2024年终端用户部门的智能电气化：配电网的好处报告

电网分布的利益 © IRENA 2024 除非另有声明，本出版物中的材料可自由使用、共享、复制、印刷和/或存储，前提是适当注明IRENA为资料来源和版权所有者。本出版物中归因于第三方的材料可能受到单独的使用条款和限制，在使用此类材料之前，可能需要获得这些第三方的适当许可。 ISBN: 978-92-9260-625-1 关于更多信息或提供反馈：publications@irena.org引用：IRENA (2024),, 国际智能终端领域的电气化：对配电网的益处可再生能源机构，阿布扎比。 本报告可供下载：www.irena.org/publications 关于IRENA 国际可再生能源机构（IRENA）是一个支持各国向可持续能源未来转型的政府间组织，并作为国际合作的主体平台、卓越中心和可再生能源政策、技术、资源和金融知识的储存库。IRENA推动所有形式可再生能源的广泛采用和可持续使用，包括生物质能、地热能、水力能、海洋能、太阳能和风能，以追求可持续发展、能源获取、能源安全和低碳经济增长与繁荣。www.irena.org 致谢 本报告是在Roland Roesch（IRENA创新与技术中心总监）和Francisco Boshell（IRENA）的指导下编写的，并由Juan Pablo Jiménez Navarro、Arina Anisie和Adrián González（IRENA）以及Tomislav Antic、Giannis Vrochidis（前IRENA）共同撰写。 本报告作为国际可再生能源机构（IRENA）智能电动化创新领域工作流程的一部分而编制。国际可再生能源机构感谢日本政府对其生产本工作的支持。 本报告已由以下人员审阅：Barbara O’Neill（国家可再生能源实验室）、Danial Saleem（国际可再生能源机构）、Daniel Bowermaster（电力研究所 – EPRI）、Francis Field（国际可再生能源机构）、Gayathri Nair（国际可再生能源机构）、Michael Villa（SmartEN）、Paul Komor（国际可再生能源机构）、Sean Collins（国际可再生能源机构）、Shintaro Tabuchi（经济产业省 – METI）、Sylvie Tarnai（能源池）和Zafar Samadov（国际可再生能源机构）。 该报告由Elizabeth Mastny编辑；版式和设计由Phoenix Design Aid提供。 免责声明 本出版物及其所含材料提供“现状”。IRENA已采取所有合理预防措施以验证本出版物中材料的可靠性。然而，IRENA及其任何官员、代理人、数据或任何第三方内容提供者均不提供任何形式的明示或暗示保证，并且不对使用本出版物或其中材料的任何后果承担任何责任或责任。 此处所含信息并不一定代表IRENA所有成员的观点。提及特定公司、某些项目或产品并不暗示它们获得IRENA的认可或推荐，相对于未提及的类似性质的其他公司。此处所使用的设计ation以及材料的呈现并不暗示IRENA对任何地区、国家、领地、城市或区域的法律地位，或其当局，或有关疆界或边界的划定有任何意见的表达。 目录 数字...... ...... ...... ...... 4 表格...... ...... ...... ...... 4 缩略词...... ...... ...... ...... 5 6高管总结节选 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1.82.93.114.125.176.197.20引言... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...日本智能电气化战略的重要性研究范围与局限性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .基准情景... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...情景……………………………………………………………………………………………模型设置……………………………………………………………………………结果... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...需求概况………………………………………………………………………………………………20 网络损耗………………………………………………………………………………………………26 电压概况………………………………………………………………………………………………28 功率流向和线路使用…………………………………………………………………………………………31 经济分析………………………………………………………………………………………………36 8. 结论…………………………………………………………………………………………………41 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 数字 图表 1日本2030年的政策目标以及到2020年实施热泵的进展情况......10图2CIGRE 中压电网... ... ... ... ... ... ... ... ... .12图 3基线情景下的热泵和电动汽车单位数量……15图4总年能源需求……………………………………………………15图5每日冬日（左侧）与夏日（右侧）能源需求状况图......16图6月度能源需求总览……………………16图7总、最大和最小能源需求——冬季（a）和非冬季（b）... ... . . . . . . . . . .21图 8总能源需求在代表性冬季日（左侧）和夏季日（右侧）…… 23图表 9每周需求调度 – 冬季... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .24图10每周需求调度——非冬季…………………25图11能量网（a）冬季、（b）夏季、（c）总损失以及（d）总损失占需求量的比例. . . . . .27图12总能量损失在代表性冬季日（左侧）和夏季日（右侧）……28图13电压幅值1F —— 冬季………………………30图14电压幅值 – 非冬季………………30图15线路功率流向——冬季……………………………………32图16线路功率流向——非冬季。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33图 17平均每场景线路使用率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34图18最大限度地利用线路容量…………………… 34图19充分利用线路以应对需求最大的线路... ... ... ... ... ... 35图20线路使用负荷持续时间曲线（实际容量与额定容量之比）对于电网中最繁忙线路的示例…… 37图21批发电力价格估算……………………………39图22基线和SMART场景下的需求负荷历时曲线（上方）以及两个场景之间的需求差异...... ... 第40页 表格 表 1节点处的终端用户数量及低碳单元数量... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13表2各情景下启用灵活性资产的概要... ... ... ... ... ... 17表 3特征和改造关键线路的投资成本... ... ... ... ... .38 缩写 欧元欧元电动汽车（Electric Vehicle）电动汽车GW兆瓦千兆瓦时吉瓦时惠普热泵千米公里千瓦千瓦千瓦时热千瓦th企业价值（MVA）兆伏安MVar兆伏安无功MW（注：内容未提供具体英文描述，无法进行翻译。）兆瓦兆瓦时兆瓦时光伏发电（Photovoltaic）光伏美元美元V1G单向智能充电车到充（V2G）双向智能充电；车到电网虚拟现实（Virtual Reality）电压调节 执行摘要 本研究旨在向相关利益相关者告知智能电气化策略对能源系统可能带来的益处。目标是量化为服务于居民区的配电电网带来的这些益处。该分析展示了如何利用分布式能源资源的灵活性使电网更好地为高度电气化的未来做好准备。这意味着一方面可以减少与电流成比例的电网损耗，另一方面可以推迟电网的投资。这些益处需要定量评估，以便更好地评估每个情境下的这些益处。 该研究假设一个高度电气化的能源系统。这意味着将推广热泵、电动汽车（EV），以及分散式屋顶太阳能光伏（PV）。如果这些资产在智能策略下得到整合，可以帮助更有效地运营配电系统。研究评估了一个覆盖约25000用户能源需求的特定配电电网，并比较了不同的智能电气化策略。结果显示，如果充分利用所有资产的灵活性，电网损耗减少和电网线路使用方面的效益将最大化。因此，线路使用的减少意味着电网加固的投资可以推迟，甚至可以避免电网投资。 具体而言，预计损失最小化可达到所输送总能量的3%。更重要的是，智能电气化可以将线路的使用减少一半，并推迟潜在的电网加强需求。对于本研究中考虑的电网，预计节省约为13.3亿美元（1200万欧元），相当于每兆瓦时（MWh）输送8.3美元（7.5欧元），假设投资寿命为40年，加权平均资本成本为4%。 关键发现 各国在其终端使用领域有高电气化目标时，应启用多样化的灵活性资源，并采用智能电气化方法，以确保电网依赖性，并避免 大规模投资电网和发电能力的成本。这对于内在电网约束较大的国家来说尤为重要，例如缺乏互联互通或与高电力需求相比可再生能源潜力有限。然而，应根据具体条件战略性地选择灵活性资源。 灵活性可以贯穿整个能源系统的各个部分——从发电领域关于传输、分配和需求——利用储能资产和需求侧 2管理。然而，由于系统运作复杂性的增加，数字化程度的提高以及自动化是关键。 终端用户如果拥有允许灵活能源消费的资产，可以发挥关键作用。对于居民用户而言，灵活性可能来自于对各类分布式能源的智能操作。 资源，包括电力供热和电力移动资产（例如：热泵或电动汽车（EVs），以及分布式发电（例如：屋顶光伏[PV]或表后电池。 鉴于与电网连接的分布式能源资源数量增加，创新 电网的运行和利用需求侧灵活性可以实现通过推迟电网强化投资的大幅节约。本项分析表明，针对服务12000个家庭（25000个用户）并具有显著分布式能源资源渗透率（20%的家庭拥有电动汽车；超过50%的家庭使用热泵；25%的家庭安装了光伏板）的电网，大约1,330万美元（1200万欧元）的电网强化投资需求可以推迟。如果电网投资通过账单税偿还，这代表了大约每兆瓦时（MWh）8.3美元（7.5欧元）的电费节约，假设电网寿命为40年，资本回收系数为5.8%（加权平均资本成本为4%）。 从运营角度来看，本研究表明，通过利用灵活的资源（电动汽车、） 热储和光伏并行的热泵系统，若三种灵活性源全部到位，电网损耗可以降低3%以上。 6气候是灵活选项优先级确定和采用策略的一个重要因素。在气候温和、供暖需求有限的情况下，电动汽车的单向充电（V1G）足以提供足