分布式能源发展加速电力系统去中心化

从20世纪下半叶开始，世界各国电力系统发展逻辑较为相似——大型发电厂通常设置在燃料（如泥炭、煤炭、天然气、重质燃料油等）开采地区附近，或靠近燃料运输走廊，或靠近大型水库或河流。发电厂的建设具有规模效应，电厂装机越大，建设成本越低。如此一来，发电厂平均单机容量不断增长，从上世纪20年代到80年代的60余年间增长了500多倍。

由于环境原因，发电厂通常远离大城市（当然，也有例外，如俄罗斯的热电联产电厂，这些电厂分布地点靠近消费端：热电联产厂建在城市、工厂等热力消费端，工业热电联产厂建在相应的电力消费端等）。而电力从电厂到消费者的传输，通常需要建设220～500千伏及以上的输电线路（以减少电能传输损耗）和总长度数十万公里的配电线路。

几十年来，这种电力系统架构基本保持不变。集中供电系统以较为合理的价格水平，相对平稳、可靠地为消费者提供着电力服务。但到了20世纪末，集中供电系统的规模效应已不及20世纪中叶，而20世纪70年代的石油危机明显增加了能源进口国对新型节能发电技术的兴趣。

催生这种变化的推手就是分布式发电的出现，特别是20世纪70～80年代美国和欧洲出现的燃气轮机、往复式燃气轮机和联合循环发电厂等新一代发电技术。在此推动下，一批廉价且高效的小容量发电厂（从几十千瓦到几十兆瓦）相继建成，分布式发电设施逐渐增多（见图1）。

（资料来源：Rhodium Group. The State of the Art in Valuing DER. January 2017）

图1  美国分布式发电发展变化（单位：吉瓦）

除分布式发电外，电力行业还出现了节能技术和需求响应等新的机遇。在本世纪的第一个十年，可再生能源迅速发展。欧洲、美国和其他各国政府采取了大规模、长期的可再生能源支持计划，发展无碳能源或减少对能源进出口的依赖。太阳能和风能领域的技术解决方案成本下降了数倍，技术效率大幅提高。根据国际投资银行Lazard的数据，2009～2017年间全球太阳能和风力发电厂平准化度电成本（LCOE）下降幅度约为67%～86%。

可以说，在短短20～30年内，消费者已经获得了各种替代解决方案，他们可以根据成本、可靠性和质量等指标，以个性化比例配置最适合自身的技术解决方案。

美国市场研究机构Navigant Research此前的一份预测曾显示，从2018年起，全球年度新增的分布式发电装机将超过集中式发电装机；到2026年，全球年度新增分布式发电装机将增至2017年的3倍（见图2）。根据另一家美国市场研究机构——BCC Research的数据，2015年全球分布式发电技术的市场规模已达到658亿美元；预计2016～2021年间，全球分布式发电市场规模将从69.7亿美元增至1095亿美元，年均增长率将达到9.5%。

（资料来源：Navigant Research）

图2  全球新增集中式和分布式发电装机预测（单位：兆瓦）

北欧国家的经验表明，应用热电联产，即在同一周期内同时产生电能和热能的技术，也就是结合分布式供热的分布式发电，发展效果更佳。在北欧国家，分布式热电联产是实现电力系统去中心化的第一步，除此以外，还有助于减少输电线路维护成本、降低电能传输损耗。以丹麦为例。在过去的10～20年间，依靠系统的小型热电厂支持措施，丹麦已建成数百个小型天然气和生物质发电厂。此外，该国风电场数量也在增加。丹麦能源署的数据显示，得益于分布式热电联产的发展，丹麦每年的一次能源消耗量减少11%，二氧化碳排放量减少450万吨。

许多新型小容量发电机的出现使其并网过程、控制和调节过程变得更加复杂。灵活建设电网和智能管理电网的新技术应运而生，此后，这些技术获得了统一的名称——智能电网。电力消费者拥有了发电和储电的角色，开始在电力系统中发挥更大的作用。消费者选择的自由度急剧增加。与此同时，在特定家庭层面以及整个经济层面，需求响应、能源效率管理得到了广泛的应用空间。

为此，从国家层面来看，我们需要更加开放的电力市场。分布式能源为打造电力零售市场真正的竞争环境提供了必要前提条件。这种转变就是电力系统去中心化转型。

在全球电力系统经历转型的同时，国际电力巨头的经营业务也在经历巨大的变化。2016年以来，德国意昂集团E.ON、法国电力集团EDF、意大利国家电力公司Enel等相继重组并宣布了新的发展战略，共同之处就是对可再生能源、无碳发电、分布式能源、消费者服务和国际业务的关注。

与电力相关的行业也发生了类似的变化，如电力设备制造和电力工程等行业。2017年11月，西门子宣布计划削减7000个大型涡轮机生产岗位，原因是电力系统去中心化趋势加深和太阳能风能市场增长导致大型涡轮机需求下降。出于类似的原因，2017年12月，通用电气宣布裁员15000人。

因此，分布式能源解决方案已经成为推动世界各国电力系统进行全球化转型的重要因素（见图3）。今后，分布式能源对电力系统转型的影响还会加剧。

图3  电力系统从集中式（上侧）向分散式（下侧）的转型

俄罗斯在20世纪末曾拥有世界上最大的集中供电系统，如今，其电力系统去中心化过程已自发开始，尽管这一进程并不迅速。早在上世纪90年代，俄罗斯天然气工业股份公司就为其在乌拉尔的分公司投资建设小型发电厂，并为这些电厂投资生产本地化发电设备。2010年以来，随着连网成本增加，从社区到大型工业公司（包括石油和天然气公司），俄罗斯许多团体和经济实体开始建设自备电厂。

近年来，俄罗斯发展分布式能源的主要驱动因素是新发电设施并网成本高、复杂性强、现有电源可靠性不足，以及大中型工业用户减少电力长期成本、提高二次能源利用效率的需要。电力最终价格与消费者需求之间缺乏明确的联系也是一个重要的激励因素，因为需求和电价无法联动会产生各种不确定性，严重影响消费者的成本管理。

在家庭层面，分布式能源（主要是微型发电的形式）仍然是极少数居民的选择，尚未得到适当的发展。在工业、农业等领域，俄罗斯已有数百个应用分布式能源解决方案的示范项目。

注：本文节选自俄罗斯莫斯科斯科沃（SKOLKOVO）管理学院能源中心2018年10月出版的的研究报告《俄罗斯分布式能源发展潜力（Distributed energy resources in Russia: Development Potential）》。