2024年终端用户部门的智能电气化：配电网的好处报告

智能终端行业的电气化 G M O N O B 我 L 我 T Y O P E R T O H W E A T L A N P D O T C W 我 O E O R 电网分布的利益 ANIRENAINNOVATIONLANDSCAPEBRIEF IRENA2024 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。 ISBN9789292606251 引用：IRENA2024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。 关于更多信息或提供反馈：publicationsirenaorg 本报告可供下载：wwwirenaorgpublications 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。wwwirenaorg 致谢 本报告是在RolandRoesch（IRENA创新与技术中心总监）和FranciscoBoshell（IRENA）的指导下编写的，并由JuanPabloJimnezNavarro、ArinaAnisie和AdrinGonzlez（IRENA）以及TomislavAntic、GiannisVrochidis（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：BarbaraO’Neill（国家可再生能源实验室）、DanialSaleem（国际可再生能源机构）、DanielBowermaster（电力研究所EPRI）、FrancisField（国际可再生能源机构）、GayathriNair（国际可再生能源机构）、MichaelVilla（SmartEN）、PaulKomor（国际可再生能源机构）、SeanCollins（国际可再生能源机构）、ShintaroTabuchi（经济产业省METI）、SylvieTarnai（能源池 ）和ZafarSamadov（国际可再生能源机构）。 该报告由ElizabethMastny编辑；版式和设计由PhoenixDesignAid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 高管总结节选6 1引言 2日本智能电气化战略的重要性 8 9 3研究范围与局限性11 4基准情景12 5情景17 6模型设置19 7结果20 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 3 数字 图表1日本2030年政策目标以及到2020年实施热泵进展情况10 图2CIGRE中压电网12 图3基线情景下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、最大和最能源需求冬（a）和非冬（b）21 图8总能源需求在代表性冬日（左侧）和夏日（右侧）23 图表9每周需求调度冬24 图10每周需求调度非冬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日（左侧）和夏日（右侧）28 图13电压幅值1F冬30 图14电压幅值非冬30 图15线路功率流向冬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示例37 图21批发电力价格估算39 图22基线和SMART场景下需求负荷历时曲线（上方）以及两个场景之间需求差第40页 表格 表1节点处终端用户数量及低碳单元数量13 表2各情景下用灵活性资产概要17 表3特征和改造关键线路投资成本38 4 缩写 缩写 欧元欧元 电动汽车（Ele电ctr动ic汽Ve车hicle）GW兆瓦 千兆瓦时吉瓦时 惠普热泵 千米公里 千瓦千瓦 千瓦th 千瓦时热 企业价值（MV兆A）伏安MVar兆伏安无功 MW（注：内容兆未瓦提供具体英文描述，无法进行翻译。）兆瓦时兆瓦时 光伏发电（Pho光to伏voltaic）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（Virt电ua压lR调ea节lity） 5 智能电化终端领域的应用对配电网络带来益处 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133亿美元（1200万欧元），相当于每兆瓦时（MWh）输送83美元（75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 1 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。 2 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 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。 3 来自于对各类分布式能源的智能操作。 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，灵活性可能热资泵源或，电包动括汽电车力（供E热Vs和）电，力以移及动分资布产式（发电例（如：例如：屋顶光伏PV或表后电池。 摘要 鉴于与电网连接的分布式能源资源数量增加，创新 4 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1330万美元（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）83美元（75欧元）的电费节约，假设电网寿命为40年，资本回收系数为58（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、 ） 5 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）足以提供足够的客户侧灵活性以削峰填谷需求。然而，当供暖需求显著（寒冷气候）时， 使用电动汽车（EV）电池中的能源的可能性即双向使用电池（车辆到电网，V2G）有助于直接从EV电池中覆盖供暖峰值负载，并限制对电网的影响。请注意，本分析中未考虑冷却需求；然而，在炎热气候的情况下，可以得出类似的结论（）。例如：中东地区）。与V1G或V2G相关的潜在基础设施或技术经济限制未得到解决。 7 SMART情景结合了所有可能的灵活性选项包括热存储、电动汽车的V2G充电和屋顶光伏在减少损失和使用方面提供了最佳结果。 电网，据分析所示。将分布式光伏发电纳入SMART情景可以改善结果，通过降低对电网的依赖（现场电力生产与消费）。 8 智能电气化策略的采用可以通过降低关键线路的利用率比率（实际最大功率与最大额定容量的比率 ）来限制电网拥堵的风险。 分析显示，生产线容量需要减少50。这意味着只需要一半的生产线容量，这样智能电气化才能在无需投资且不影响网络运营的情况下，适应更多的基于电力的需求。 9 总储蓄额包括1）避免的电网投资、2）电网运行中的损失减少以及3）由于峰值负荷减少而导致的电力边际成本降低预计将导致 在单位能源成本减少35的情况下，从基准情景中的每兆瓦时772美元（每兆瓦时694欧元）降至智能情景中的每兆瓦时496美元（每兆瓦时446欧元），根据分析所示。这代表着每年约290万美元（约260万欧元）的经济节省（每户家庭超过222美元或200欧元）。 10 此，为了实现灵活的能源系统， 本研究的目的是量化智能电气化的益处。重要的是，用户在消费电力时都有自己的偏好和模式。因 在适当的位置设立正确的财务激励措施至关重要，这不仅包括对消费者响应信号的补偿，还包括增加数字化和自动化基础设施。或者，一种更为规范的方法是基于授予配电系统运营商在特定时期削减负载的能力，作为最后的手段。一般来说，商业和工业用户可能是需求侧管理的更好目标，因为它们的驱动因素比具有较少理性特征的住宅用户更经济。 1 简介 风力发电和太阳能发电的成本竞争力为向全球气候目标转型铺平了道路，提供了清洁且价格合理的电力。结合能源效率措施，电气化预计将成为支持全球能源系统碳减排的有前景的途径。然而 ，总体而言，风能和太阳能的波动性对系统构成挑战，并可能推动为终端用能部门电气化而设计有效策略。 电气化途径需要从供应侧到需求侧都采用一种新的模式。需求侧的转型不能仅依赖于将传统的以化石燃料为基础的技术（例如将燃气锅炉更换为）以电力为基础的技术（的更换）。 即： 热泵或电动机车替代传统动力车。这也要求这些资产进行智能化运行，以利用从新电力需求部门获得的灵活性。此外，还需要支持帮助企业最大化使用可再生能源、减少投资并减轻对电力系统资产的压力的商业模式。为此，所有参与者，特别是在能源价值链上的消费者，必须积极参与 。新兴商业模式、法规以及对系统规划和运营的革新需要补充新的技术。这种方法被统称为（国际可再生能源机构，2023a） 智能化电气化 智能电气化带来了一系列的好处。其中之一是提高配电网的运行效率。以智能方式管理分布式能源资源，并利用其灵活性潜力，可以更好地利用配电网基础设施。特别是，具有行业耦合资产（如电动汽车（E