报告 | NREL：分散式风电可满足美国一半以上电力需求

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美国国家可再生能源实验室 (NREL) 2022年5月发布的一项最新研究表明，美国依靠分散式风电可提供近 1.4 TW 的发电量——足以供应美国目前年用电量的一半以上。

NREL《美国分散式风电未来研究》报告

https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/82519.pdf

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NREL分散式风电未来研究报告作者认为，在有利的监管和政策方向下，分散式风电可以在未来几十年提供更便宜的电力。报告认为，通过利用分散式风电的潜力，可以为农村家庭、企业和社区等提供清洁能源资源，促进地区能源转型并支持美国实现低碳排放目标。

报告执行摘要

分散式风电作为分布式能源资源部署的风能技术，可以为地方、社区和农村提供能源解决方案，为希望向清洁电力过渡的人使用。这些分散式系统通常与电网连接，并根据用户的负荷确定大小，规模从千瓦（kW）到兆瓦（MW）不等。分散式风能也可能存在于电源侧，发电系统与配电网互联，并通过购电协议出售能源，或由本地公用事业公司拥有。这些项目可能涉及在电网中的战略布局，以加强当地配电网的稳健性、可靠性和弹性，并缓解传输拥堵。这些分散式项目可能包括规模大于100千瓦的多个风电机组，通常，分散式风电机组的规模为1MW或更大。

美国目前有潜力部署近1400 GW的分散式风电装机容量。这一数量相当于美国目前年耗电量的一半以上，足以为数百万美国家庭提供清洁电力。只要辅以有利的监管和政策指导，分散式风电在未来几十年可以提供更多的盈利性发电。而通过挖掘分散式风电的潜力，风能技术可以为农村家庭、企业和社区提供更多的本地清洁能源资源，促进能源转型，支持实现国家低碳排放目标。

尽管在美国分布式屋顶太阳能光伏发电对分散式风电造成了强有力的正面竞争，但风能和太阳能资源往往是互补的，从而使分散式风电和光伏以及电池储能的混合系统更具吸引力，从而为能源系统带来更大的价值。（参考：伯克利实验室发布美国混合发电项目增长的十大研究成果）

此外，分布式风电在拥有非常好的风资源，并且项目开发、设计和建设简单的地区具有相对的竞争力；例如，在地形相对简单并且支持分散式风电系统的政策环境的地方。值得注意的是，分散式风电相对光伏发电而言，可以以相对更小的空间占用而获得数百千瓦甚至兆瓦级的电力。就土地消耗而言，那些空间有限的地方，对分散式风电则会表现出更多兴趣。

NREL最新的《分散式风电未来研究》报告，深入探讨了这项技术在国家未来能源供应中可以发挥的作用。该研究强调了目前和2035年可盈利的分散式风电的数量，还强调了分散式风电作为当地和社区的电力资源，可以通过确定分散式风电最适合向消费者和社区提供低成本电力的州和县来进行经济部署的地点。

该项研究基于美国能源部之前的基准报告 "评估分散式风电的未来：表后项目的机会"（Assessing the Future of Distributed Wind: Opportunities for Behind-the-Meter Projects，Lantz等人，2016年，https://www.nrel.gov/docs/fy17osti/67337.pdf），但采用了更高分辨率的数据和新的建模技术，为表后和表前的分散式风电应用提供洞察力。该研究目的是支持拜登政府新的既定目标，即到2035年实现100%无碳电力供应，到2050年实现经济范围内温室气体净零排放。

研究结果详细介绍了两个时间点的情景：2022年情景和2035年情景。主要结果来自于基线条件以及2022年的预测情景，特别是2022年的基线方案。基线条件反映了美国目前已立法的政策以及基于其他模型输入参数下业务的正常趋势。2022年基线方案的结果则通过经济潜力的角度来评估。研究结果对2022年和2035年的经济潜力进行了估计，但鉴于报告与市场的紧密相关，更强调了2022年的结果。

报告主要结论：

 - 分散式风电机会巨大，目前的技术开发条件下有近1400GW的经济潜力。通过降低成本、降低生命周期风险和客户获取成本，可以提高与其他分布式能源的竞争力，有利于促进客户选择分散式风电。

- 在2022年基线情景下，表后应用（用户侧）的经济潜力较大，为919GW，表前应用（发电侧）潜力为474GW。但在未来的政策支持和更宽松的选址条件下，表前应用的经济潜力乐观估计到2035年情景中可增加到4TW以上，而表后应用则提升至1.7TW。结果表明，表内应用可抵消零售价格所带来的相对近期的经济机会，而表前应用（发电侧）可提供社区批发电力和支持全国风能资源丰富地区配电系统的广泛长期潜力。

- 在2022年基线情景中，表内分散式风电应用的经济潜力主要在中西部和中心地带，仅前六个州就有约500GW，包括得克萨斯、明尼苏达、蒙大拿、科罗拉多、俄克拉荷马和印第安纳等。表前分散式风电的经济潜力也主要在中西部和中心地带，前六个州有超过300GW，包括俄克拉荷马州、内布拉斯加州、伊利诺伊州、堪萨斯州、爱荷华州和南达科他州。

 - 农业用地方面占表后风电2022年总经济潜力的70%，占表前风电（发电侧）2022年总经济潜力的97%。仅关注前六个州，农业用地的经济潜力在表后风电中超过400GW，在表前风电中超过300GW。这些结果表明，在中心地带的农业用地上有相当大的经济潜力，另有农业去碳化和收入多样化的重要机会。

 - 从表后分析，堪萨斯州、科罗拉多州、得克萨斯州、南达科他州、新墨西哥州和肯塔基州在2022年的商业和工业用地上都有超过900MW的表后分散式风电发展的潜力。商业和工业用地所占面积明显少于农业用地，但仍然提供了引人注目的近期和长期分散式风电潜力，特别是对于表后应用。

 -2022年，在纽约、明尼苏达、肯塔基、得克萨斯、俄克拉荷马和南达科他州，住宅用地上安装表后分散式风机的经济潜力最大。此外，基于风资源良好的土地以及相对较高零售电价地区的结合，在比如明尼苏达州、加利福尼亚州和马萨诸塞州等地，则具有特别高的阈值资本支出（CapEx）值。CapEx表明在特定地点一个系统要保持盈利能力所需投资的资本金额；较高的CapEx资本支出值，意味着对分散式风电更有利。鉴于其较高的资本支出门槛，这些州值得进一步探索其近期项目的潜力。暂时没有发现住宅用地上的表前分散式风电有明显的经济潜力，实际上这些项目类型不太可能成为一个新的项目。

 - 2022年中型和大型分散式风电项目（100千瓦到数百万千瓦不等）的经济潜力在马萨诸塞州、俄亥俄州、得克萨斯州和堪萨斯州的用户侧（表后应用）中最大，每个州都有几百MW到数GW的潜力；而大中型分散式项目在表前应用（发电侧）部署，在俄克拉荷马州、内布拉斯加州、伊利诺伊州、堪萨斯州、爱荷华州和南达科他州的表现最好，每个州的经济潜力超过30GW。仔细研究那些中型和大型分电机组在表后和表前系统中具有巨大潜力的州和县，可以得到新的部署机会。

 - 如果目前美国的税收减免和净计量政策如期到期，则分散式风电的经济潜力将在2022年至2035年之间下降。然而，如果目前的税收减免和政策得到延长和战略扩展，表后应用的经济潜力将增加80%以上，表前应用将增加近9倍。因此，分散式风电的经济性和它在未来能源系统中可能发挥的作用，对政策尤其敏感，特别是那些影响项目级成本的政策。鉴于包括风能和太阳能在内的分散式或分布式能源资源（DER，distributed energy resource）之间的竞争，如果利益相关者希望寻求将分散式风电的潜力转化为部署，密切检查和分析拟议的政策规定及其对分散式风电的适用性情况就显得非常重要。

 - 当分散式风电具有经济性时，其经济潜力对选址的考虑非常敏感。在报告提出的“2035年情景”（2035 scenarios）中，改变选址主要影响技术而不是经济潜力，除非分布式系统的成本或价值也发生变化。当分散式风电的条件成熟时，选址障碍会阻止其他可行的项目向前发展。另一方面，如果分散式风电的经济性受到挑战，支持分散式风电的努力将很好地优先考虑选址问题，与提高整体竞争力的补充行动相配合。

 - 改变大型风力发电机组的运营、维护和性能假设，到2035年仅使表前经济（发电侧装机）的潜力增加一倍多，从160GW增加到342GW。而大型风电机组的变化，对表后应用（用户侧）的影响不大。

 - 报告模拟的2035年分布式能源资源DER的市场价值变化，使得表后潜力略有下降，但表前经济潜力将增加96GW（60%）。

- 报告提出的“2035年融资情景”的敏感性使表后装机的潜力增加了211GW（27%），表前潜力增加了353GW（221%）。这表明，获得低成本融资或其他形式的融资支持，可能对经济可行性产生重大影响，并最终影响表后和表前分散式风电应用的潜力。

- 2022年，一些经济贫困地区表前分散式风电经济潜力最大的六个州，包括俄克拉荷马州、伊利诺伊州、堪萨斯州、新墨西哥州、内布拉斯加州和蒙大拿州，总计潜力超过120GW。经济贫困地区的表后分散式风电方面，经济潜力最大的前六个州总计潜力超过200GW，包括得克萨斯、蒙大拿、新墨西哥、加利福尼亚、南达科他和堪萨斯。根据它们在全国的分布和频率，对分散式风电有利的州和贫困地区之间有很强的关联性，这在中西部和中心地带尤其明显，但也包括具有高阈值资本支出值的沿海地区。基于这些结果，分散式风电可以为农村和偏远和贫困地区提供能源和环境效益的地方可能会很多。

总而言之，分散式风电的潜力在今天和未来都是巨大的，为家庭、企业、城市和社区提供了通往清洁能源未来的盈利途径。此外，通过减少对国家已经紧张的输电网络的依赖，分散式风电可以与输电网络的扩展平行发展，并促进清洁能源的发展。当分散式风电系统与太阳能和电池储能相结合时，其对电网的价值将进一步优化，从而吸引更多人的关注。鉴于强大的经济性，各方共同努力，可以促进在全国范围内部署，从而继续努力提高分散式风电与其他分布式能源的竞争力，并增加其对消费者的吸引力。作为一种能源技术，分散式风电可满足终端用户和社区实现低成本、丰富的清洁能源的目标。

报告目录

图2. 2013年美国毗连区的年度、日均互补性

表2. 分散式风电电表后和电表前应用的技术潜力

表3. 各种不同情景下经济潜力

2022基线情景和2035基线情景下表前阈值CapEx值（分州和县列示），中部区域阈值最高，更有利于安装分散式风电。

2022情景下表前高阈值资本支出前六名。

2022基线情景和2035基线情景下表后阈值CapEx值（分州和县列示），沿海州也出现了高阈值情况。

不发达地区社区表前的阈值CapEx分布情况，依然在中央区域。

2022情景下，不发达地区的表后情况。

附录，与分布式光伏进行对比

CWEA

来源：NREL

https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/82519.pdf

https://www.nrel.gov/docs/fy17osti/67337.pdf

https://www.energy.gov/sites/default/files/2022-01/distributed-wind-market-report-2021-full-report-v2.pdf

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