國內(nèi)外分布式電源對比分析

國內(nèi)外分布式電源對比分析2014-04-29能源情報—文/李瓊慧國網(wǎng)能源研究院引言分布式電源是促進風電、太陽能等分散式可再生能源的開發(fā)利用、提高清潔能源利用效率、解決偏遠農(nóng)村地區(qū)電力供應問題的重要途徑。在當今能源和環(huán)境壓力日益增加的背景下，推動分布式電源發(fā)展已成為世界各國促進節(jié)能減排、應對氣候變化的重要措施之一。分布式電源作為我國電力系統(tǒng)的有機組成部分，是大電源的重要補充，與大電源、大電網(wǎng)有機統(tǒng)一、缺一不可。20世紀八十年代，隨著適合分散利用的光伏發(fā)電、風電和微小型天然氣發(fā)電技術(shù)的逐步成熟，出現(xiàn)了分布式電源的概念。分布式電源通常指分散式可再生能源發(fā)電、工業(yè)余熱余壓余氣等資源綜合利用發(fā)電以及冷熱電多聯(lián)供系統(tǒng)，主要是為了利用分散資源和滿足本地用戶的能源需求，通常規(guī)模小、接入電壓等級低。我國和其他國家一樣，早有應用，如我國分布式利用的小水電裝機容量和發(fā)電量均居世界首位。由于各國資源條件、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和激勵政策的不同，分布式電源的定義也不盡相同，發(fā)展現(xiàn)況各具特點。因此，在對我國分布式電源的定義和發(fā)展現(xiàn)況進行研究時，必須從我國國情出發(fā)，立足于我國的資源條件、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和激勵政策。本文在系統(tǒng)研究各國分布式電源定義的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情和電網(wǎng)特點，提出我國分布式電源的一般定義，并對比分析國內(nèi)外資源分布、激勵政策、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和發(fā)展現(xiàn)狀。分布式電源定義目前關(guān)于分布式電源的最大容量、接入方式、電壓等級、電源性質(zhì)等相關(guān)界定標準方面，國際上還沒有通用權(quán)威定義。不僅不同國家和組織，甚至是同一國家的不同地區(qū)對分布式電源的理解和定義都不盡相同。作者整理了世界18個國家或組織提出的分布式電源定義。IEA對分布式電源的定義為服務于當?shù)赜脩艋虍數(shù)仉娋W(wǎng)的發(fā)電站，包括內(nèi)燃機、小型或微型燃氣輪機、燃料電池和光伏發(fā)電系統(tǒng)以及能夠進行能量控制及需求側(cè)管理的能源綜合利用系統(tǒng)。美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）對分布式電源的定義為接入當?shù)嘏潆娋W(wǎng)的發(fā)電設(shè)備或儲能裝置。德國對分布式電源的定義為位于用戶附近，接入中低壓配電網(wǎng)的電源，主要為光伏發(fā)電和風電。歸納18個典型國家（組織）關(guān)于分布式電源的界定標準，具有如下四個基本特征。（1）直接向用戶供電，電流一般不穿越上一級變壓器。這是分布式電源的最本質(zhì)特征，適應分散式能源資源的就近利用，實現(xiàn)電能就地消納，各國定義均提及該特征。（2）裝機規(guī)模小，一般為10MW及以下。18個典型國家（組織）中，13個為10MW及以下，3個為數(shù)十MW級，2個為100MW級。美國、法國、丹麥、比利時等國家均將分布式電源的接入容量限制為10MW左右，瑞典的接入容量限制為1.5MW，新西蘭為5MW。由于英國允許分布式電源的接入電壓等級較高，相應的允許接入容量也較大，可達100MW，但從實際并網(wǎng)情況來看，接入66kV電壓等級的大容量分布式電源所占比例很少。（3）通常接入中低壓配電網(wǎng)。由于各國中低壓配電網(wǎng)的定義存在差異，因此具體的接入電壓等級也略有不同，一般為10（35）kV及以下。18個典型國家（組織）中，8個為10kV及以下，7個為35kV級，3個為110（66）KV級。德國、法國、澳大利亞等國家均將分布式電源接入電壓等級限制在中低壓配電網(wǎng)，國外的中低壓配電網(wǎng)上限一般不超過30kV。英國允許分布式電源接入66kV電壓等級，這是由于66kV在英國仍屬于中壓配電網(wǎng)范疇。（4）發(fā)電類型主要為可再生能源發(fā)電、資源綜合利用發(fā)電、高能效天然氣多聯(lián)供（能效一般達到70%以上）。綜合國際上典型國家及組織界定標準和我國電網(wǎng)特點，分布式電源一般可定義為：利用分散式資源，裝機規(guī)模小，位于用戶附近，通過10（35）kV及以下電壓等級接入的可再生能源、資源綜合利用和能量梯級利用多聯(lián)供發(fā)電設(shè)施。主要包括風能、太陽能、生物質(zhì)能、水能、潮汐能、海洋能等可再生能源發(fā)電，以及余熱、余壓和廢氣利用發(fā)電和小型天然氣冷熱電多聯(lián)供等。國內(nèi)外發(fā)展基礎(chǔ)和現(xiàn)況對比分析分布式電源的發(fā)展由其資源條件、政策激勵和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)等決定。資源條件決定了分布式電源發(fā)展的規(guī)模，激勵政策決定了分布式電源發(fā)展的速度，而產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)則決定了分布式電源發(fā)展的成本。下面從上述三個方面對比分析典型國家和我國的分布式電源發(fā)展基礎(chǔ)以及發(fā)展現(xiàn)況。資源條件就風電而言，歐洲大陸風電資源較分散，適宜發(fā)展分布式風電，但現(xiàn)在已近飽和。目前，歐洲風電開發(fā)已由陸上轉(zhuǎn)向海上，集中式開發(fā)、高電壓遠距離輸送是未來風電開發(fā)主導模式。就光伏發(fā)電而言，歐美發(fā)達國家建筑以中低層的獨立住宅為主，非常適宜發(fā)展屋頂光伏。就天然氣而言，歐美各國油氣占能源消費比重高，管網(wǎng)發(fā)達。美國天然氣產(chǎn)量世界第一，天然氣消費占一次能源消費比重達到25%天然氣多聯(lián)供發(fā)展條件較好。我國80%風能資源分布于三北和東南近海，適宜于集中開發(fā)；20%分布于中東部地區(qū)，其中大部分仍以集中開發(fā)為主，少量適宜分布式發(fā)電。和風能資源類似，太陽能資源富集在西北和華北荒漠地區(qū)，適宜集中式開發(fā)。我國城市以高層建筑為主，發(fā)展條件不及歐美。在天然氣方面，雖然隨著中亞、中緬、中俄和海上通道的逐步建立，天然氣供應已經(jīng)基本能夠滿足需求，但是管網(wǎng)設(shè)施的全面鋪開仍需時日，加上氣價的不確定性，當前存在開發(fā)熱情高，但落實較少的情況，大規(guī)模發(fā)展天然氣多聯(lián)供存在不確定性。我國小水電資源豐富，可開發(fā)資源達1.28億kW，比歐洲條件好?？傮w來看，我國風能、太陽能資源主要富集在“三北”地區(qū)，主要以大規(guī)模發(fā)展為主，分布式開發(fā)條件不及歐美；天然氣多聯(lián)供發(fā)展存在不確定性；小水電資源豐富，優(yōu)于歐美。政策激勵德國對可再生能源采用固定上網(wǎng)電價機制，其中允許小于500kW的光伏發(fā)電采用自發(fā)自用模式，由電網(wǎng)企業(yè)負責上、下網(wǎng)電量和自用電量的計量，由政府進行電價補貼。美國主要采用投資稅抵免、投資補貼、配額制等政策，天然氣多聯(lián)供根據(jù)系統(tǒng)效率確定補貼幅度。日本光伏發(fā)電采取初始投資補貼和固定上網(wǎng)電價政策相結(jié)合的激勵政策。我國小水電實行成本核算電價機制。風電、生物質(zhì)發(fā)電采用標桿上網(wǎng)電價政策。光伏發(fā)電主要實行投資補貼政策和標桿上網(wǎng)電價，但并不完善。天然氣多聯(lián)供電價機制仍然空白。總體來看，我國小水電、風電、生物質(zhì)發(fā)電以及資源綜合利用發(fā)電政策已較完備。光伏發(fā)電、天然氣多聯(lián)供政策尚有欠缺。產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)從經(jīng)濟發(fā)展來看，西方發(fā)達國家經(jīng)過二戰(zhàn)后的高速增長，增速逐漸減緩，電力需求增長也隨之放緩，不存在解決大規(guī)模用電需求增長問題。電力消費結(jié)構(gòu)以第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電為主，比重超過70%，負荷較為分散，同時電力工業(yè)發(fā)展水平較高，電網(wǎng)網(wǎng)架成熟，適宜通過發(fā)展分布式電源滿足負荷增長需求。從電源產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)來看，發(fā)達國家光伏發(fā)電、風電、天然氣多聯(lián)供產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較早，具備核心設(shè)備的自主研發(fā)、生產(chǎn)制造能力，相關(guān)產(chǎn)品在世界上占有較大市場份額。在電力系統(tǒng)基礎(chǔ)方面，我國處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展階段，經(jīng)濟高速增長，能源供應緊張，用電量年均增長率高達11.7%，電力供需矛盾突出。我國人均用電量僅為發(fā)達國家的1/5，增長空間巨大，而且我國工業(yè)用電比重超過70%，必須通過集中發(fā)電和大規(guī)模遠距離輸電滿足現(xiàn)在和將來的用電需求。同時，我國配電網(wǎng)比較薄弱，對分布式電源的接納能力有限。當分布式電源大量接入時，配電網(wǎng)從無源網(wǎng)變成有源網(wǎng)，大規(guī)模改造需要人力、財力、物力投入，需要時間較長。在電源產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)方面，我國光伏組件年產(chǎn)能超過3000萬kW，約占世界的3/4，產(chǎn)能過剩近半，價格跌幅超過50%。逆變器、控制及成套設(shè)計等核心技術(shù)仍與國外存在一定差距。風電設(shè)備制造能力逐步提升，年產(chǎn)能超過1500萬kW，但機組設(shè)計、關(guān)鍵控制部件等核心技術(shù)還有待突破。天然氣內(nèi)燃機發(fā)電技術(shù)已經(jīng)基本掌握，但是微燃機機組均為進口。2012年1月，國家“863計劃”微型燃氣輪機重點項目取得重大突破，國內(nèi)首臺100kW微型燃氣輪機在哈爾濱研制成功并穩(wěn)定運行，我國初步掌握微型燃氣輪機的自主研發(fā)能力?？傮w來看，我國電力系統(tǒng)基礎(chǔ)相對薄弱，風電、光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)與國外相當，燃機產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)與國外尚有差距。發(fā)展現(xiàn)狀由于各國數(shù)據(jù)發(fā)布的時間和口徑存在差異，作者按相同口徑，統(tǒng)計了截至2010年底分布式電源發(fā)展較快國家的分布式電源裝機規(guī)模，如表1所示。從表中可以看出，截至2010年底，中國、德國、美國、日本分布式電源裝機規(guī)模分別為3384、3346、2592和1555萬kW,占全國總裝機比重分別為3.5%、22.8%、2.5%和5.5%，均未成為電力供應的主導方式?？傮w來看，我國分布式電源的發(fā)展規(guī)模并不落后。但是受到資源條件、激勵政策和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的影響，存在明顯的技術(shù)類型差異。目前我國分布式電源以小水電為主，總規(guī)模為2266萬kW，裝機規(guī)模和發(fā)電量均居世界第一；近年來余熱、余壓、余氣等資源綜合利用和生物質(zhì)發(fā)電增長迅速，總規(guī)模為821萬kW，居世界前列；但分布式光伏、風電、天然氣多聯(lián)供還處于發(fā)展初期，規(guī)模相對較小。截至2012年6月底，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)接入35kV及以下電壓等級的分布式電源總數(shù)約為1.56萬個，總裝機容量達到3436萬kW，總發(fā)電量1033億kWh，平均年利用小時數(shù)為3006h。其中，分布式利用的小水電最多，總裝機容量達到2376萬kW，占統(tǒng)計總?cè)萘康?9.2%；其次是余熱余壓余氣資源綜合利用發(fā)電裝機容量為730萬kW，占統(tǒng)計總?cè)萘康?1.2%；農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電裝機容量為45萬kW，占統(tǒng)計總?cè)萘康?.3%；垃圾發(fā)電裝機容量為96萬kW，占統(tǒng)計總?cè)萘康?.8%；分布式光伏發(fā)電、風電和天然氣發(fā)電仍處于起步階段，裝機容量相對較少，分別為103、48和38萬kW，各占統(tǒng)計總?cè)萘康?.0%、1.4%和1.1%。此外，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)核準在建的分布式電源裝機容量為485萬kW，處于前期工作的分布式電源裝機容量為341萬kW。其中，分布式光伏發(fā)電和天然氣多聯(lián)供的核準在建和前期工作的裝機規(guī)模最大，總規(guī)模超過300萬kW，將成為未來分布式電源增長的主力。結(jié)論分布式電源的界定應強調(diào)電能就地消納和清潔高效的核心特征，才能達到分布式電源發(fā)展的本質(zhì)目標，有效促進新能源開發(fā)利用，提高能源