(guī)則。高級計量基礎設施成為首批大規(guī)模部署的此類解決方案之一。分布式能源管理系統(tǒng)可以有效地注冊和管理分布式能源同時，解決數(shù)據隱私和網絡安全問題同樣至關重要。

需要強調的是，新能源生態(tài)系統(tǒng)的復雜性不應損害分布式能源的可持續(xù)增長，分布式能源是凈零能源轉型的主要動力。此外，積極動員處于能源系統(tǒng)轉型中心的消費者也是必不可少的。分布式能源的技術、法規(guī)和業(yè)務模型的持續(xù)發(fā)展將繼續(xù)提出新的解決方案和挑戰(zhàn)。隨著分布式能源的不斷發(fā)展，國際能源署將繼續(xù)與世界各國合作，通過推進數(shù)字化需求驅動電力網絡倡議（3DEN），幫助制定應對該領域多變挑戰(zhàn)的最優(yōu)化、最具創(chuàng)新性的解決方案。

鏈接

數(shù)字化需求驅動電力網絡倡議（3DEN）

數(shù)字需求驅動電網(Digital Demand-Driven Electricity Networks)是一項為期四年的跨結構倡議，旨在通過政策、監(jiān)管、技術和投資指導，加快推進電力系統(tǒng)現(xiàn)代化和分布式能源的有效利用。該項目在2019年氣候行動峰會的背景下制定，旨在加強全球清潔能源行動，以應對氣候變化。

根據3DEN倡議，國際能源署將利用來自整個機構和世界各地的分析、案例研究和經驗，開發(fā)和傳播可行的項目工具和指導。3DEN將與相關組織合作，將不同的利益相關者聚集在一起，促進對話和分享經驗，包括國際智能電網行動網絡、清潔能源部長會議、任務創(chuàng)新和以用戶為中心的能源系統(tǒng)、建筑和社區(qū)能源以及節(jié)能終端設備技術合作項目。

3DEN倡議的初步涵蓋重點包括巴西、哥倫比亞、印度、印度尼西亞、摩洛哥、南非、突尼斯，以及拉丁美洲、非洲和東盟等關鍵地區(qū)。

本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2021年09期，作者Doyob Kim系IEA能源效率分析師，Alyssa Fischer系IEA前能源效率政策分析師，編譯者系本刊記者

原標題：零碳分布式能源：電網的資產還是麻煩？