日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)應用現(xiàn)狀及其對中國的啟示

2018-02-05 11:20:18 分布式能源　點擊量：評論 (0)

分布式能源互聯(lián)網(wǎng)理念的提出是為了破解常規(guī)分布式能源系統(tǒng)供需失衡的困境，由點及面深度挖掘節(jié)能減排潛力。日本的分布式能源應用正從傳統(tǒng)單

分布式能源互聯(lián)網(wǎng)理念的提出是為了破解常規(guī)分布式能源系統(tǒng)供需失衡的困境，由點及面深度挖掘節(jié)能減排潛力。日本的分布式能源應用正從傳統(tǒng)單體模式走向互聯(lián)網(wǎng)模式。通過案例分析可以看出，日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的推進大多以燃氣公司為實施主體，以既有建筑為實施對象，以區(qū)域熱融通為實施內(nèi)容，側重于互聯(lián)網(wǎng)理念在能源物理層面的滲透。作為能源互聯(lián)網(wǎng)理念在微觀區(qū)域層面的具象化，分布式能源互聯(lián)網(wǎng)在我國也引起了廣泛關注，分布式能源的網(wǎng)絡化應用已進入先導示范階段，日本的實踐經(jīng)驗值得借鑒。我國首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目大多是由電力公司牽頭申請，而天然氣是一次能源，以燃氣公司為主體推進能源互聯(lián)網(wǎng)建設，可以使互聯(lián)網(wǎng)理念在能源領域的滲透更深入、更徹底;我國的多能互補和能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目更關注電融通，但熱能的傳輸損失要遠大于電，而且在終端能源需求中熱能占比也高于電，因而構建熱能局域網(wǎng)的迫切性要高于電能局域網(wǎng); 規(guī)劃設計中應擺脫常規(guī)貪大求多的規(guī)模效應思維，立足于可確定負荷;要結合既有建筑節(jié)能改造，構建跨邊界的一體化節(jié)能改造框架體系。

1 前言

自上世紀70年代末引入分布式能源以來，日本政產(chǎn)學研各界對其一直寄予厚望。從最初的增效節(jié)能，到本世紀初的二氧化碳減排，直至現(xiàn)今的能源安全與能源自立，分布式能源系統(tǒng)的潛在優(yōu)勢正在被全面挖掘。

截至2016年3月，日本國內(nèi)基于熱電聯(lián)產(chǎn)的分布式能源系統(tǒng)總裝機容量突破1000萬kW，其中民用領域占21%;總裝機臺數(shù)為16424臺，民用占72%。然而，就實施效果而言，無論是民用還是工業(yè)領域，系統(tǒng)綜合能效遠未達到其最大潛力。究其原因，供需兩側熱、電等多元能源的匹配與平衡是影響系統(tǒng)性能的關鍵所在。

在日本，既有分布式能源系統(tǒng)大多以單體用戶為供能對象，用戶負荷單一，逐時波動性強，供需互動難以有效實現(xiàn)。為破解上述困局，近年來日本各大能源商開始嘗試突破現(xiàn)有分布式能源系統(tǒng)的供能邊界，將同一區(qū)域范圍內(nèi)多個相鄰的分布式能源用戶納入統(tǒng)一供能體系，通過構建區(qū)域能源微網(wǎng)，實現(xiàn)能源在有限區(qū)域內(nèi)的共享、融通。

另一方面，2011年東北大地震后，能源安全、業(yè)務持續(xù)計劃(BCP)、停電對應型能源系統(tǒng)等概念受到空前關注，而基于多用戶、多類型分布式能源的網(wǎng)絡化、智能化應用被認為是應對上述問題的有效解決方案。基于上述理念，東京燃氣等大型能源服務商已開展了實證示范，并取得了初步成效。

在我國，“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源理念正逐步滲透，相關示范項目也在如火如荼建設中。不可否認的是，我國在分布式能源相關理念、技術、政策等層面與日本存在一定差距，日本在該領域的實踐經(jīng)驗對我國具有非常大的參考意義，通過總結其經(jīng)驗教訓，可有效縮短我國的試錯過程，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。長期以來，日本能源領域的發(fā)展一直是國內(nèi)學者關注的重點，但已有研究大多集中于宏觀能源政策的整理與分析。

在分布式能源領域，楊映等從政策法規(guī)、并網(wǎng)管理等角度分析了日本分布式能源發(fā)展的實踐經(jīng)驗。筆者等也對日本分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展歷程、技術現(xiàn)狀、未來趨勢等進行了分析。總體而言，既往研究多著力于宏觀分析，對于實際案例的介紹與分析目前相關研究甚少。

為此，本文針對區(qū)域層面分布式能源的網(wǎng)絡化應用這一日本能源領域新的發(fā)展動態(tài)，在介紹其基本理念、相關政策的同時，通過具體案例分析，深入探討其技術架構及實施效果，為我國“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源理念在區(qū)域層面的具象化提供有益參考。

2 分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的理念與架構

分布式能源互聯(lián)網(wǎng)是協(xié)同、共享的互聯(lián)網(wǎng)理念在能源領域的滲透與融合，其提出的根本動因是為了破解常規(guī)分布式能源系統(tǒng)供需失衡的困境，由點及面深度挖掘節(jié)能減排潛力。另一方面，以綜合能源服務為導向的電力和能源體制改革，也為分布式能源的網(wǎng)絡化應用提供了有效支撐。

如圖1所示，常規(guī)分布式能源系統(tǒng)以小型化、分散化為立足點，著力于為特定用戶提供量身定做的能源服務。然而，單體用戶用能需求大多呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性和時空性波動，而且電、熱需求亦不同步。為適應需求側用能行為的動態(tài)變化，供給側運行調度即使從技術層面能夠實現(xiàn)，也必將以犧牲系統(tǒng)效率為代價。分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的提出則使分布式能源的應用超越了傳統(tǒng)時空約束，在廣域范圍內(nèi)實現(xiàn)供需統(tǒng)合。

具體而言，在供給側，各用戶所配置的多類型分布式能源設備協(xié)調運行;在需求側，多元用戶負荷平均、互補，呈現(xiàn)更良好的負荷特性。最終，通過區(qū)域內(nèi)多個分布式能源用戶間的協(xié)同調度、能源共享，確立剛柔并濟的新型區(qū)域供能體系。

3 日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)相關政策

在日本，分布式能源互聯(lián)網(wǎng)在物理層面上是傳統(tǒng)區(qū)域供熱供冷系統(tǒng)與分布式能源的耦合，為此，相關政策亦是從這兩個角度提出。回顧其發(fā)展歷程，1972年日本區(qū)域供熱供冷協(xié)會成立，2006年更名為城市環(huán)境能源協(xié)會，旨在通過更深入、徹底的節(jié)能推進低碳城市發(fā)展。

在分布式能源領域，日本于1985年設立了熱電聯(lián)產(chǎn)研究會，1997年更名為“日本熱電聯(lián)產(chǎn)中心”，2011年再次更名為“熱電聯(lián)產(chǎn)與能源高效利用中心”。從上述兩協(xié)會的發(fā)展歷程可見，傳統(tǒng)區(qū)域供熱供冷與分布式能源正逐漸統(tǒng)合，旨在面向分布式能源在區(qū)域層面的網(wǎng)絡化應用。

在政策層面，自2005年“京都議定書目標達成規(guī)劃”發(fā)布以來，日本出臺的一系列能源相關政策均明確提出要促進城市能源面域利用體系的構建，而分布式能源的網(wǎng)絡化應用則是其重要舉措之一。

在2010年內(nèi)閣府發(fā)布的“新增長戰(zhàn)略”中，作為100個戰(zhàn)略行動之一，提出要通過能源的面域利用促進需求側能源有效管理，并開始著手相關法律的制定。同年發(fā)布的“能源基本規(guī)劃”也重點強調了城市和街區(qū)層面的能源優(yōu)化利用，特別是區(qū)域內(nèi)可再生能源、未利用能源的有效利用。

為了引導能源區(qū)域層面的網(wǎng)絡化應用，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省于2005年發(fā)布了“能源面域利用導則”，在探討其技術經(jīng)濟可行性的基礎上，詳細闡述了能源面域利用的實施流程、相關法規(guī)手續(xù)等。2007年，再次發(fā)布了“基于未利用能源面域利用的供熱促進導則”，重點探討了將城市內(nèi)部廣域分散的低品位未利用熱能，通過構建區(qū)域熱網(wǎng)進行有效利用的可能性。在宏觀引導的同時，日本環(huán)境省﹑經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省﹑國土交通省等部門也頒布了一系列的激勵制度，以切實有效推進區(qū)域能源的網(wǎng)絡化利用。

表1給出了日本區(qū)域能源網(wǎng)絡化利用的一些相關激勵制度。除國家層面外，各地方政府也出臺了相應政策措施。

作為日本的政治、經(jīng)濟和文化中心，東京以2020年奧運會為契機，提出了以“世界第一的城市———東京”為主旨的長期發(fā)展愿景，針對2個基本目標，制定了8大城市戰(zhàn)略和25個政策方針，其中之一即為構建智能能源城市。為此，東京都政府推出了“智能能源區(qū)域形成推進事業(yè)”的補助制度，2015～2019年預計投入55億日元，補助熱電融通網(wǎng)絡及熱電聯(lián)產(chǎn)等項目的初期投資費用。