能源網絡將消費能源從生產端輸送到用戶端，具有大規(guī)模儲能的優(yōu)勢。依托互聯(lián)網信息技術的引導，通過分布式能源轉換技術，將智能電網及能源網絡融合互補，突破各自局限，提高能源控制能力，建立多元化供應體系，成為未來能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

一、分布式能源是未來能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

能源的集中式開發(fā)利用一直以來都是我國能源供給的主要模式，然而，隨著我國能源結構優(yōu)化和清潔化目標的提出，能源集中式開發(fā)在傳輸損耗、利用效率、環(huán)境污染等方面都不能滿足要求;光伏、風電等波動性可再生能源發(fā)電比例要求的提升，電動車等大功率用電交通的普及，也對集中式供電網絡的彈性和安全性提出了挑戰(zhàn)。

另一方面，能源網絡將氣、冷/熱、氫等用戶主要的消費能源從生產端輸送到用戶端，并具有大規(guī)模儲能的優(yōu)勢。因此，依托互聯(lián)網信息技術的引導，通過分布式能源轉換技術，將智能電網及能源網絡融合互補，突破各自局限，提高能源控制能力，建立多元化供應體系，成為未來能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

二、能源系統(tǒng)向分布式轉型的優(yōu)勢

分布式能源是指在用戶端智能的組合、利用本地資源，以經濟和環(huán)境效益最優(yōu)化來確定技術路徑與容量規(guī)模，為客戶提供價格合理、清潔、可靠的生活、生產所需電能、熱/冷能的能源供應方式;同時，依托于先進信息技術以及微電網控制策略，分布式能源可以與電網進行并網互動，為電網提供儲存服務。

分布式能源有以下的優(yōu)勢：

1. 提高能源利用效率：更具需求側個性化定制，通過多能源和多級能源利用，以獲得較高的整體能源效率(80-90%);

2. 減少能源傳輸成本：通常來說，輸配電成本占集中供應電力最終電費的30%左右，分布式能源在用戶側安裝，可就近供能，避免了輸配損耗，減少了大規(guī)模基礎設施的建設和維護費用;

3. 減少環(huán)境污染：分布式能源可以將化石燃料為主的中央能源系統(tǒng)轉變?yōu)槔酶鍧?、低碳的能源的系統(tǒng)，包括天然氣、氫氣、風能或太陽能等;或者提供多樣的靈活的消納和儲能解決方案整合可變發(fā)電電力，提高可再生發(fā)電份額，間接的減少污染物排放總量;

4. 提高能源系統(tǒng)安全性：可作為備用電源，用來應對洪水、地震及火災等大規(guī)模災害，當集中式供電系統(tǒng)受損時，維持正常電力供應;

5. 提高電網彈性：每個分布式發(fā)電裝置都相當于電網的旋轉備用，可作為電網的緩沖容量，削峰平谷，用來緩解電網中用電高峰和低谷所帶來的波動，減輕電網調解、調度的壓力，提高電力利用效率;

6. 解決離網地區(qū)的供能問題：邊遠地區(qū)集中供能困難、代價高昂，可根據當地資源稟賦發(fā)展分布式能源，避免高壓長輸電網建設的巨大投入，降低供能成本;

7. 有利于能源市場的發(fā)展：多樣化、本地化和產銷合一的供能方式為小型企業(yè)及電力用戶創(chuàng)造了參與能源供應的機會，也使用戶擁有更強的能源消費主導權，可刺激能源交易需求，促進能源交易市場的開放。

未來，通過分布式能源系統(tǒng)，整個能源傳輸網絡將逐步轉型升級為智能電網與能源網的高度融合，能源消費端將逐步形成利用柔性負荷、多能互補、產銷一體為主的模式，能源交易市場也將不斷放開，最終實現(xiàn)自主交易。

三、燃料電池分布式系統(tǒng)是實現(xiàn)產銷一體，多能互補的有效途徑

根據國際能源署統(tǒng)計，加熱需求約占全球能源相關二氧化碳排放量的30%，并且其中一半需求用于建筑物。燃料電池分布式系統(tǒng)利用氫燃料電池技術產生放電反應，同時實現(xiàn)反應余熱的梯級利用，為工業(yè)園區(qū)，商業(yè)中心，數據中心，辦公樓，社區(qū)設施，住宅等提供熱力和電力的聯(lián)合供應服務。

燃料電池分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢：

1. 供能效率高：相比于天然氣、風能、太陽能，燃料電池系統(tǒng)通過電化學反應實現(xiàn)能量的轉換，發(fā)電效率最高;同時余熱品味高，熱能利用難度小，整體效率可到95%。尤其是在微型CHP(<5kW，住宅、社區(qū)公共設施、商鋪等)應用領域，效率優(yōu)勢尤其明顯。

2. 環(huán)境效益突出：燃料電池分布式以天然氣為原料，可顯著減少二氧化硫、氮氧化物和顆粒物質的排放;同時，天然氣重整流程相比天然氣分布式系統(tǒng)的直接燃燒流程，有著更低的排放指標，尤其是在小功率發(fā)電領域。

3. 負載彈性：燃料電池分布式相比風、光等可再生分布式能源具有更高的時間和輸出可控性和可靠性。通過充分了解用戶負荷的需求特性以及期望的可靠性水平，個性化優(yōu)化能源供應容量規(guī)模;在使用過程中啟停靈活、響應速度快，可以實現(xiàn)負荷跟隨，減少儲能成本。

4. 城市適應能力強：該系統(tǒng)原料來自現(xiàn)有城市燃氣網絡，供能主體為燃料電池模組，模塊化、規(guī)格化的產品特征使其無基礎設施要求、建設周期短、擴容升級簡單;相比于風力，太陽能光/熱系統(tǒng)，燃料電池分布式占用空間小，無安裝位置要求;相比于燃氣引擎，燃料電池系統(tǒng)無動設備參與，運行安靜無噪音。

四、利用家庭燃料電池分布式系統(tǒng)匹配電動車充電負荷

目前，我國電動車產業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，電動車已成為國內家庭的重要交通工具之一。若按照我國2030年8000萬輛電動汽車的規(guī)劃，每輛車2萬公里的邊界條件來計算，全年電網需要增加的充電電力供應總量將達到3200億度(三峽年發(fā)電量的3.3倍)。目前市售的家用電動汽車中，特斯拉Model S的續(xù)航里程超過400公里，其電池容量達到了85kWh;比亞迪e6的續(xù)航里程達到了300km，它的的電池容量為57kWh;以常見的國家電網慢充樁為例，其電壓為220V，電流在25A左右，輸出功率約5.5kW，因此為一輛電動汽車充滿電所耗費的時間為10-15個小時。按照家庭生活習慣，在晚間下班回家后人們即會將電動車停在家用車庫或小區(qū)共用車庫開始充電，至早上再次駕駛出門。同樣按照居民生活習慣，城市用電高峰期為晚間下班回家至入睡前，以及晨間起床洗沐至出門上班前。但是，如果電動車在城市用電高峰負荷時充電，不但不能對電網負荷起到調節(jié)作用，反而使得電網更加雪上加霜，降低電網效率，造成嚴重不利影響。

基于用電高峰期間同樣是家庭用熱的需求高峰時段，這里提出安裝家庭燃料電池CHP(~5kW)來匹配電動車充電負荷的解決方案，可以在高峰時段滿足家庭熱水和空間熱能需求的同時，利用同步產生的電力為電動車輛充電，避免對電網的沖擊，減少用戶用電費用，甚至獲得需求響應的政策獎勵。使得高峰時期和低谷時期城市電力需求差距越來越小，提高電網基荷用電量，提升電網整體效率，總體需求上升時，發(fā)電成本卻越來越低，每個居民的用電成本都能得到實質改善。