寰视 | 美国分布式能源发展面临的挑战

2024年4月16日，纽约独立系统运营商（NYISO）启动了美国首个分布式能源聚合商入市计划，将小型光伏、户用储能和电动汽车等配网侧负荷纳入批发电力市场。从形式上看，分布式能源是一种综合系统，涉及到各学科领域，对分布式能源的定义也是多样化的，但普遍都包含了位置、装机规模、技术使用和能源等基本要素。

各国对于分布式能源也没有统一的定义，美国能源部将其定义为是规模较小、靠近用户、节能环保的能源系统；德国施耐德公司认为分布式能源是主要利用可再生能源为燃料来源的小型发电、储电系统；纽约公共服务委员会则将其定义为一种分布在用户端，能够实现能源的综合梯级利用并提升能效的供能系统。综观全球，美国分布式能源起步较早，是全球分布式能源发展的先行者，历经数十年的发展，其制度体系愈加成熟。

他山之石，可以攻玉。本文通过总结美国分布式能源发展现状，分析中美两国分布式能源面临的挑战及发展差异，提出对我国分布式能源发展的相关建议。

美国分布式能源发展现状

美国是全球分布式能源发展的先行者，随着联邦税收激励措施和州政府支持政策的实施，预计在2022～2027年，美国的分布式能源资源（DER）市场投资将翻倍，年投资额接近680亿美元。此外，商业和住宅领域的装机容量预计将比过去5年增长3.7倍。

20世纪初，集中式发电系统的迅速发展，使得一些用户意识到，安装和使用自有电力设备在可靠性和经济性方面具有明显优势。同时，某些公共事业单位，如电信中心、医院和学校等，由于对供电可靠性有较高的要求，开始自行建设电力设施以满足其特定需求。这种小型用户发电模式在某些情况下能够替代当地电力供应商，为这些消费者提供所需的电力，从而为整个电力系统带来积极影响。这一时期被称为美国“传统”意义上的分布式发电，其主要特征是规模较小，且以热电联产为主。

1978年，美国公布《公共事业监管政策法案》（PURPA），标志着分布式能源进入一个全新的阶段，该法案第210条将这类非公用事业发电的个体用户称为“合格设施”（QFs），并且提供财政激励政策，鼓励发展热电联产和小规模发电。此后，一些QFs开始向消费者提供电能。1992年，美国《国家能源政策法案》公布，法案允许非公共事业公司可以在整个能源市场进行公平竞争，进一步促进了分布式能源的发展。随着2001年美国颁布IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）Standard 1547-2004“关于分布式电源与电力系统互联的标准草案”，将分布式能源的发展推向标准化。

当前，光伏产业、微型涡轮机、燃料电池、数字控制技术及页岩气的开发，进一步拓展了“下一代”分布式能源的应用领域和机遇，使得根据消费者的个性化需求定制能源系统成为现实。这些技术的创新，加之消费者需求的不断演变，以及电力和天然气批发与零售市场的重组，为消费者利用分布式能源满足自身需求提供了更加多样化的选择。

为了促进分布式能源的发展，美国制定了多项有效的能源法律法规。美国能源部（DOE）与美国环境保护署（EPA）从节能和环境保护两个维度推动分布式能源的进步。美国环保署还特别成立了分布式能源合作小组（Combined Heat and Power Partnership），明确指出分布式能源是一种经济可行的清洁能源解决方案，并将其视为国家的优先事务之一。国家层面的政策有：1978年《公共事业监管政策法案》（PURPA）、1992年《国家能源法》、2001年IEEE Standard 1547-2004“关于分布式电源与电力系统互连的标准草案”、2005年《国家能源政策法案》（EPACT）、2007年美国新能源法案、2009年《美国清洁能源与安全法案（ACE-SA）》。各州和城市也制定了相关的政策措施，来激励和推进分布式能源的发展。

2010年，各州政府发布了《清洁能源工作计划》，旨在到2030年实现新增分布式能源装机容量超过6500兆瓦，以达到温室气体减排的目标。以加利福尼亚州为例，该州在分布式光伏发电装机容量方面已显著超过其他州。

美国的市场化机制通过竞争性电力市场和政策激励，大力推动了分布式能源的广泛应用。首先，电力市场的开放允许独立发电商和用户通过购电协议（PPA）直接参与电力交易，增加了分布式能源的市场机会。其次，联邦和州政府提供的税收减免和补贴政策，如《公共事业监管政策法案》和太阳能投资税收抵免（ITC），降低了分布式能源项目的初始投资成本。美国的市场化机制通过增强市场竞争力、降低准入门槛，显著促进了分布式能源的发展。

中美两国分布式能源

面临的挑战及发展差异

技术成熟度：尽管中美两国在分布式能源技术领域都取得了一定的进展，但在技术的成熟度、经济性和可靠性等方面仍然存在诸多挑战，当下，市场活力尚未被完全激活，都需要不断地进行技术创新和研发投入。例如，分布式可再生能源技术在转换效率、稳定性和使用寿命等方面仍有提升的潜力；分布式储能技术在容量、成本和安全性等方面也亟需改进；智慧微网技术在信息通信、控制策略和系统集成等领域同样需要进一步的创新。

市场环境：美国分布式能源已经有100多年历史，但仍有很大的开发和应用潜能。分布式能源市场尚未建立起有效的竞争环境和合作机制，其发展仍需依赖政策补贴，这使得在推广和应用分布式能源项目时面临诸多挑战和障碍。例如，传统电力公司对分布式能源项目的接入和并网存在一定的抵触或拒绝态度；而电网基础设施在接纳和调度分布式能源项目方面也显得不足或不够适应。

政策法规：目前，各国在分布式能源领域的政策法规尚未达到完善和统一的程度，这导致在实施分布式能源项目时面临诸多不确定性和风险。例如，分布式能源项目的审批、监管和评估等环节缺乏清晰和透明的标准与流程；分布式能源用户在与电网进行并网、交易等活动时，缺乏公正合理的价格机制和契约关系；此外，分布式能源项目在享受政府补贴或税收优惠时，也缺乏有效且持续的保障措施。

发展规模：美国的分布式能源市场已经相对成熟且规模庞大，各种技术和商业模式层出不穷。与之相比，中国的分布式能源市场正处于快速发展阶段，潜力无限。

技术途径：两国在分布式能源的技术路径上存在一定差异，如中国在光伏领域具有竞争优势，而美国在储能、智能电网等方面具有领先技术优势。

市场模式：市场机制建设是影响能源政策实施效果的关键因素之一，中美两国在这方面的体制安排有着明显的差异。美国的分布式能源市场更加注重市场化，采用成熟的购电协议和租赁协议等模式；而中国则更多地依赖政府补贴和政策推动。

政策环境：在分布式能源的政策和发展方向上，两国表现出不同的趋势。近年来，中美两国在能源结构方面也存在明显的差异。尽管中国在可再生能源领域的投资不断增加，但可再生能源在其整体能源消费中的占比仍然较低。中国的能源结构以煤为主，相对而言，美国的能源结构则以石油和天然气为主，且天然气的使用比例逐渐上升，现已超过煤炭。相比之下，美国的能源结构更加多样化，这使得两国在分布式能源的发展路径上存在显著差异。

美国分布式能源发展对中国的启示

党的二十大报告提出“推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式”。分布式能源作为清洁能源，以综合高效利用为特色，有助于推动我国能源绿色发展。近年来，我国大力推进分布式能源发展（见图），可以借鉴美国分布式能源发展经验，探究对我国的启示。

分布式能源的应用不仅保持了绿色环保的特性，还能有效降低因长距离传输导致的线路损耗，从而减少由此引发的环境污染。因此，科学合理地配置分布式能源发电机组将对环境保护产生更为显著的效果。分布式能源建设的另一个重要出发点是提高供电可靠性，获取比单独通过电网供电更高的安全性。通过对2001年美国加利福尼亚州电力危机、2003年美加大停电事故和2008年中国南方冻雨灾害现象的分析，大型电力传输线路通常采用架空方式布置，容易受到外部气候条件的显著影响。在极端天气事件发生时，可能会导致多条输电线路同时出现故障，从而使供电安全面临一定的风险。分布式能源凭借其灵活性等优势，能够有效补充电力供应，成为提升供电安全的一种新途径。

结合上述探讨，具体建议如下：

一是进一步完善分布式能源参与电力市场机制与商业模式。提升分布式能源参与电力期货、现货、辅助服务等市场的灵活性，挖掘企业和居民等用户与电网交互的多样性；同时，加快储能、氢能等技术与分布式风光资源融合，鼓励以虚拟电厂等商业模式参与市场，增强分布式能源与电网互动友好性，有助于实现分布式能源的规模化和可持续性消纳。

二是促进分布式能源向空间维度延伸，将分布式能源与乡村振兴紧密结合。布局农村地区新型配电网建设，推进分布式光伏接入电网承载能力评估工作，加强农村光伏配置储能的调度运用管理，并完善其参与电力市场实施细则，建立起以惠民利民为重点的利益联结分配机制，引导农村地区电网的新业态新模式有序发展，辐射带动乡村产业提档升级、拉动产业链延伸，提升发展内生动力。

三是促进分布式能源向时间维度延伸，分阶段促进分布式能源发展，提升可再生能源消纳能力。在分布式能源发展起步阶段，注重安全性工程及网架增强工程投资；在发展推广阶段，通过数字化技术实现对分布式能源系统的远程监测、控制和优化管理，提高运行效率；在迅速发展阶段，完善并网标准，采取积极的引导措施，促进分布式能源向智能化、低碳化方向演进。