盧麒宇 姜圣賢 吳克強(qiáng) 王天奇 吳高鵬

【摘? 要】 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，能源消耗總量不斷增加，能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益凸顯，清潔、高效、低碳的能源利用方式成為未來社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。分布式能源（distributed energy resource，簡稱DER）作為一種新型清潔、高效、低碳的能源利用方式，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。文章通過分析分布式能源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，探討了分布式能源資源優(yōu)化配置的實(shí)現(xiàn)途徑，并針對當(dāng)前分布式能源資源應(yīng)用中存在的問題，從政策機(jī)制、技術(shù)支持等方面提出了分布式能源資源優(yōu)化配置策略，以促進(jìn)分布式能源資源在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】 分布式能源；電力系統(tǒng)；資源應(yīng)用

分布式能源是指分散式、就近使用、自供自用、自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的能源利用形式，具有發(fā)電側(cè)就地消納、負(fù)荷側(cè)靈活調(diào)控、能源供應(yīng)多樣化等優(yōu)勢。分布式能源資源主要包括光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等，其突出特點(diǎn)是具備較強(qiáng)的靈活性，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需要，合理安排，以最小化系統(tǒng)總成本。分布式能源具有規(guī)模小、布局分散和運(yùn)行靈活等特點(diǎn)，在一定程度上可以解決集中式能源供應(yīng)的瓶頸問題，提高可再生能源的比重和利用率，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。目前分布式能源在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其技術(shù)也在不斷進(jìn)步，逐步走向成熟。隨著可再生能源發(fā)電成本的逐步降低和分布式發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，分布式能源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將逐漸增多。

分布式能源資源配置是指不同種類的分布式能源資源在不同環(huán)節(jié)、不同地域間合理進(jìn)行優(yōu)化配置。合理的配置方式對提高分布式能源資源利用率、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量分布式能源資源優(yōu)化配置研究，提出了多種優(yōu)化配置方法。如基于非合作博弈理論，采用變參數(shù)法建立了分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型；基于能量轉(zhuǎn)移理論建立了以風(fēng)電和光伏為主體的分布式電源協(xié)調(diào)控制模型；構(gòu)建了考慮風(fēng)電和光伏出力不確定性的多時(shí)間尺度多目標(biāo)優(yōu)化模型；基于負(fù)荷預(yù)測的分布式電源聯(lián)合調(diào)度模型；基于隨機(jī)潮流與最小二乘支持向量回歸機(jī)的多能互補(bǔ)優(yōu)化調(diào)度模型。上述研究成果為分布式能源資源在電力系統(tǒng)中應(yīng)用提供了一定參考。

一、分布式能源發(fā)展現(xiàn)狀

分布式能源資源是指能夠獨(dú)立或多點(diǎn)供應(yīng)的能源形式，一般包括燃料電池、太陽能、生物質(zhì)、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、潮汐能、風(fēng)能等。與傳統(tǒng)的集中式能源利用方式相比，分布式能源具有發(fā)電容量小、設(shè)備安裝靈活、供電可靠性高等特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)供電的供需平衡和資源共享，提高能源利用效率。近年來，分布式能源發(fā)展迅速，得到世界各國的普遍重視和廣泛應(yīng)用。美國能源部早在2000年就提出了“分布式電源計(jì)劃”，并于2002年在紐約建成首個(gè)大型分布式能源電站；英國政府于2005年頒布《可再生能源法》，將分布式能源作為電力系統(tǒng)的重要組成部分；德國政府制定了《可再生能源法》和《關(guān)于發(fā)展太陽能利用和熱泵的指導(dǎo)意見》等一系列政策法規(guī)；日本政府自2008年起積極推廣分布式發(fā)電技術(shù)；歐盟于2010年出臺(tái)了《歐洲可再生能源路線圖》，鼓勵(lì)開發(fā)利用太陽能等可再生能源。

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，我國面臨的資源和環(huán)境壓力不斷加大，需要更加高效、清潔的能源供應(yīng)方式。為了響應(yīng)國家能源戰(zhàn)略調(diào)整及節(jié)能減排政策，促進(jìn)我國分布式能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國先后出臺(tái)了一系列支持政策。2010年5月，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》（國發(fā)〔2010〕12號）；2011年11月，國家發(fā)改委、工信部、科技部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》（發(fā)改能源〔2011〕863號）；2014年8月，國家能源局發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)分布式發(fā)電規(guī)范健康發(fā)展的通知》（國能新能〔2014〕439號）；2015年5月，國家發(fā)改委、財(cái)政部、工信部等九部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見》（發(fā)改能源〔2015〕2061號）；2016年7月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》（發(fā)改能源〔2016〕1611號）；2017年4月，國務(wù)院發(fā)布了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》（國發(fā)〔2017〕22號）。截至2017年年底，我國累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量超過11.3億kW，約占全球總量的1/5。2017年全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到18.7億kW。目前分布式電源已廣泛應(yīng)用于交通、建筑、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，與傳統(tǒng)集中式發(fā)電方式相比，分布式能源資源具有建設(shè)周期短、投資回報(bào)快、供電可靠性高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。

二、優(yōu)化配置的實(shí)現(xiàn)途徑

（一）優(yōu)化規(guī)劃

分布式能源資源的優(yōu)化配置需要對分布式能源資源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行充分分析和研究，從其經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性等方面入手，對其建設(shè)和運(yùn)行進(jìn)行合理規(guī)劃，以確保分布式能源資源在電力系統(tǒng)中的高效應(yīng)用。目前，我國已初步形成了一套較為完善的分布式能源資源在電力系統(tǒng)中的規(guī)劃方法，如以可靠性為中心的規(guī)劃方法、基于“源—網(wǎng)—荷”一體化調(diào)度的分布式能源資源優(yōu)化配置方法等。

此外，在進(jìn)行分布式能源資源規(guī)劃時(shí)，還應(yīng)充分考慮環(huán)境因素，如太陽能光伏發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等具有一定間歇性和波動(dòng)性的分布式能源資源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。此外，還應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性因素，如天然氣價(jià)格、燃料費(fèi)用等。綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和安全三個(gè)方面因素后，再進(jìn)行合理規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)分布式能源資源在電力系統(tǒng)中高效利用的關(guān)鍵。在進(jìn)行分布式能源資源優(yōu)化配置時(shí)，需要充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性因素，避免盲目進(jìn)行建設(shè)和投入運(yùn)行。只有這樣，才能確保電力系統(tǒng)中分布式能源資源能夠發(fā)揮出其最大的作用。

（二）合理選擇技術(shù)水平較高的分布式能源資源

分布式能源資源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要以電為中心，將電能作為生產(chǎn)、生活中的主要能量載體，但隨著分布式能源資源技術(shù)水平的不斷提高，其能量密度也在不斷增加。因此，在分布式能源資源技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的前提下，選擇技術(shù)水平較高的分布式能源資源實(shí)現(xiàn)其高效利用。熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是以天然氣為燃料，將天然氣和蒸汽或熱水通過換熱裝置轉(zhuǎn)換成熱水或蒸汽，供給用戶使用。與傳統(tǒng)燃煤電廠相比，熱電聯(lián)產(chǎn)具有高效率、低排放的特點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。燃料電池。燃料電池是一種利用燃料電池為電源的發(fā)電裝置，可作為電力系統(tǒng)中重要的電能轉(zhuǎn)換裝置和電能存儲(chǔ)裝置。燃料電池具有高效率、低污染、低排放等特點(diǎn)，但其燃料電池是一種“耗電大戶”，需要消耗大量的電力才能獲得相應(yīng)的電量，并且由于燃料電池需要長期蓄電和放電才能維持其正常運(yùn)行，使得燃料電池系統(tǒng)造價(jià)較高。太陽能和風(fēng)能發(fā)電。太陽能和風(fēng)能發(fā)電具有高效、清潔、可再生等特點(diǎn)，且具有建設(shè)成本低、運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)勢。

（三）充分發(fā)揮市場機(jī)制的作用

在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，分布式能源資源的市場定位是提供輔助服務(wù)，而在電力市場中，則是作為獨(dú)立市場主體參與電力市場競爭。因此，在分布式能源資源的利用過程中，需要充分發(fā)揮市場機(jī)制的作用，以實(shí)現(xiàn)分布式能源資源與電力市場的有效銜接。同時(shí)，對于分布式能源資源的管理而言，也需要充分發(fā)揮市場機(jī)制的作用。

根據(jù)用戶用能需求，充分利用分布式能源資源參與電力系統(tǒng)調(diào)度。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，用戶需要承擔(dān)發(fā)、輸、配、用等各個(gè)環(huán)節(jié)的成本費(fèi)用，而在分布式能源資源參與電力系統(tǒng)調(diào)度后，可以通過對用戶用能需求以及供電可靠性等因素進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)多種分布式能源資源優(yōu)化配置。在分布式能源資源接入后，通過市場機(jī)制對用戶用能需求進(jìn)行定價(jià)。對具備消納條件的分布式能源資源接入到電網(wǎng)中后，可以通過市場機(jī)制對其進(jìn)行定價(jià)，從而引導(dǎo)用戶合理選擇分布式能源資源的接入方式。在電力系統(tǒng)中引入競爭機(jī)制。引入競爭機(jī)制可以充分調(diào)動(dòng)各主體參與分布式能源資源建設(shè)與利用的積極性，促進(jìn)分布式能源資源在電力系統(tǒng)中的合理配置。

三、優(yōu)化配置的相關(guān)研究

分布式能源資源的優(yōu)化配置研究是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及電力系統(tǒng)多個(gè)方面，包括分布式能源資源規(guī)劃與優(yōu)化、分布式能源資源接入電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估等。在當(dāng)前分布式能源資源配置中，為了解決多目標(biāo)決策問題，通常將多個(gè)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行綜合，以提高決策的合理性和科學(xué)性。在多目標(biāo)規(guī)劃問題中，分布式能源資源配置優(yōu)化是指在考慮多種因素的情況下，尋求分布式能源資源規(guī)劃與優(yōu)化組合問題的最優(yōu)解。從研究現(xiàn)狀來看，多目標(biāo)優(yōu)化問題可以劃分為確定性和隨機(jī)性兩類。在確定性模型中，主要考慮電源出力、負(fù)荷需求和電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素；在隨機(jī)性模型中，主要考慮負(fù)荷、電力網(wǎng)絡(luò)和電源的動(dòng)態(tài)特性等因素。在確定性模型中，一般通過蒙特卡洛仿真技術(shù)求解最優(yōu)解；而在隨機(jī)性模型中，則通過智能優(yōu)化算法求解。無論是確定性模型還是隨機(jī)性模型，都需要對多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化決策。

四、存在的主要問題及改進(jìn)策略

（一）缺乏對分布式能源系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性的深入研究

分布式能源系統(tǒng)具有很強(qiáng)的不確定性，其內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)及外部環(huán)境因素對其運(yùn)行特性有著重要影響。在分布式能源系統(tǒng)中，如何充分發(fā)揮不同形式分布式能源的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效率，是當(dāng)前分布式能源系統(tǒng)研究與應(yīng)用中亟待解決的問題。

（二）缺乏對分布式能源資源優(yōu)化配置的支持政策

國家出臺(tái)了一系列政策措施鼓勵(lì)分布式能源資源在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，但是缺乏相關(guān)配套措施和實(shí)施細(xì)則，相關(guān)政策法規(guī)也不夠完善，不能充分發(fā)揮市場機(jī)制對資源配置的決定性作用，同時(shí)也制約了分布式能源資源在電力系統(tǒng)中的有效利用。

（三）缺少對分布式能源技術(shù)創(chuàng)新的激勵(lì)機(jī)制

技術(shù)開發(fā)人員缺乏積極性，導(dǎo)致新型發(fā)電模式和高效能量轉(zhuǎn)換裝置不能在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。電力市場、輸配電價(jià)及相關(guān)政策法規(guī)等還存在不完善、不合理等問題，也制約了分布式能源資源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

（四）未形成集中式多能互補(bǔ)供能方式

分散式多能互補(bǔ)供能方式具有較強(qiáng)的分散性和不經(jīng)濟(jì)性，無法為用戶提供高效、經(jīng)濟(jì)的能源服務(wù)，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。而集中式多能互補(bǔ)供能方式由于涉及復(fù)雜的電源協(xié)調(diào)、電網(wǎng)接入等問題，且成本較高，難以實(shí)施。此外，我國對分散式多能互補(bǔ)供能技術(shù)、設(shè)備及系統(tǒng)集成等缺乏研究和應(yīng)用，缺乏統(tǒng)一的管理、規(guī)劃與協(xié)調(diào)機(jī)制。

針對上述問題，需要采取相應(yīng)措施予以改進(jìn)，如加強(qiáng)分布式能源資源優(yōu)化配置相關(guān)政策法規(guī)建設(shè)和實(shí)施細(xì)則制定；研究建立分布式能源資源環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益綜合評價(jià)指標(biāo)體系；研究建立分布式能源資源優(yōu)化配置平臺(tái)；進(jìn)一步完善電力市場運(yùn)行機(jī)制；加快推動(dòng)分布式能源資源與其他可再生能源等多種類型資源協(xié)同發(fā)展和互補(bǔ)利用。

五、結(jié)語

分布式能源作為一種清潔、高效、低碳的能源利用方式，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用必將越來越廣泛，其在未來電力系統(tǒng)中的地位也將越來越重要。然而，目前分布式能源資源優(yōu)化配置仍然存在很多問題，主要表現(xiàn)在缺乏配套的政策機(jī)制和技術(shù)支持。因此，應(yīng)建立健全分布式能源資源優(yōu)化配置機(jī)制，推動(dòng)分布式能源資源應(yīng)用；加強(qiáng)政策引導(dǎo)，加快分布式能源發(fā)展；完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與進(jìn)步；加強(qiáng)政策法規(guī)建設(shè)，完善相關(guān)法律法規(guī)體系；加強(qiáng)分布式能源資源并網(wǎng)運(yùn)行管理及相關(guān)技術(shù)研究；優(yōu)化配置策略，推進(jìn)分布式能源資源在電力系統(tǒng)中應(yīng)用。

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