美國分布式能源發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

2024年4月16日，紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(NYISO)啟動(dòng)了美國首個(gè)分布式能源聚合商入市計(jì)劃，將小型光伏、戶用儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車等配網(wǎng)側(cè)負(fù)荷納入批發(fā)電力市場(chǎng)。從形式上看，分布式能源是一種綜合系統(tǒng)，涉及到各學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)分布式能源的定義也是多樣化的，但普遍都包含了位置、裝機(jī)規(guī)模、技術(shù)使用和能源等基本要素。

各國對(duì)于分布式能源也沒有統(tǒng)一的定義，美國能源部將其定義為是規(guī)模較小、靠近用戶、節(jié)能環(huán)保的能源系統(tǒng);德國施耐德公司認(rèn)為分布式能源是主要利用可再生能源為燃料來源的小型發(fā)電、儲(chǔ)電系統(tǒng);紐約公共服務(wù)委員會(huì)則將其定義為一種分布在用戶端，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的綜合梯級(jí)利用并提升能效的供能系統(tǒng)。綜觀全球，美國分布式能源起步較早，是全球分布式能源發(fā)展的先行者，歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，其制度體系愈加成熟。

他山之石，可以攻玉。本文通過總結(jié)美國分布式能源發(fā)展現(xiàn)狀，分析中美兩國分布式能源面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展差異，提出對(duì)我國分布式能源發(fā)展的相關(guān)建議。

美國分布式能源發(fā)展現(xiàn)狀

美國是全球分布式能源發(fā)展的先行者，隨著聯(lián)邦稅收激勵(lì)措施和州政府支持政策的實(shí)施，預(yù)計(jì)在2022～2027年，美國的分布式能源資源(DER)市場(chǎng)投資將翻倍，年投資額接近680億美元。此外，商業(yè)和住宅領(lǐng)域的裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將比過去5年增長(zhǎng)3.7倍。

美國分布式能源發(fā)展歷程

20世紀(jì)初，集中式發(fā)電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，使得一些用戶意識(shí)到，安裝和使用自有電力設(shè)備在可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，某些公共事業(yè)單位，如電信中心、醫(yī)院和學(xué)校等，由于對(duì)供電可靠性有較高的要求，開始自行建設(shè)電力設(shè)施以滿足其特定需求。這種小型用戶發(fā)電模式在某些情況下能夠替代當(dāng)?shù)仉娏?yīng)商，為這些消費(fèi)者提供所需的電力，從而為整個(gè)電力系統(tǒng)帶來積極影響。這一時(shí)期被稱為美國“傳統(tǒng)”意義上的分布式發(fā)電，其主要特征是規(guī)模較小，且以熱電聯(lián)產(chǎn)為主。

1978年，美國公布《公共事業(yè)監(jiān)管政策法案》(PURPA)，標(biāo)志著分布式能源進(jìn)入一個(gè)全新的階段，該法案第210條將這類非公用事業(yè)發(fā)電的個(gè)體用戶稱為“合格設(shè)施”(QFs)，并且提供財(cái)政激勵(lì)政策，鼓勵(lì)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)和小規(guī)模發(fā)電。此后，一些QFs開始向消費(fèi)者提供電能。1992年，美國《國家能源政策法案》公布，法案允許非公共事業(yè)公司可以在整個(gè)能源市場(chǎng)進(jìn)行公平競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)一步促進(jìn)了分布式能源的發(fā)展。隨著2001年美國頒布IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)Standard 1547-2004“關(guān)于分布式電源與電力系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)草案”，將分布式能源的發(fā)展推向標(biāo)準(zhǔn)化。

當(dāng)前，光伏產(chǎn)業(yè)、微型渦輪機(jī)、燃料電池、數(shù)字控制技術(shù)及頁巖氣的開發(fā)，進(jìn)一步拓展了“下一代”分布式能源的應(yīng)用領(lǐng)域和機(jī)遇，使得根據(jù)消費(fèi)者的個(gè)性化需求定制能源系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。這些技術(shù)的創(chuàng)新，加之消費(fèi)者需求的不斷演變，以及電力和天然氣批發(fā)與零售市場(chǎng)的重組，為消費(fèi)者利用分布式能源滿足自身需求提供了更加多樣化的選擇。

美國分布式能源的政策分析與市場(chǎng)環(huán)境

為了促進(jìn)分布式能源的發(fā)展，美國制定了多項(xiàng)有效的能源法律法規(guī)。美國能源部(DOE)與美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)從節(jié)能和環(huán)境保護(hù)兩個(gè)維度推動(dòng)分布式能源的進(jìn)步。美國環(huán)保署還特別成立了分布式能源合作小組(Combined Heat and Power Partnership)，明確指出分布式能源是一種經(jīng)濟(jì)可行的清潔能源解決方案，并將其視為國家的優(yōu)先事務(wù)之一。國家層面的政策有：1978年《公共事業(yè)監(jiān)管政策法案》(PURPA)、1992年《國家能源法》、2001年IEEE Standard 1547-2004“關(guān)于分布式電源與電力系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)草案”、2005年《國家能源政策法案》(EPACT)、2007年美國新能源法案、2009年《美國清潔能源與安全法案(ACE-SA)》。各州和城市也制定了相關(guān)的政策措施，來激勵(lì)和推進(jìn)分布式能源的發(fā)展。

2010年，各州政府發(fā)布了《清潔能源工作計(jì)劃》，旨在到2030年實(shí)現(xiàn)新增分布式能源裝機(jī)容量超過6500兆瓦，以達(dá)到溫室氣體減排的目標(biāo)。以加利福尼亞州為例，該州在分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量方面已顯著超過其他州。

美國的市場(chǎng)化機(jī)制通過競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)和政策激勵(lì)，大力推動(dòng)了分布式能源的廣泛應(yīng)用。首先，電力市場(chǎng)的開放允許獨(dú)立發(fā)電商和用戶通過購電協(xié)議(PPA)直接參與電力交易，增加了分布式能源的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。其次，聯(lián)邦和州政府提供的稅收減免和補(bǔ)貼政策，如《公共事業(yè)監(jiān)管政策法案》和太陽能投資稅收抵免(ITC)，降低了分布式能源項(xiàng)目的初始投資成本。美國的市場(chǎng)化機(jī)制通過增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、降低準(zhǔn)入門檻，顯著促進(jìn)了分布式能源的發(fā)展。

中美兩國分布式能源面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展差異

主要挑戰(zhàn)

技術(shù)成熟度：盡管中美兩國在分布式能源技術(shù)領(lǐng)域都取得了一定的進(jìn)展，但在技術(shù)的成熟度、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面仍然存在諸多挑戰(zhàn)，當(dāng)下，市場(chǎng)活力尚未被完全激活，都需要不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)投入。例如，分布式可再生能源技術(shù)在轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性和使用壽命等方面仍有提升的潛力;分布式儲(chǔ)能技術(shù)在容量、成本和安全性等方面也亟需改進(jìn);智慧微網(wǎng)技術(shù)在信息通信、控制策略和系統(tǒng)集成等領(lǐng)域同樣需要進(jìn)一步的創(chuàng)新。

市場(chǎng)環(huán)境：美國分布式能源已經(jīng)有100多年歷史，但仍有很大的開發(fā)和應(yīng)用潛能。分布式能源市場(chǎng)尚未建立起有效的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境和合作機(jī)制，其發(fā)展仍需依賴政策補(bǔ)貼，這使得在推廣和應(yīng)用分布式能源項(xiàng)目時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)和障礙。例如，傳統(tǒng)電力公司對(duì)分布式能源項(xiàng)目的接入和并網(wǎng)存在一定的抵觸或拒絕態(tài)度;而電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在接納和調(diào)度分布式能源項(xiàng)目方面也顯得不足或不夠適應(yīng)。

政策法規(guī)：目前，各國在分布式能源領(lǐng)域的政策法規(guī)尚未達(dá)到完善和統(tǒng)一的程度，這導(dǎo)致在實(shí)施分布式能源項(xiàng)目時(shí)面臨諸多不確定性和風(fēng)險(xiǎn)。例如，分布式能源項(xiàng)目的審批、監(jiān)管和評(píng)估等環(huán)節(jié)缺乏清晰和透明的標(biāo)準(zhǔn)與流程;分布式能源用戶在與電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)、交易等活動(dòng)時(shí)，缺乏公正合理的價(jià)格機(jī)制和契約關(guān)系;此外，分布式能源項(xiàng)目在享受政府補(bǔ)貼或稅收優(yōu)惠時(shí)，也缺乏有效且持續(xù)的保障措施。

中美分布式能源面臨的差異

發(fā)展規(guī)模：美國的分布式能源市場(chǎng)已經(jīng)相對(duì)成熟且規(guī)模龐大，各種技術(shù)和商業(yè)模式層出不窮。與之相比，中國的分布式能源市場(chǎng)正處于快速發(fā)展階段，潛力無限。

技術(shù)途徑：兩國在分布式能源的技術(shù)路徑上存在一定差異，如中國在光伏領(lǐng)域具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而美國在儲(chǔ)能、智能電網(wǎng)等方面具有領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

市場(chǎng)模式：市場(chǎng)機(jī)制建設(shè)是影響能源政策實(shí)施效果的關(guān)鍵因素之一，中美兩國在這方面的體制安排有著明顯的差異。美國的分布式能源市場(chǎng)更加注重市場(chǎng)化，采用成熟的購電協(xié)議和租賃協(xié)議等模式;而中國則更多地依賴政府補(bǔ)貼和政策推動(dòng)。

政策環(huán)境：在分布式能源的政策和發(fā)展方向上，兩國表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。近年來，中美兩國在能源結(jié)構(gòu)方面也存在明顯的差異。盡管中國在可再生能源領(lǐng)域的投資不斷增加，但可再生能源在其整體能源消費(fèi)中的占比仍然較低。中國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，相對(duì)而言，美國的能源結(jié)構(gòu)則以石油和天然氣為主，且天然氣的使用比例逐漸上升，現(xiàn)已超過煤炭。相比之下，美國的能源結(jié)構(gòu)更加多樣化，這使得兩國在分布式能源的發(fā)展路徑上存在顯著差異。

美國分布式能源發(fā)展對(duì)中國的啟示

黨的二十大報(bào)告提出“推動(dòng)形成綠色低碳的生產(chǎn)方式和生活方式”。分布式能源作為清潔能源，以綜合高效利用為特色，有助于推動(dòng)我國能源綠色發(fā)展。近年來，我國大力推進(jìn)分布式能源發(fā)展(見圖)，可以借鑒美國分布式能源發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，探究對(duì)我國的啟示。

分布式能源的應(yīng)用不僅保持了綠色環(huán)保的特性，還能有效降低因長(zhǎng)距離傳輸導(dǎo)致的線路損耗，從而減少由此引發(fā)的環(huán)境污染。因此，科學(xué)合理地配置分布式能源發(fā)電機(jī)組將對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生更為顯著的效果。分布式能源建設(shè)的另一個(gè)重要出發(fā)點(diǎn)是提高供電可靠性，獲取比單獨(dú)通過電網(wǎng)供電更高的安全性。通過對(duì)2001年美國加利福尼亞州電力危機(jī)、2003年美加大停電事故和2008年中國南方凍雨災(zāi)害現(xiàn)象的分析，大型電力傳輸線路通常采用架空方式布置，容易受到外部氣候條件的顯著影響。在極端天氣事件發(fā)生時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致多條輸電線路同時(shí)出現(xiàn)故障，從而使供電安全面臨一定的風(fēng)險(xiǎn)。分布式能源憑借其靈活性等優(yōu)勢(shì)，能夠有效補(bǔ)充電力供應(yīng)，成為提升供電安全的一種新途徑。

結(jié)合上述探討，具體建議如下：

一是進(jìn)一步完善分布式能源參與電力市場(chǎng)機(jī)制與商業(yè)模式。提升分布式能源參與電力期貨、現(xiàn)貨、輔助服務(wù)等市場(chǎng)的靈活性，挖掘企業(yè)和居民等用戶與電網(wǎng)交互的多樣性;同時(shí)，加快儲(chǔ)能、氫能等技術(shù)與分布式風(fēng)光資源融合，鼓勵(lì)以虛擬電廠等商業(yè)模式參與市場(chǎng)，增強(qiáng)分布式能源與電網(wǎng)互動(dòng)友好性，有助于實(shí)現(xiàn)分布式能源的規(guī)?；涂沙掷m(xù)性消納。

二是促進(jìn)分布式能源向空間維度延伸，將分布式能源與鄉(xiāng)村振興緊密結(jié)合。布局農(nóng)村地區(qū)新型配電網(wǎng)建設(shè)，推進(jìn)分布式光伏接入電網(wǎng)承載能力評(píng)估工作，加強(qiáng)農(nóng)村光伏配置儲(chǔ)能的調(diào)度運(yùn)用管理，并完善其參與電力市場(chǎng)實(shí)施細(xì)則，建立起以惠民利民為重點(diǎn)的利益聯(lián)結(jié)分配機(jī)制，引導(dǎo)農(nóng)村地區(qū)電網(wǎng)的新業(yè)態(tài)新模式有序發(fā)展，輻射帶動(dòng)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)提檔升級(jí)、拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈延伸，提升發(fā)展內(nèi)生動(dòng)力。

三是促進(jìn)分布式能源向時(shí)間維度延伸，分階段促進(jìn)分布式能源發(fā)展，提升可再生能源消納能力。在分布式能源發(fā)展起步階段，注重安全性工程及網(wǎng)架增強(qiáng)工程投資;在發(fā)展推廣階段，通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式能源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化管理，提高運(yùn)行效率;在迅速發(fā)展階段，完善并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，采取積極的引導(dǎo)措施，促進(jìn)分布式能源向智能化、低碳化方向演進(jìn)。