分布式能源白皮书资料

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1、灵活、高效，开启全新能源时代 由英国 Arup 咨询公司和西门子公司联合开展的研究项目 分布式能源系统 3 前言 无论是大城市，还是小乡村，拥有可靠、经济的能源供应，是实现经济增长和幸 福生活的必要条件。在过去的一个多世纪里，随着人口和经济增长，能源行业取 得了惊人的成就。但迄今为止，基本电力系统并没有本质性的改变，大型集中电 厂仍通过国家和国际电网输配电。电力行业服务并支撑着全球经济的持续发展。 未来几十年，全球电力需求仍将持续增长。 因此，我们需要找到一种方法来适应这种增 长，以确保能源供应的经济性、可靠性以及 环境可持续性。 如何减少因能源使用而对区域和全球环境造 成的影响，如何让全球至

2、今还无法在生活中 获得电力的 12 亿人用上电，这本身就是一 个挑战。此外，在这个因人为因素和气候变 化自然灾害事件频发、充满波动和风险的世 界里，一切合理的解决方案都需要被采用。 分布式能源系统 (DES) 技术是解决方案的重要 组成部分。DES 能帮助建筑业主和能源消费者 降低成本，通过现场发电和动态负载管理，确 保可靠性以及额外的财政收入。 通过规模部署，凭其优秀的系统恢复力和效率， DES 还可实现经济效益、社会效益和环境效益 的统一，降低电网成本，减少温室气体排放， 延伸电力供应。当今社会的发展越来越依赖数 字信息技术的运用，与供应链的关联也愈加紧 密，气候变化正威胁着全球，而 DE

3、S 带来的好 处关系到每一个人的切身利益。 本研究报告由西门子和英国 Arup 咨询公司共 同编制，融入了两家公司在能源技术、楼宇和 能源系统设计方面的专业知识与经验，旨在洞 察分布式能源趋势，特别关注在 DES 投资的经 济可行性以及更广泛的共同利益。该报告探讨 了 DES 实施方面的障碍以及那些可能会刺激 DES 解决方案加速布局的行动。本报告通过四 个案例研究，展示了适合 DES 投资的各种应用 以及可以实现的回报。 我们希望这项研究有助于更广泛地讨论未来能 源系统的设计方向，并帮助对 DES 技术的适用 性做出决策。 Roland Busch 博士 西门子股份公司 管理委员会成员 Gr

4、egory Hodkinson 英国 Arup 目录 概要 5 1. 瞬息万变的能源时代 研究案例 1：智能能源构建（德国） 8 2. DES 技术解决方案 研究案例 2：生产设施节能措施（中国） 20 3. DES 当前市场与机遇 研究案例 3：城市社区能源（美国） 34 4. 对广义能源生态系统的影响 研究案例 4：微电网重要客户（意大利） 44 5. 促进框架 50 附录 54 5 概要 在过去的一个世纪，全球能耗稳步增长。在人 口和经济增长的驱动下，尽管生产效率和消耗 效率显著提高， 但这一能耗增长趋势仍将继续。 国际能源署 (IEA) 估计，到 2035 年，为满足世 界能源需求，每

5、年所需的投资将稳步上升至 2 万亿美元。1 然而， 满足我们能源需求的方式正在快速变化， 需要应对诸如可再生能源和智能技术等新的机 遇，以及减少排放和扩大能源获取通道等新的 政策目标。基于市场限制或垄断的传统集中式 直线发电和交付模式正在转向一个更多样化的 动态复杂系统，其中包含多个行为体以及多层 次的能源流、信息流和资金流。 本报告针对降低成本、节能增效、供应安全和 减少碳排放等用户要求，确定了大中型 DES 应 用的重要价值机会。 本报告就如何将 DES 解决方案应用于全球生产 设施、办公楼、城市住宅区和农村社区等问题 进行了调查。 数字说明一切：相比较普通企业， 运营成本下降 8%28%

6、，投资回报 (ROI) 在 37 年。 在类似规模下， 二氧化碳排放量更少。 DES 具有较好的系统恢复力和较高的效率，可 实现经济效益、社会效益和环境效益的统一， 降低电网成本，减少温室气体排放，延伸电力 供应。 提升能源供应安全性及恢复力 全球各地的能源基础设施正在老化，需要大量 投资来进行更换和维修。资产老化、极端天气 都可能导致电网故障，造成停电和限电，甚至 出现环境保护问题。 在设计本地、分布式以及可控的 DES 发电和储 能系统时，需能为其终端用户提供电力中断时 的本地恢复力，甚至可完全独立于公共电网。 对于电网运营商来说，其优势还包括：当基础 设施接近其使用极限时，通过 DES

7、系统，还可 控制用电需求，降低峰值负荷，从而推迟对主 要电网进行大量投资的需求。 分布式能源系统 (DES) 是涵盖各种发电、储能和能源监控的解决 方案。DES 技术代表了一种业务模式转换，通过本地发电和动态 负载管理，可为建筑业主和能源消费者降低成本，提高可靠性和 额外收入。 降低能源成本 廉价但无法确定的石油价格不仅会使总体能源 成本不可预测，而且提高了对能源系统进行升 级的投资风险，这可能会阻碍最终消费者的用 电需求。而通过定制 DES，运营商不仅可以满 足消费者的用电需求，还能够根据市场价格信 号，来进行本地发电，以降低总能源成本。 低碳能源和节能增效 DES 包括可再生能源与低碳发电

8、和控制系统， 并可将这些技术集成到电网中，从而降低碳强 度和能源系统对本地环境的影响。 在地方层面，空气质量差可能引发严重的公共 卫生问题。继续依赖矿物燃料来生产能源是造 成重大空气质量问题的主要原因之一。而 DES 依赖清洁能源生产或混合生产系统，减少了对 空气质量的影响，并有助于保持更环保和更清 洁的生态系统。 通过节能增效，减少碳排放，削减能源成本， 获得直接和明显的回报。 通过与其它传统节能措施相结合，DES 可提高 整个能源系统的效率。通过在工厂、建筑楼宇 和电网层级，集成实时数据监控和多点控制系 统，可显著提高资产利用率和设备效率，确保 按需使用电力、制冷、供暖和照明。 实现人人都

9、能享有能源 国际能源署 (IEA) 估计，全球有 12 亿人，约占 全球人口的 17%，仍无法获得电力或电力供应 有限 2。这些人口大多位于撒哈拉以南的非洲 和东亚。基于 DES 的小规模电气化项目，特别 是离网型微电网，由于系统规划和监管限制较 少，相比大型电力基础设施项目的实施，更快、 更经济。DES 可为离网社区提供清洁、可靠的 能源，从而提高生活质量，促进经济发展。 分布式能源系统的交付 新技术的出现为开发定制的金融工具和所有权 模式提供了机会，这样不仅可促进发展，同时 还可减少一些固有的风险。DES 金融模式考虑 了非核心业务外包这一当前趋势，并寻找表外 改造升级融资途径。 通过采取

10、新的所有权模式，解决了初始资本 支出 (CAPEX) 成本和 DES 设备运营和维护的 问题。合同能源管理 (EPCs) 提供商致力于提 高建筑楼宇的能源效率，降低业主的表外成 本。以减少的能源费用来支付节能项目全部 成本，而剩余资金将由解决方案提供商和建 筑楼宇所有者共享。 开发人员还能够根据最终用户的需求、用电 量和风险承受能力，为 DES 项目提供完整 的交钥匙解决方案。通过签订电力购买协议 (PPA)，外部开发商在消费者财产处设计、交 付和运营电厂，如太阳能光伏发电厂，消费 者根据协议消费购买电力。这样消费者能够 直接从发电厂而不是从公用电网来购买电力。 微电网开发商即是在这种新兴经济

11、体中提供 类似服务。 新成立的能源服务公司 (ESCOs) 也在不断的 发展，它们更多地关注创新的融资方法，包 括表外工具，以及通过能源使用的管理来降 低用电成本。 至 2030 年， 可 再 生 能源在全球能源结构 中所占份额将加倍， 再加上提高效率等措 施，则有可能使全球 变暖速率保持在 2C3 以下。 6摘要 7 该报告研究了 4 个案例。这些案例研究为不同的终端用户提供了中等到大规模的 DES 应用。这 4 个案例研究包括一幢集成新技 术和控制系统的智能节能楼宇，一座采用节能措施的生产设施，一个自给供暖供电的社区和一个正在寻求机会减少对矿石燃料依 赖的离网型农村。为充分证明 DES 在

12、任何地理环境中的适用性，这 4 个案例研究的地点选择了 4 个不同的国家：德国、中国、 美国和印度。 智慧节能楼宇 德国弗莱堡市 在智慧节能楼宇内，通过集成优化电气和 机械设备，降低能源成本，减少碳排放和 提高效率，以促进能源消费的可持续性。 进而显著提高建筑物价值。DES 是智慧节 能楼宇的核心，可大幅降低能源成本，优 化成本与环境以及安全目标之间的平衡。 微电网重要客户 印度比哈尔邦 通过实施 DES，特别是微电网，可解决能 源获取渠道，促进经济发展，解决可持续 发展问题。“重要客户”通常是需要可靠 电源的非住宅消费者（如电信塔，生产设 施等）。与当地社区微电网相结合时，重 要客户的信誉和

13、长期承诺提高了微电网项 目的财务吸引力。 城市社区能源 美国纽约市 随着城市的发展，住房需求逐渐增加，刺 激了大规模的综合开发。在城市发展规划 地区，采用 DES 技术，如热电联产 (CHP) 系统，可实现良好的经济效益。一旦电网 发生断电，热电联产系统可以继续提供电 力，从而提高社区的电力供应恢复力。 生产设施节能措施 中国北京市 制造业通过降低能源成本，可与能源更便 宜的国家保持生产上的竞争优势。通过结 合使用 DES 发电和储能技术及其它节能 措施，可显著降低生成成本，实现可持续 发展。 案例研究一案例研究二案例研究三案例研究四 8 1 瞬息万变的能源时代 简介 为了应对全球人口和经济增

14、长的综合影响，在 过去一个世纪，全球能源消费稳步增长。尽管 生产和消费的效率也提高了，但这种增长在以 后还将继续：国际能源机构 (IEA) 预测，全球能 源消费将在未来 25 年内增长三分之二，2 其中 大部分增长是由新兴经济体所驱动。 在供应方面，我们满足能源需求的方式正在迅 速发生变化，特别是在电力行业。例如，可再 生能源预计将占所有新发电投资的一半以上， 分布式发电的装机容量预计在未来十年将增加 一倍。2.4 我们使用电力的方式也在发生变化， 消耗电力的电动汽车和热泵的快速增长速度超 出人口和经济增长的潜在传统推动速度。 例如， 在英国，预计到 2050 年，由于采暖和交通的 电气化实施

15、，电力的需求将增加一倍。5 当前，能源生产方案越来越多样化，能够部署 在不同规模的应用当中，这给能源消费者和生 产者都带来了机遇和挑战。再加上新控制技术 的研发和能源服务的新兴商业模式，世界似乎 正处于新能源时代的前沿。传统的集中发电模 式和产需分离，将让位于混合能源解决方案和 动态能源行动者，通过本地发电、需求侧管理 和非现场供应来优化客户的能源需求。 本报告展示了分布式能源系统 (DES) 的发展历 史图。从图中可以看出，该系统可广泛适用于 城市、社区、校园和建筑楼宇等不同的场景。 该报告旨在展示 DES 的部署可提供重要价值机 会和其它收益。本报告中还讨论了与 DES 相关 的一些挑战、

16、可用的融资机制以及 DES 对更广 泛的系统级别的影响。 图1. 全球电力消耗 - 当前和未来预测（来源：国际能源署 (IEA)，Enerdata）2,6 1990-2005 年的变化率 % 年份 2015-2040 年变化率 % 当前 预测 亚洲 世界的 其他地方 中东和 非洲 当前的电力系统 在全球大部分地区，电力供应的基本模式至今 变化不大。 大多数电力仍由大型集中电厂生产， 通过高压输电线路到需求中心，并在那里通过 本地配电网将其交付给终端用户。电力供应方 式与石油和天然气等主要燃料的供应方式不同， 因此电力系统及其市场通常是本地化的，并且 在每个国家或地区都有关于电力供应的不同法 规和标准。 发电厂通常远离人口中心，其位置选择靠近一 次能源来源地（例如煤矿或主要河流）或便于 运营 （例如沿海区域以便于获取充足的冷却水） 的地方。 集中式发电厂与可延伸到很远距离的国家输电 网基础设施相连。输电系统运营商 (TSOs) 将高 压电力输送到连接低压配电网的变电站处，并 接近需求点（用电点）。 TSO 还负责保持系统平衡，控制多个电站，从 而按需实时调配电力。 当输电线