Что такое распределенные источники энергии (DER) и как они работают?

По мере того как энергетические системы становятся все более цифровыми, электрифицированными и все более зависимыми от возобновляемых источников энергии, распределенные источники энергии (DER) перемещаются с периферии сети в центр энергетической стратегии. То, что раньше было простой односторонней системой — крупные электростанции, передающие электроэнергию по линиям электропередачи в дома и предприятия, — превращается в более гибкую сеть, где потребители также могут генерировать, хранить, перераспределять и даже продавать электроэнергию.

Распределенные источники энергии (DER) могут улучшить экономические показатели хранения энергии, поддержать интеграцию в энергосистему, сократить выбросы и повысить устойчивость. Но они также создают новые технические и нормативные проблемы. В этом руководстве объясняется, что такое распределенные источники энергии, как они работают, какие технологии наиболее важны и почему распределенная энергетика становится так важна в современных энергосистемах.

Основные выводы

• Распределенные источники энергии (DER) — это небольшие энергетические системы, расположенные вблизи мест потребления электроэнергии, включая солнечные панели, батареи, электромобили и гибкие нагрузки.
• Распределенные источники энергии преобразуют энергосеть из односторонней в двунаправленную интерактивную сеть, позволяя пользователям как потреблять, так и производить энергию.
• Накопление энергии является ключевым компонентом распределенных источников энергии, позволяя хранить избыточную возобновляемую энергию и использовать ее по мере необходимости, повышая эффективность и надежность.
• Распределенные источники энергии играют важнейшую роль в интеграции в энергосистему, помогая сбалансировать спрос и предложение, стабилизировать напряжение и поддерживать внедрение возобновляемых источников энергии.
• Распределенные энергетические системы масштабируемы и гибки, что делает их подходящими для жилых, коммерческих и промышленных объектов.
• Решения вроде Avepower Системы хранения энергии повышают эффективность распределенных источников энергии, обеспечивая более рациональное использование энергии, резервное электропитание и оптимизированное потребление солнечной энергии.

Что такое распределенные источники энергии (DER)?

Распределенные источники энергии (DER) — это небольшие установки для производства или хранения электроэнергии, работающие вблизи места потребления. К ним относятся, например, солнечные панели на крышах, системы коллективного хранения энергии на основе аккумуляторных батарей или даже электромобили, способные передавать энергию обратно в сеть. DER являются частью растущей тенденции к децентрализованному производству энергии, позволяя потребителям стать «просьюмерами» — как производителями, так и потребителями энергии.

Основные характеристики распределенных источников энергии:

• Производство или хранение энергии в малых и средних масштабах.
• Расположение вблизи потребителей энергии позволяет снизить потери при передаче электроэнергии.
• Может работать автономно или в координации с энергосетью.
• Гибкое и масштабируемое решение, подходящее для жилых, коммерческих и промышленных объектов.

Согласно Министерство энергетики СШАИнтеграция распределенных источников энергии может помочь снизить пиковую нагрузку, повысить надежность системы и поддержать внедрение возобновляемых источников энергии.

Как работает распределенная энергетика?

Распределенная энергетика работает за счет размещения источников генерации, накопителей энергии или гибких электрических нагрузок ближе к конечным потребителям, а затем координации этих ресурсов посредством систем управления, инверторов, программного обеспечения и правил энергосети.

Простой пример — дом с солнечными батареями на крыше и аккумулятором:

1. Солнечные панели вырабатывают электроэнергию в течение дня.
2. В первую очередь электроэнергия потребляется в доме.
3. Дополнительная генерация заряжает аккумулятор.
4. Избыточная электроэнергия может экспортироваться в сеть.
5. Вечером батарея разряжается, чтобы обеспечить электроэнергией дом или сократить закупки электроэнергии из сети.

В более широком масштабе та же логика может применяться к школам, заводам, больницам, многоквартирным домам, паркам электромобилей или промышленным комплексам. Несколько распределенных источников энергии также могут быть сгруппированы агрегатором и работать вместе как «виртуальный» ресурс. Приказ FERC № 2222 Эта система была разработана для того, чтобы дать возможность этим группам распределенных источников энергии более эффективно участвовать в региональных рынках электроэнергии, включая такие ресурсы, как батареи, солнечные батареи на крышах, интеллектуальные термостаты, тепловые аккумуляторы, электромобили и снижение спроса, связанное с повышением энергоэффективности.

МЭА Отмечается, что распределенные источники энергии трансформируют электроэнергетические системы, поскольку потребители все чаще могут производить электроэнергию, хранить ее, реагировать на ценовые сигналы и создавать двунаправленные потоки электроэнергии, а не только потреблять электроэнергию из сети. Только в период с 2019 по 2021 год во всем мире было установлено 167 ГВт распределенных фотоэлектрических мощностей.

Какие распространенные технологии и системы распределенной генерации энергии используются для производства электроэнергии?

Не все распределенные источники энергии вырабатывают электроэнергию, но многие это делают. Наиболее распространенными технологиями распределенных источников энергии, ориентированными на выработку электроэнергии, являются солнечные фотоэлектрические системы, топливные элементы, когенерационные системы и микротурбины.

Солнечные фотоэлектрические системы

Солнечные фотоэлектрические системы Фотоэлектрические системы являются наиболее распространенной технологией распределенной генерации энергии. Мощность бытовых фотоэлектрических систем обычно составляет от 5 до 20 кВт, в то время как коммерческие системы могут превышать 1 МВт. Фотоэлектрические системы снижают зависимость от электроэнергии из сети, уменьшают счета за электроэнергию и способствуют интеграции в сеть в часы пиковой солнечной активности.

Пример: В Калифорнии более 30% жилых домов имеют солнечные фотоэлектрические системы на крышах, которые вносят вклад в местные мощности распределенной энергетики.Калифорнийская энергетическая комиссия, 2023 год).

Топливные элементы

Топливные элементы преобразуют химическую энергию топлива, такого как водород, в электричество посредством электрохимического процесса. Они экологически чистые, высокоэффективные и могут работать непрерывно, пока подается топливо. Топливные элементы широко используются в коммерческих или промышленных системах распределенной генерации энергии, где надежность имеет решающее значение.

Когенерация (комбинированное производство тепла и электроэнергии)

Когенерационные системы производят как электроэнергию, так и полезное тепло из одного источника топлива, часто природного газа. Они могут достигать общей энергоэффективности в 60–80%, по сравнению с 30–50% для традиционных методов генерации.

Микротурбины

Микротурбины — это компактные высокоскоростные турбины, вырабатывающие электроэнергию на месте. Они подходят для коммерческих и промышленных объектов, нуждающихся в надежном электроснабжении, и могут интегрироваться с возобновляемыми источниками энергии для создания гибридных систем.

Какие технологии хранения энергии используются в качестве распределенных источников энергии?

Накопители энергии — одна из важнейших категорий распределенных источников энергии, поскольку они обеспечивают гибкость практически для всех остальных ресурсов.

Батарея

В настоящее время наиболее распространенной формой распределенного хранения энергии являются аккумуляторные батареи. Они накапливают электроэнергию, когда ее предложение избыточно или цены низкие, и высвобождают ее, когда это необходимо. Батареи могут быть установлены за бытовым или коммерческим счетчиком, или перед местным распределительным счетчиком. В любом случае, аккумуляторные батареи могут способствовать интеграции в энергосистему, изменяя графики энергоснабжения, сглаживая выработку солнечной энергии, снижая пиковую нагрузку и быстро реагируя на сбои в сети.

Примеры систем хранения энергии на основе батарей в распределенных источниках энергии: AvepowerАвтора бытовые системы хранения энергии масштабируемы примерно от 15 kWh до ~1 000 000 kWh, позволяя домовладельцам расширять мощности в зависимости от их энергетических потребностей.

Avepower 15kWh Вертикальная домашняя батарея для хранения энергии

• Тип батареи: LiFePO4 (литий-железо-фосфат)
• Энергия системы: 15kWh
• Номинальное напряжение: 48V система классов
• Срок службы: до 8000+ циклов при рекомендуемой глубине разряда.
• Монтаж: Внутренний, вертикальный напольный шкаф.
• Общение: CAN / RS485
• Защита: от перезаряда, переразряда, перегрузки по току, короткого замыкания.

Получите бесплатную квоту

Узнайте больше об этом продукте

Электрические транспортные средства

Электромобили (EV) могут служить мобильными накопителями энергии. Благодаря технологии «автомобиль-сеть» (V2G) электромобили могут передавать электроэнергию обратно в сеть или домой в периоды пиковой нагрузки, фактически выступая в качестве распределенных источников энергии.

Электрические водонагреватели

Электрические водонагреватели представляют собой форму аккумулирования тепловой энергии. Они могут нагревать воду, когда цены на электроэнергию низкие или когда возобновляемые источники энергии вырабатываются в больших количествах, и снижать потребление энергии в периоды высокой нагрузки на сеть. Технический обзор 2024 года. Министерство энергетики США Отмечается, что по сравнению с обычными резистивными водонагревателями, водонагреватели с тепловым насосом могут сократить годовое потребление электроэнергии для нагрева воды примерно на 60–70%, а также позволяют перераспределять нагрузку.

Как системы распределенной генерации электроэнергии (DER) взаимодействуют с электрическими сетями?

Распределенные источники энергии интегрируются в электрические сети посредством интеллектуальных инверторов, систем управления энергопотреблением и технологий связи с сетью. Ключевые функции включают:

• Поддержка сетки: Обеспечение регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности.
• Балансировки нагрузки: Перераспределение энергопотребления для снижения пиковой нагрузки.
• Работа острова: Микросети с распределенными источниками энергии могут отключаться от основной сети во время отключений электроэнергии, обеспечивая бесперебойное электроснабжение.

Такая интеграция повышает общую надежность энергосистемы, одновременно способствуя увеличению доли возобновляемых источников энергии.

В чём преимущества распределённых источников энергии?

Ценность распределенных источников энергии выходит за рамки одного единственного показателя. Их преимущества охватывают экономику, выбросы, устойчивость и планирование системы.

• Распределенные источники энергии подают электроэнергию в непосредственной близости от потребителя, что снижает потери при передаче.
• Повышение эффективности управления энергопотреблением посредством программ реагирования на спрос, в рамках которых коммунальные предприятия стимулируют потребителей к корректировке потребления и предоставляют доступ к системам распределенной энергетики для удовлетворения спроса.
• Потребители, использующие распределенные источники энергии, могут производить более дешевую электроэнергию для собственного потребления.
• Избыточная энергия может быть возвращена в местную электросеть посредством системы нетто-учета, что позволит получать скидки на счета за электроэнергию.
• Энергетические компании экономят на затратах на инфраструктуру, интегрируя распределенные источники энергии вместо строительства новых генерирующих мощностей.
• Многие распределенные источники энергии используют возобновляемые источники энергии или водород, что приводит к значительному снижению выбросов по сравнению с угольной или нефтехимической энергетикой.
• Распределенные источники энергии обеспечивают резервное электроснабжение во время экстремальных погодных условий или стихийных бедствий, повышая общую устойчивость энергосистемы.

Какие проблемы связаны с распределенными источниками энергии?

Распределенные источники энергии (DER) — перспективное направление, но его внедрение требует значительных усилий. Для их эффективного масштабирования необходимо решить технические, финансовые и нормативные проблемы.

• Установка технологий распределенной генерации энергии, таких как топливные элементы или солнечные батареи, может стоить тысячи долларов.
• Государственные стимулы, такие как налоговые льготы и субсидии, могут помочь снизить первоначальные инвестиционные барьеры.
• Более старые энергосистемы были спроектированы для одностороннего потока электроэнергии от центральных электростанций к потребителям.
• Распределенные источники энергии могут вызывать перегрузки и создавать дополнительную нагрузку на энергосеть из-за двунаправленных потоков.
• Координация действий заинтересованных сторон (регулирующих органов, коммунальных предприятий, потребителей) и внедрение технологий интеллектуальных энергосетей могут помочь смягчить эти проблемы.

Преимущества распределенного производства энергии по сравнению с централизованными системами

Распределенное производство энергии имеет ряд структурных преимуществ перед централизованной генерацией. Его можно внедрять поэтапно, ближе к потребителям, и зачастую быстрее, чем строительство крупных центральных электростанций и линий электропередачи. Оно может снизить некоторые потери в сети, повысить устойчивость на уровне потребителей и позволить потребителям электроэнергии стать активными участниками, а не пассивными потребителями.

Характеристика	Распределенная энергия	Централизованная энергетика
Локация	Близко к потреблению	Далеко от потребления
Эффективность	Снижение потерь при передаче	Более высокие потери при передаче
Надежность	Гибкий, островной	Зависимость от центральной электросети
Выбросы	Часто возобновляемый	Часто основаны на ископаемом топливе.
Стоимость	Масштабируемый, модульный	Высокие затраты на инфраструктуру

Заключение

Благодаря сочетанию генерации, хранения энергии и интеграции в интеллектуальные сети, распределенные источники энергии (DER) позволяют создавать более эффективные, устойчивые и надежные энергетические системы. Для домовладельцев и предприятий инвестиции в DER, такие как солнечные фотоэлектрические системы, системы хранения энергии на основе аккумуляторов или энергетические решения на базе электромобилей, могут привести к значительной экономии средств и экологическим преимуществам. Для коммунальных предприятий интеграция DER в работу сети повышает гибкость и надежность.

Интеграция с Avepower Решения

Компании, подобные Avepower Разработка и поставка интеллектуальных систем хранения энергии, готовых к использованию распределенных источников энергии, которые интегрируют солнечные фотоэлектрические системы, аккумуляторные батареи и системы управления энергией для максимизации собственного потребления и поддержки энергосети. AvepowerАвтора домашнее хранилище энергии и коммерческое хранилище энергии Продукция основана на литий-железо-фосфате (LiFePO4) технологии, предлагающей модульные варианты вместимости (от 15) kWh кратно 260 kWh), масштабируемые системные решения и длительный срок службы для надежного развертывания распределенных источников энергии.

Avepower решения для хранения энергии помочь домовладельцам накапливать избыточную солнечную энергию для использования в ночное время, обеспечить надежное резервное электроснабжение во время отключений в сети и перераспределить потребление энергии для снижения затрат на электроэнергию при одновременном сокращении выбросов углекислого газа.

FAQ