光伏与热泵结合撬动中国分布式能源发展

　　牛津能源研究所高级研究员侯安德（Anders Hove）认为，中国整县推进分布式光伏计划提供了一个独一无二的机会，能够将热泵和光伏的清洁能源效应结合起来， 助力减排增效。

 

　　光伏发电和热泵通常被视作是两个完全独立的领域：光伏属于能源生产领域，而热泵则属于建筑能效领域。我们把它们划分到不同的政策版块，由不同的部门分管，为其提供不同的激励措施，设定各自的发展目标。

 

　　而现在，我们更多地需要开始考虑如何将新能源技术整合起来，以响应中国源- 网- 荷一体化的政策号召。

 

　　与集中式、公共事业级光伏相关的各种并网整合问题受到了媒体和决策者的广泛关注。在中国，由于批发电力市场和输电系统相当缺乏灵活性，集中式光伏电站往往需要进行输电方面的投资。为了应对可再生能源发电的波动性问题，中国正在大型清洁能源基地旁建设新的燃煤发电厂，这将对未来的碳排放产生锁定效应。

 

　　然而，近年来中国分布式能源蓬勃发展，特别是在广大农村地区。分布式能源更适合用来满足当地的用电需求，如果上网则会与其他太阳能所面临同样的并网问题，同时还会产生弃电风险。家庭电力负荷虽然相对较小，通常无法吸收中午前后的峰值太阳能发电，但是在适当的条件下，使用热泵可以有助于增加本地太阳能消纳，并且还可以避免更多使用主流的化石燃料进行供热。众所周知，燃烧化石燃料会产生温室气体排放，不但会对当地空气质量产生负面影响，还会造成室内的空气污染。

 

　　整县推进光伏是一个相对较新的分布式太阳能计划，目前尚未引起媒体的广泛关注。在牛津能源研究所发表的一篇新研究论文中，笔者建议应将整县推进计划扩展到热泵领域，从而为该计划下产生的大量分布式太阳能电力寻找消纳出路。这样的整合举措可以有助于解决热泵和分布式光伏部署面临的一些障碍，达到一举两得的效果。

 

　　01、整县推进光伏计划

　　2021 年6 月，中国国家能源局启动了整县推进光伏试点计划。在其2021年9 月公布的各地报送的试点名单中，共计有676个县和其他同级行政单位（如新开发区）参与此项计划，约占中国县级行政单位的一半。

 

　　参与该项目的试点县并非全都地处农村地区，但它们较平均而言更接近农村的特征，这也反映了该计划的目标。这些试点地区的人口合计约占全国人口总数的24%。整县推进光伏计划要求各参与县的住宅屋顶总面积的至少20%安装光伏发电，同时还提出了其他针对工商业和政府屋顶的安装目标。这一计划的主要创新之处在于各县能够通过一次性拍卖覆盖所有屋顶，大大降低了项目开发建设的软成本（即：与建设没有直接关联的费用，如工程、融资、营销和法律费用），特别是对于那些可能无法单独盈利的小型系统而言。

　　同样的制度创新也可以用来鼓励热泵的安装部署。热泵也面临着许多与分布式太阳能相同的发展障碍，比如公众认知度低、资本成本高、回报率差、单个项目规模较小等。

 

　　如果一幢房屋已经安装了太阳能，那么可以用廉价的光伏电力来驱动热泵，有助于改善整个系统组合的经济效益。中国的电价相对便宜，但对于那些自己拥有发电能力的家庭或村庄来说，与在中午将太阳能电力回馈至电网相比，热泵仍能为其提供更好的经济回报。

 

　　这在炎热的夏季看起来相当不错，但是对于冬季来说其经济回报又如何呢？考虑到冬季夜晚的供暖需求较大，那么将供暖和太阳能光伏结合起来是否仍有意义呢？令人惊讶的是，在某种条件下答案是肯定的。首先，中国的冬季比大多数其他国家都要阳光充足。在山东，一个家用太阳能电池板在整个冬季期间的发电量可以达到夏季水平的76％，与美国亚利桑那州凤凰城的水平相当。相比之下，伦敦或慕尼黑的冬季光伏发电量仅相当于夏季水平的20％- 25％。

 

　　当然，如果没有储能来存储光伏电力，热泵在晚上则仍无法满足供暖的用电负荷。在中国的寒冷地区和夏热冬冷地区，光伏发电可以分别满足家庭全年用电量的25％和32％。如果加装两小时的储能（出于安全考虑，可能是由一个储能装置为整个村庄社区提供服务， 而不是在每个家庭单独安装储能设备），光伏发电将可以满足这些地区家庭用电量的42％和56％。

 

　　加装热泵还可以提高家庭自身对光伏发电量的消纳能力。在没有安装热泵的情况下，家庭光伏发电的自用率还不足10%，但加装热泵后，自用率可以达到20%-30% 左右，具体取决于所处的气候环境。另外如果再加装储能设备，自用率可以达到40% 以上。

 

　　最重要的是，尽管初始投资成本较高，但为已经安装了屋顶太阳能的家庭加装热泵在经济上仍颇具吸引力。在中国中部和东部的大部分地区，相较于安装新的电阻式供暖设备或燃气锅炉而言，为已有光伏的家庭加装热泵可以在三到六年内收回成本。与使用燃气供暖相比，它的回报率则更好。即使与安装新的清洁煤炉相比，在这些地区加装热泵在回收期方面也非常具有吸引力。然而，加装储能设备可能会使回收期明显延长，即使是在分时电价的电价差相当大的的情况下也是如此。

　　低碳能源转型影响到全社会的方方面面。近几十年来，中国加大了对农村地区的关注和投资，旨在通过减少室内空气排放提高居民生活质量，同时通过推广清洁能源使农村家庭能够在经济上受益。但农村地区还面临着一些特殊的障碍，尤其是在热泵普及方面。最明显的障碍在于缺乏公众意识。在中国城镇地区，供暖系统的建设在很大程度上被认为是房产业主和当地供暖企业的事情，而农村居民则往往将建筑节能和清洁供暖视为政府的责任。在中国农村，人们对采用清洁供暖可能带来的成本节约往往缺乏了解，相反，人们对化石燃料取暖则持普遍接受的态度，认为这是农村地区取暖的一种历史传统。此外，农村地区对于室内空气质量的认识和关注也较为缺乏。

 

　　第二个障碍在于较高的资本成本。几乎所有的消费者都不愿意在高效的设备上支付更多的前期费用，而这些设备往往能够在未来节省开支。与其他国家一样，中国消费者不愿升级建筑能源系统可能与以下因素有关：缺乏对家庭能源成本驱动因素的了解；对潜在的节能收益预估不够准确；更倾向于凭借感知而非实际的节能效果来做出能源决策。整县推进光伏计划可以很好的缓解这种担忧，一方面可以让工商业用户共同分摊项目的资本成本，另一方面也可以通过能源服务公司或商业贷款更好地为此类项目筹措资金。

　　04、推广普及热泵的好机会

　　我们的研究显示，在整县推进光伏计划取得成功的基础上还有进一步发展的潜力。这是由于，中国参与该计划的县级人口总数几乎相当于整个美国的人口规模，这些地区未来几年有望贡献大量的太阳能发电量，即使有些县可能达不到最初设定的目标。因此，有必要将整县推进光伏的模式作为在中国和其他地区推行分布式能源和能效举措的一个政策参考，以解决小型用户在转变家庭供电和供热制冷方式上面临的经济和其他障碍。否则，他们将很难投入时间和精力，更别说在金钱上投资于这种转变。

作者： Anders Hove

牛津大学能源研究所(OIES) 高级研究员

作者曾担任德国国际合作机构GIZ 中德能源转型项目的执行主任。文中提到的部分研究为该项目期间所取得的成果。完整的分析报告将在牛津能源研究所中国能源项目的网站上公布。

来源：ECECP