国际能源署分析发展分布式能源的机遇与挑战

近日，国际能源署（IEA）发布《释放分布式能源资源潜力：电力系统机遇和最佳实践》报告指出，随着屋顶太阳能电池板和电池储能等分布式能源资源的快速发展，不仅将改变电力的生产方式，还将改变电力的交易、输送和消费方式，在促进全球碳减排的同时，提高电网弹性。其中，数字化技术有望将分布式能源资产转化为宝贵的电网资产。为充分发挥分布式能源的巨大潜力，未来需进行电力市场和监管改革，通过协调促进金融资产和实物资产有效配置。具体内容如下：一、分布式能源资源为电力系统创造了新的机遇，同时也带来了新的挑战1、分布式能源资源将导致电力市场生产消费关系更为复杂作为能源消费终端的小型清洁能源装置，如太阳能电池板、储能电池和电动汽车正日益普及，并正在改变能源系统。2019-2021年间，全球分布式光伏系统装机规模达到167吉瓦，这意味着光伏系统峰值总发电量高于法国和英国峰值总发电量。2020年，全球电动汽车保有量超过1000万辆，热泵使用量达到近1.8亿台。电气化作为迈向清洁能源转型的一个必要条件，不仅增加了电力消耗量，而且增加了各种电力设备的数量和种类。各种新技术正在帮助消费者更加积极主动地进入电力市场，电力生产和消费不再局限于大型集中式发电厂和供电公司。更重要的是，电力市场不再是仅从电网流向消费者的单向行为，消费者可以生产电力供自己消费，也可以在市场上销售，从而产生双向市场行为。消费者越来越多地通过复杂的交互式智慧能源设备网络调节自己的能源需求。2、分布式能源资源为消费者带来诸多便利，促进碳减排，提高电网弹性分布式能源资源的主要受益者是拥有分布式能源资源的消费者。分布式光伏可以为家庭和企业提供成本低廉的电力，减少其对电网的过度依赖。当与储能系统集成使用时，光伏系统将有助于保护用户免受断电影响，例如遇到极端天气事件。分布式能源使消费者能够根据自己的需求和习惯生产和消费电力。此外，分布式能源在诸多方面支持碳减排行为，如可以使用分布式光伏取代化石燃料发电，或者使用电动汽车取代内燃机汽车。3、分布式能源的快速扩张将对毫无准备的电网系统造成新的挑战如今，许多电网系统都是基于20世纪电力使用情况设计部署的，当时分布式能源占比较小。随着当前越来越多的电力是由波动性可再生能源生产，无论是在短期还是以季节为跨度，都需要更灵活的电网系统以满足电力供需平衡。一些分布式能源能通过技术创新缓解其对电网系统造成的波动性影响。例如，电化学储能系统能够有效提高电网灵活性；智能电动汽车充电系统能有效转移充电负荷，减少晚高峰电力需求。但值得注意的是，目前许多监管部门和系统运营商既没有足够的分布式能源信息，也没有足够的配电网监测设备对电力供需动态变化进行跟踪监测。这将不利于通过刺激分布式能源与电网需求相配合，实现分布式能源效益最大化。4、数字化技术可以将分布式能源资源转化为宝贵的电网资产网络监控设备和智能电表等数字化技术可以提高配电网的可视性，先进的逆变器可以让用户监控、编程和远程控制其分布式光伏系统的输出功率。此外，数字化管理系统可以支持单个分布式能源的有效汇聚，并为电力供应链上的多个利益相关者提供多样化的服务。目前，5种具有应用前景的技术和解决方案能有效进行资源整合，但其各有局限性：①电池储能系统，可在可再生能源发电过剩期间储存能量，在电力需求高峰期放电，但主要限制是相对较高的前期运营成本；②电动汽车，作为移动电池系统用途广泛，但其对电网的价值受限于充电技术和电网控制技术；③配备低成本控制设备，电动储水和空间加热器可以促使电网系统灵活运行，但为已配备燃气服务的家庭转化为电力功能需要大量的前期投资；④电网交互式高效建筑，该项技术能优化能源“产销合一”（电力生产和消费相结合），同时满足电网需求并提供广泛的电网交互性，但需要采取适当的激励措施促进消费者采用；⑤虚拟发电厂（VPP），即分布式发电机组、储能系统和灵活电网需求系统，可以使用机器学习等高级数据分析来优化大面积分布式资源的整合，但政策和监管问题是虚拟发电厂广泛应用的主要障碍。二、需要电力市场和监管改革充分挖掘分布式能源资源的应用潜力不合适的消费者激励可能会限制分布式能源对电网系统的潜在应用价值，因此，监管部门和系统运营商将共同努力创造一个公平的竞争环境，系统评估分布式能源对电网系统的贡献作用，让分布式能源的所有者得到公平的补偿，并让系统运营商更充分地将分布式能源服务更好地整合到电网系统中，这种整合协调将更有效地部署金融资本和实物资产。未来将采取以下行动加速分布式能源资源的部署和整合。（1）更好地调节电力系统和消费者之间的动态交互性将分布式能源资源集成到电力系统中的一个主要障碍是对低压电网和电表后端资源缺乏足够的交互性。为更好地了解这一动态变化，政策制定者、监管机构和系统运营商可采取以下行动：①确定数据缺口，进行纠正以获得行业中认可的可见性级别；②充分利用可用的数据源，创建强大的数据管理系统；③开发一个对所有市场参与者通用的灵活性资源注册表，开发选项更多的数据收集库；④优化短期需求预测、动态网络建模和长期电网容量规划。（2）为电表后端资源提供可靠和灵活的电网接入端为减轻分布式能源资源并入电网带来的不确定影响，同时扩大其部署规模，监管机构和系统运营商应采取以下行动：①更新电网接入代码，要求分布式光伏系统等分布式能源资源具有先进的逆变器功能，如电压/频率穿越能力（即分布式能源资源在电网处于轻微扰动时仍能保持稳定运行）和电压调节功能；②降低操作需求，为广泛部署分布式能源资源做好技术准备；③引入灵活的电网链接端口，以动态反映每个资源的动态变化。（3）积极推进小规模分布式能源资源市场整合提高系统效率能有效降低成本，只要可靠性得以保证，积极推进小规模分布式能源资源市场将产生积极影响。为此，监管机构和系统运营商将采取以下行动：①允许独立的整合机构参与到所有类型的市场中，特别是平衡、辅助服务和容量市场，通过试点项目评估收益和风险；②确定独立整合机构的角色和责任，特别是对零售商通过需求响应调动电力时进行补偿激励；③降低市场产品的最低投标规模，缩短采购和交货期，引入两种不对称（向上和向下）市场产品，允许整合资源池进行预审，避免对小规模资源的歧视；④开发市场参与模型，更好地吸收和采纳新兴资源，如电池储能和异构技术的整合，包括分布式太阳能光伏、电动汽车和智能热水器。（4）对电网边缘技术的多重灵活性优势进行公平的市场补偿分布式能源资源是位于用电地点附近的易于适应的能源资源，这一特点有助于监管部门沿着供应链为输电系统运营商、配电系统运营商、零售商和消费者提供更灵活的服务。为此，监管机构和系统运营商可采取以下行动：①通过缩短实时市场结算（或交易）周期，优化市场电力价格随时间的变化实施响应机制；②补偿分布式能源资源的灵活性容量价值，这有助于确保可再生能源主导的电力系统的长期资源充足性；③在输电系统和运营商之间建立市场规则和协调平台。