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日本分布式能源互联网应用现状及其对中国的启示

北极星储能网  来源:分布式能源    2018/2/5 8:22:28  我要投稿  

北极星储能网讯分布式能源互联网理念的提出是为了破解常规分布式能源系统供需失衡的困境,由点及面深度挖掘节能减排潜力。日本的分布式能源应用正从传统单体模式走向互联网模式。通过案例分析可以看出, 日本分布式能源互联网的推进大多以燃气公司为实施主体,以既有建筑为实施对象,以区域热融通为实施内容,侧重于互联网理念在能源物理层面的渗透。作为能源互联网理念在微观区域层面的具象化,分布式能源互联网在我国也引起了广泛关注,分布式能源的网络化应用已进入先导示范阶段, 日本的实践经验值得借鉴。我国首批能源互联网示范项目大多是由电力公司牵头申请,而天然气是一次能源,以燃气公司为主体推进能源互联网建设,可以使互联网理念在能源领域的渗透更深入、更彻底;我国的多能互补和能源互联网示范项目更关注电融通, 但热能的传输损失要远大于电, 而且在终端能源需求中热能占比也高于电, 因而构建热能局域网的迫切性要高于电能局域网; 规划设计中应摆脱常规贪大求多的规模效应思维,立足于可确定负荷;要结合既有建筑节能改造,构建跨边界的一体化节能改造框架体系。

1 前言

自上世纪70年代末引入分布式能源以来,日本政产学研各界对其一直寄予厚望。从最初的增效节能,到本世纪初的二氧化碳减排,直至现今的能源安全与能源自立,分布式能源系统的潜在优势正在被全面挖掘。

截至2016年3月,日本国内基于热电联产的分布式能源系统总装机容量突破1000万kW,其中民用领域占21%;总装机台数为16424台,民用占72%。然而,就实施效果而言,无论是民用还是工业领域,系统综合能效远未达到其最大潜力。究其原因,供需两侧热、电等多元能源的匹配与平衡是影响系统性能的关键所在。

在日本,既有分布式能源系统大多以单体用户为供能对象,用户负荷单一,逐时波动性强,供需互动难以有效实现。为破解上述困局,近年来日本各大能源商开始尝试突破现有分布式能源系统的供能边界,将同一区域范围内多个相邻的分布式能源用户纳入统一供能体系,通过构建区域能源微网,实现能源在有限区域内的共享、融通。

另一方面,2011年东北大地震后,能源安全、业务持续计划(BCP)、停电对应型能源系统等概念受到空前关注,而基于多用户、多类型分布式能源的网络化、智能化应用被认为是应对上述问题的有效解决方案。基于上述理念,东京燃气等大型能源服务商已开展了实证示范,并取得了初步成效。

在我国,“互联网+”智慧能源理念正逐步渗透,相关示范项目也在如火如荼建设中。不可否认的是,我国在分布式能源相关理念、技术、政策等层面与日本存在一定差距,日本在该领域的实践经验对我国具有非常大的参考意义,通过总结其经验教训,可有效缩短我国的试错过程,实现跨越式发展。长期以来,日本能源领域的发展一直是国内学者关注的重点,但已有研究大多集中于宏观能源政策的整理与分析。

在分布式能源领域,杨映等从政策法规、并网管理等角度分析了日本分布式能源发展的实践经验。笔者等也对日本分布式热电联产系统的发展历程、技术现状、未来趋势等进行了分析。总体而言,既往研究多着力于宏观分析,对于实际案例的介绍与分析目前相关研究甚少。

为此,本文针对区域层面分布式能源的网络化应用这一日本能源领域新的发展动态,在介绍其基本理念、相关政策的同时,通过具体案例分析,深入探讨其技术架构及实施效果,为我国“互联网+”智慧能源理念在区域层面的具象化提供有益参考。

2 分布式能源互联网的理念与架构

分布式能源互联网是协同、共享的互联网理念在能源领域的渗透与融合,其提出的根本动因是为了破解常规分布式能源系统供需失衡的困境,由点及面深度挖掘节能减排潜力。另一方面,以综合能源服务为导向的电力和能源体制改革,也为分布式能源的网络化应用提供了有效支撑。

如图1所示,常规分布式能源系统以小型化、分散化为立足点,着力于为特定用户提供量身定做的能源服务。然而,单体用户用能需求大多呈现明显的季节性和时空性波动,而且电、热需求亦不同步。为适应需求侧用能行为的动态变化,供给侧运行调度即使从技术层面能够实现,也必将以牺牲系统效率为代价。分布式能源互联网的提出则使分布式能源的应用超越了传统时空约束,在广域范围内实现供需统合。

具体而言,在供给侧,各用户所配置的多类型分布式能源设备协调运行;在需求侧,多元用户负荷平均、互补,呈现更良好的负荷特性。最终,通过区域内多个分布式能源用户间的协同调度、能源共享,确立刚柔并济的新型区域供能体系。

3 日本分布式能源互联网相关政策

在日本,分布式能源互联网在物理层面上是传统区域供热供冷系统与分布式能源的耦合,为此,相关政策亦是从这两个角度提出。回顾其发展历程,1972年日本区域供热供冷协会成立,2006年更名为城市环境能源协会,旨在通过更深入、彻底的节能推进低碳城市发展。

在分布式能源领域,日本于1985年设立了热电联产研究会,1997年更名为“日本热电联产中心”,2011年再次更名为“热电联产与能源高效利用中心”。从上述两协会的发展历程可见,传统区域供热供冷与分布式能源正逐渐统合,旨在面向分布式能源在区域层面的网络化应用。

在政策层面,自2005年“京都议定书目标达成规划”发布以来,日本出台的一系列能源相关政策均明确提出要促进城市能源面域利用体系的构建,而分布式能源的网络化应用则是其重要举措之一。

在2010年内阁府发布的“新增长战略”中,作为100个战略行动之一,提出要通过能源的面域利用促进需求侧能源有效管理,并开始着手相关法律的制定。同年发布的“能源基本规划”也重点强调了城市和街区层面的能源优化利用,特别是区域内可再生能源、未利用能源的有效利用。

为了引导能源区域层面的网络化应用,日本经济产业省于2005年发布了“能源面域利用导则”,在探讨其技术经济可行性的基础上,详细阐述了能源面域利用的实施流程、相关法规手续等。2007年,再次发布了“基于未利用能源面域利用的供热促进导则”,重点探讨了将城市内部广域分散的低品位未利用热能,通过构建区域热网进行有效利用的可能性。在宏观引导的同时,日本环境省﹑经济产业省﹑国土交通省等部门也颁布了一系列的激励制度,以切实有效推进区域能源的网络化利用。

表1给出了日本区域能源网络化利用的一些相关激励制度。除国家层面外,各地方政府也出台了相应政策措施。

作为日本的政治、经济和文化中心,东京以2020年奥运会为契机,提出了以“世界第一的城市———东京”为主旨的长期发展愿景,针对2个基本目标,制定了8大城市战略和25个政策方针,其中之一即为构建智能能源城市。为此,东京都政府推出了“智能能源区域形成推进事业”的补助制度,2015~2019年预计投入55亿日元,补助热电融通网络及热电联产等项目的初期投资费用。

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