深度 | 分布式能源建筑 VS 城市能源轉(zhuǎn)型

有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，真正的 DERs 需要包括電池儲(chǔ)能，這些電池儲(chǔ)能設(shè)備能夠在電網(wǎng)供電中斷時(shí)提供能源。

2015 年《巴黎協(xié)定》通過之后，人類對(duì)于氣候危機(jī)的應(yīng)對(duì)達(dá)到了前所未有的一致，為將全球暖化控制在 1.5℃內(nèi)，一場有關(guān)碳排放的 “凈零” 競賽在全世界拉開。4 年過去了，這個(gè)賽道上的選手們，都遞交了怎樣的成績?

根據(jù)能源與氣候情報(bào)組*的一項(xiàng)權(quán)威發(fā)布，我們可以看出在以國家為主角的 “凈零” 競賽中，誰是領(lǐng)跑者。

凈零排放競賽 2019，來自*能源與氣候情報(bào)組，一個(gè)致力于提供能源與氣候信息英國非營利性機(jī)構(gòu)。

從這個(gè) “成績單” 中，我們可以看到21個(gè)走在世界減碳前列的國家和地區(qū)：不丹和蘇里南已經(jīng)超越 “凈零”，實(shí)現(xiàn)了碳吸收量大于碳排放量的 “凈零 +”;就在今年 6 月份，英國新修訂的《氣候變化法案》正式生效，這讓英國連同挪威、瑞典、法國成為將 “凈零” 目標(biāo)納入法律的 4 個(gè)國家之一。

更多國家正在加入陣營：智力與新西蘭正在立法;而包括烏拉圭、芬蘭等 8 個(gè)國家將 “凈零” 寫入政策文件;同時(shí)，歐盟、德國等 5 個(gè)歐洲國家與地區(qū)的 “凈零” 目標(biāo)已經(jīng)處在討論階段。

“凈零”，毫無疑問已經(jīng)成為應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)的簡單答案，但是 “實(shí)現(xiàn)” 凈零并不簡單。

01

實(shí)現(xiàn) “凈零”，我們需要解決什么?

能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放首當(dāng)其沖。電力始終是碳排放的最大來源，根據(jù)《BP 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》的統(tǒng)計(jì)，2017 年，全球一次能源消費(fèi)有40%用于發(fā)電;全球能源消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放量，仍然有超過1/3來自電力行業(yè)，特別是火電領(lǐng)域。

比電力行業(yè)產(chǎn)生的高碳排更值得我們關(guān)心的是，盡管近年來可再生能源呈現(xiàn)顯著增長，政策也在推動(dòng)發(fā)電用能的清潔和低碳化，但發(fā)電結(jié)構(gòu)在過去 20 年間幾乎沒有取得突破。

圖源：《2018 BP 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》

除了能源生產(chǎn)，能源使用效率也不可忽視。以上海市為例，盡管上海發(fā)電效率達(dá)到 41% 以上(比全國水平高出 5 個(gè)百分點(diǎn))，但是由于能源從生產(chǎn)到終端用戶經(jīng)過多層梯度傳輸，其能源加工轉(zhuǎn)換、分配輸送和終端使用環(huán)節(jié)的能源損失達(dá)到能源消耗總量的 60% 之多。

如果要實(shí)現(xiàn)巴黎協(xié)定的既定目標(biāo)，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與提高能源加工轉(zhuǎn)換效率是全球急需解決的問題。

基于這些問題，對(duì)于包括中國在內(nèi)的眾多發(fā)展中國家來說，要加入這場 “凈零” 的全球競賽，更需要時(shí)間和細(xì)致的考量。

在中國政府公開發(fā)布的《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略》中，明確提出中國二氧化碳排放 2030 年左右達(dá)到峰值并爭取盡早達(dá)峰;能源結(jié)構(gòu)調(diào)整取得明顯進(jìn)展，非化石能源占比 15%。2018 年，這一比例已經(jīng)達(dá)到 14.3%，相信不久的未來，政府將制定更高的目標(biāo)以實(shí)現(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展。

國際對(duì)中國未來的能源轉(zhuǎn)換積極觀望。國際能源署 2017 年發(fā)布的《世界能源展望：中國特別報(bào)告》中指出，中國強(qiáng)大的執(zhí)行力和有力的政策支持了可再生能源成本的持續(xù)降低，而太陽能光伏將成為中國最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式。

圖源：《2017世界能源展望：中國特別報(bào)告》，國際能源署

02

建筑是否可以領(lǐng)跑 “凈零”?

建筑與施工占據(jù)了全球能源消耗的36%，這是一直以來發(fā)展綠色建筑成為各行各業(yè)減排以及尋求可持續(xù)發(fā)展的重要舉措的原因。面對(duì)氣候危機(jī)與政府主導(dǎo)的能源轉(zhuǎn)換行動(dòng)，綠色建筑領(lǐng)域的先鋒者也可以走在前面。

為此，世界綠色建筑委員會(huì)(World Green Building Council)提出了兩個(gè)長期目標(biāo)：

目標(biāo) 1：2030

到 2030 年，全球所有新建建筑都需要實(shí)現(xiàn) “凈零” 能耗

目標(biāo) 2：2050

到 2050 年，全球所有建筑(包括新建及既有建筑)都要實(shí)現(xiàn) “凈零” 能耗

這是一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)，對(duì)于眾多行業(yè)實(shí)踐者來說并沒有捷徑，但建筑行業(yè)領(lǐng)跑 “凈零” 仍擁有極大可能。如果說天然氣、核能與可再生能源能夠挑起未來低碳能源大梁，是宏觀政策與趨勢，那么分布式能源或許也會(huì)樓宇建筑作為高耗能的個(gè)體，實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)的可能性之一。

什么是分布式能源?

分布式能源(Distribued Energy Resources, 簡稱DERs)是一種建在用戶端的能源供應(yīng)方式，可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)行，是以資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應(yīng)對(duì)式設(shè)計(jì)和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對(duì)于集中供能的分散式供能方式。

以下文章部分翻譯自 USGBC+

"THE RISE OF DISTRIBUTED ENERGY: WHAT IT MEANS FOR UTILITIES, ConSUMERS AND GREEN INFRASTRUCTURE"

盡管目前業(yè)內(nèi)對(duì)于分布式能源的定義仍然存在爭議，我們?nèi)匀豢梢远x一些與 DERs 概念密切相關(guān)的系統(tǒng)和設(shè)施，比如：

常見的 DERs 系統(tǒng)與設(shè)施：

屋頂太陽能

這是目前家庭住戶最常用的分布式發(fā)電系統(tǒng)。通過向電網(wǎng)輸送自家屋頂太陽能產(chǎn)生的電力，用戶可以獲得費(fèi)用補(bǔ)貼或電費(fèi)減免。

電動(dòng)汽車

盡管電動(dòng)汽車的興起可能會(huì)大幅推升電網(wǎng)供電需求，但有人認(rèn)為電動(dòng)汽車也有望成為一種分布式能源。通過在午間和夜間(家庭用電需求相對(duì)較低)吸收電網(wǎng)中的過剩電力，電動(dòng)汽車能夠幫助平衡用電高峰與低谷時(shí)段的電力需求。

微電網(wǎng)

這種本地化的小型電網(wǎng)能夠脫離集中式供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行，并助力強(qiáng)化電網(wǎng)韌性。

社區(qū)太陽能

這些由參與者共享電能的大型太陽能發(fā)電裝置也是另一種形式的分布式發(fā)電。

電池儲(chǔ)能

有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，真正的 DERs 需要包括電池儲(chǔ)能，這些電池儲(chǔ)能設(shè)備能夠在電網(wǎng)供電中斷時(shí)提供能源。

智能家居科技

盡管洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等 “智能” 家電本身并不能發(fā)電或儲(chǔ)能，但有人認(rèn)為，如果它們能夠按照供電需求情況自主選擇工作時(shí)間，就應(yīng)該被視作 DERs。例如一種智能干衣機(jī)能夠避開用電高峰時(shí)段在夜間自動(dòng)運(yùn)行。

DERs 作為全新的能源解決方案，穩(wěn)定、靈活且高效，最重要的是，它重新定義了人與能源的關(guān)系，讓每個(gè)人不僅僅是能源的使用者，也成為能源的生產(chǎn)者和管理者。

隨著太陽能電池板成本銳減、智能家電與電動(dòng)汽車的熱度不斷上升、以及更多用戶開始使用備用電池系統(tǒng)，他們能夠自行掌控電網(wǎng)供電的使用方式與時(shí)段，DERs 儼然成為了當(dāng)下的關(guān)注焦點(diǎn)。

DERs的環(huán)境友好性及可持續(xù)性是其得以備受矚目的原因之一，以上面提到的屋頂太陽能為例，屋頂太陽能電池板產(chǎn)生的每千瓦時(shí)電力都是無需燃燒化石燃料產(chǎn)生的能量，因此這一過程不會(huì)導(dǎo)致大氣中碳排放量的增加。同時(shí)，這一能源使用技術(shù)、方式的變革，也帶來了電力公司、消費(fèi)者與綠色建筑方面的影響。

分布式能源，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

盡管優(yōu)勢明顯，分布式發(fā)電的爭議性仍然存在。特別是對(duì)于電力公司而言，當(dāng)全天都在自行發(fā)電的用戶突然在夜間開始使用來自電網(wǎng)的供電，判斷并應(yīng)對(duì)需求高峰(或低谷時(shí)段)用電問題將會(huì)變得更加困難。

用電的時(shí)間差異

同時(shí)，各地自然條件(日曬程度)的差異，以及各地電費(fèi)結(jié)構(gòu)以及稅收減免與優(yōu)惠政策的不同也讓問題變得復(fù)雜化。目前電力行業(yè)對(duì)于分布式能源的看法也并不統(tǒng)一。只有 3% 的電力公司將 DERs 視作 “威脅”，不到一半的公司認(rèn)為它意味著 “機(jī)遇”，一半以上(56%)認(rèn)為它 “既是威脅也是機(jī)遇”，可見 DERs 的未來前景仍然充滿不確定性。

DERs 數(shù)字解讀，來源：《籌劃分布式能源未來》,West Monroe Partners, 2018

對(duì)于電力公司的擔(dān)憂，美國公共電力協(xié)會(huì)(APPA)政策研究與分析負(fù)責(zé)人稱，電力公司只是希望他們的收益能夠抵消成本，并非有意限制可再生能源或分布式發(fā)電的發(fā)展。他特別指出：“我們的許多會(huì)員單位就正在開發(fā)自己的可在生能源及分布式發(fā)電系統(tǒng)。”

“獲得用戶許可后，電力公司將租用他們的屋頂安裝太陽能電池板，并對(duì)其給予一定的補(bǔ)助。但憑借這種方式，電力公司不僅能夠掌握電池板的安裝地點(diǎn)，還能控制屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)的輸電量。”

租用家庭屋頂安裝太陽能電池板

分布式能源，消費(fèi)者的 “經(jīng)濟(jì)賬”

從消費(fèi)者角度而言，其帶來的影響也很直接。至少對(duì)于采用 “凈計(jì)量” 電價(jià)政策(擁有可再生能源發(fā)電設(shè)施的消費(fèi)者可以根據(jù)向電網(wǎng)輸送的電量，按照零售電價(jià)獲得電費(fèi)賬單減免)的地區(qū)用戶來說，每千瓦時(shí)的電力都能帶來電費(fèi)節(jié)省，僅需幾年時(shí)間即可獲得 100% 的投資回報(bào)。

但部署在用戶端的電池系統(tǒng)仍然較為昂貴，且對(duì)于家庭和商業(yè)物業(yè)管理者而言，太陽能電池板以及節(jié)能電器能夠帶來的投資回報(bào)并不明顯。此外，分布式發(fā)電對(duì)電力公司的影響、用戶端存儲(chǔ)的高昂成本、電動(dòng)汽車興起可能帶來的電力需求激增等一系列因素，都令 DERs 生態(tài)系統(tǒng)仍舊在摸索中前行。但許多觀察者預(yù)計(jì)，在不久的將來，更多的供能與儲(chǔ)能都將直接在用戶端完成。

當(dāng)然，這里仍有很多問題需要解決。目前仍然充滿變數(shù)的成本與政策考量， 家用儲(chǔ)能電池制造商、智能家電與電動(dòng)汽車制造商等企業(yè)的推廣策略，都將是左右消費(fèi)者是否選擇采用 DERs 的主要影響因素。用戶端儲(chǔ)能設(shè)施的價(jià)格也是其中的一個(gè)不確定因素。

一個(gè)制造家用儲(chǔ)能電池的公司指出：“用戶可能更多獲得的是種非物質(zhì)回報(bào)，而不是實(shí)際的投資回報(bào)。” 他們發(fā)現(xiàn)，公司產(chǎn)品的購買主力大致分為兩類，一類是 “可再生能源關(guān)注者”，另一類是 “問題解決者”(希望在停電或發(fā)生災(zāi)難時(shí)能夠自己解決發(fā)電和儲(chǔ)能問題)。

他們希望未來用戶端儲(chǔ)能成本的逐漸下降，也希望住宅的可持續(xù)性特色能夠?qū)οM(fèi)者更有吸引力。“我們致力擔(dān)負(fù)環(huán)境責(zé)任，建造更多太陽能供電的房屋，但同時(shí)也存在對(duì)成本問題的擔(dān)憂。我認(rèn)為消費(fèi)者可能會(huì)對(duì)房屋的可持續(xù)性方面更加關(guān)注。盡管如此，我仍然相信這是正確的方向，我們的努力將帶來顛覆性影響，我對(duì)此充滿信心。”

分布式能源對(duì)綠色建筑的長遠(yuǎn)影響

在國外，部分開發(fā)商對(duì)于消費(fèi)者的作用充滿信心，他們相信消費(fèi)者對(duì)可持續(xù)發(fā)展的投資將推動(dòng)分布式儲(chǔ)能發(fā)展成為綠色建筑的一項(xiàng)重要特性。

目前，佛羅里達(dá)州的一家公司計(jì)劃為所有即將建造的 148 套 LEED 鉑金認(rèn)證住宅和 700 套公寓裝配太陽能電池板和家用儲(chǔ)能電池，這些住宅都將是產(chǎn)能多于耗能的 “凈零 +” 建筑。

“凈零 +” 建筑將打破我們對(duì)家庭能源管理的思考方式

一家商業(yè)與技術(shù)咨詢公司對(duì) DERs 進(jìn)行了較為全面的研究，他們表示：“展望未來 15 年，太陽能技術(shù)將覆蓋建筑物表面，并直接為樓宇用戶供電。建筑天臺(tái)上可以覆蓋太陽能瓦片，屋頂或鄰近地面上可以安裝小型風(fēng)電機(jī)組，用太陽能電池板作為停車場的遮陽棚，利用地?zé)岚l(fā)電等等。一棟樓宇能夠?qū)⑷剂想姵?、?jié)能技術(shù)以及負(fù)荷管理技術(shù)等與自身運(yùn)營進(jìn)行集成。如果裝有儲(chǔ)能設(shè)施，樓宇租戶還可以自行掌握用電時(shí)段，或通過向電網(wǎng)輸送電量而獲得電費(fèi)減免 (如果該地區(qū)采用 “凈計(jì)量” 電價(jià))，這樣的樓宇就基本實(shí)現(xiàn)了自給自足。我認(rèn)為這就是綠色建筑技術(shù)的未來，而且這個(gè)未來離我們并不很遙遠(yuǎn)。”

分布式能源擁有更好的能源持續(xù)性，更低的碳排放，且節(jié)省更多成本。在實(shí)現(xiàn)建筑 “凈零” 目標(biāo)的道路上，我們期待分布式能源還能發(fā)揮更大的作用。