分布式能源在新疆地區的應用分析

（新疆天富能源股份公司，石河子市，832000）黃超

工作研究

分布式能源在新疆地區的應用分析

（新疆天富能源股份公司，石河子市，832000）黃超

分布式能源生產方式由于其就地取材，利用當地的各種可用資源發電、供熱，實現電、熱、冷及其他能源生產和使用的就地平衡，提高能源利用效率，分散環保壓力，化解電網風險，日益受國內外青睞。通過對分布式能源起源、發展優劣性的分析，結合新疆獨特的地域特點：多風、日照時間長，天然氣豐富，煤炭儲量大，城市規模小，人口極端分散，分析利用新疆區域條件發揮分布式能源的優勢，改善局部能源生產方式和環境保護，最大限度地實現能源的綜合、充分利用。

分布式能源；新疆；應用

“分布式能源”（distributed energy sources）是指分布在用戶端的能源綜合利用系統：一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端的熱電冷（植）聯產為主，其他中央能源供應系統為輔，實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應系統提供支持和補充；在環境保護上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現適度排放的目標；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長距離輸送能源的損失，有效的提高了能源利用的安全性和靈活性。分布式能源是一種建在用戶端的能源供應方式，可獨立運行，也可并網運行，是以資源、環境效益最大化確定方式和容量的系統，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進行系統整合優化，采用需求應對式設計和模塊化配置新型能源系統，是相對于集中供能的分散式供能方式。

1 國內外理論研究

1.1 國際研究及發展情況

國際分布式能源聯盟WADE對分布式能源定義為：安裝在用戶端的高效冷/熱電聯供系統，系統能夠在消費地點（或附近）發電，高效利用發電產生的廢能——生產熱和電；現場端可再生能源系統包括利用現場廢氣、廢熱以及多余壓差來發電的能源循環利用系統。據國際分布式能源聯盟統計，截止2004年底，美國分布式供能系統裝機容量占總裝機容量的7.8%，歐洲分布式供能發展水平世界領先，尤其是丹麥、荷蘭、芬蘭，其分布式供能發電量分別占到國內總發電量的52%、38%、36%，遠遠高于世界平均水平。迄2009年底為止，全美熱電聯產機組總裝機容量約8 500萬千瓦，占全美發電裝機容量的9%，發電量占美國總發電量的12%。

1.2 國內理論研究及規劃

國內由于分布式能源正處于發展過程，對分布式能源認識存在不同的表述。具有代表性的主要有如下兩種：第一種是指將冷/熱電系統以小規模、小容量、模塊化、分散式的方式直接安裝在用戶端，可獨立地輸出冷、熱、電能的系統。能源包括太陽能利用、風能利用、燃料電池和燃氣冷、熱、電三聯供等多種形式。第二種是指安裝在用戶端的能源系統，一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔。二次能源以分布在用戶端的冷、熱、電聯產為主，其它能源供應系統為輔，將電力、熱力、制冷與蓄能技術結合，以直接滿足用戶多種需求，實現能源梯級利用，并通過公用能源供應系統提供支持和補充，實現資源利用最大化。

《中國分布式能源行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告前瞻》數據顯示，“十二五”期間，我國將建設1 000個左右天然氣分布式能源項目，并擬建設10個左右各類典型特征的分布式能源示范區域。到2020年，在全國規模以上城市推廣使用分布式能源系統，裝機規模達到5 000萬千瓦，初步實現分布式能源裝備產業化。

2 國內應用情況

2.1 技術分析

我國分布式能源起步較晚，主要集中在北京、上海、廣州等大城市，安裝地點為機場、醫院、賓館、寫字樓和大學城等，由于技術、標準、利益、法規等方面的問題，主要采用“不并網”或“并網不上網”的方式運行。智能電網是近年來美國和歐盟相繼提出的概念，它是以高級傳感裝置為核心，集合各種最先進的信息技術形成的高效電力自動化信息網絡的統稱，……智能電網可以接入并容納各種形式的新能源和清潔能源：太陽能、風能、燃料電池、電動汽車等。信息技術、測量技術和控制技術為核心的智能電網顛覆了傳統電力行業集中生產、大規模傳輸、分散使用的工業化生產規模經濟優勢，轉而以更經濟的能源就地生產、使用，克服了大城市能源輸送中存在的“廊道”建設選擇難和小規模用戶輸送設施建設成本高昂的難題，隨著我國智能電網建設步伐加快，必將有效解決分布式能源發展的難題。

2.2 應用實例及經濟分析

國內小型燃氣輪機熱電冷聯產機組已投運項目（見表1）：

與燃煤電廠等電源造價投入比較，小型燃氣輪機三聯供在造價上還是有優勢的，分析表2：

2.3 準入條件

分布式能源具有保護環境、節約能源、減少排放等優點，但是這些優點都是外部影響，很難在市場中體現，而分布式能源的投資吸引力相對較弱，需要政府制定相關的優惠政策予以扶持。分布式能源的鼓勵政策應遵循統籌兼顧資源開發、能源需求、環境保護和經濟效益，以節能減排為目標，以滿足用戶供電可靠性為宗旨，以提高能源效率為中心，因地制宜，規范發展，準入條件應包括以下三個方面：

（1）鼓勵清潔環保的分布式能源發展，重點對可再生能源、天然氣熱電聯產、冷熱電三聯供、燃料電池等清潔高效的項目類型進行鼓勵。

（2）針對化石燃料類的分布式能源設立能效標準，促進能源的綜合利用效率的提高。例如，利用化石燃料的分布式能源系統的總熱效率不應小于70%，熱電比不應小于75%。

（3）鼓勵先進能源利用技術。對微型燃氣輪機、燃料電池、風力發電等進行鼓勵，對小煤電、柴油發電等污染大、技術落后技術不予鼓勵。

2.4 燃氣輪機熱電冷聯供流程圖

分布式能源系統可為在不適宜建設集中電站的地區和輸電網末端的用戶及輸配電系統提供能源，能夠有效降低熱、電、冷等遠距離能量輸送損失和相應的輸配電系統投資，為用戶提供高品質、高可靠性和清潔的能源服務。

表1 國內小型燃氣輪機熱電冷聯產機組已投運項目

表2 小型燃氣輪機三聯供造價

圖1 微型燃氣輪機CCHP系統

3 應用前景分析

新疆發展分布式能源的優勢：新疆地大物博，人口分布不均，年內溫度變化劇烈，區域性用戶對能源（電、熱、冷）的需求數量大、種類多，如北疆地區供暖周期都長達半年，最低氣溫也接近零下40℃，最高氣溫又達40℃，城市生活對電、熱、冷的需求量都較大，用戶間的距離也較大，為電、熱等能源的輸送造成一定的困難，輸配電、供熱管網投資動輒數千萬元，甚至過億元，而用戶對能源的需求總量并不大，造成投資回收期漫長，常常得不償失；另一方面，新疆有較豐富的天然氣資源和光熱資源、風能資源、生物質資源，便于就地平衡利用，這些都為分布式能源發展提供了廣闊的空間，具體為。

3.1 建設燃氣熱電冷聯供

機場、醫院、高檔別墅小區、大型場館等單位多遠離人口密集區（高等級醫院除外），為其建設供電、供熱管線（網）距離長、損耗大，如熱網供回水管道每米綜合造價6 000元左右，管網熱損蒸汽管道在25%左右，熱水管損也有一半，而這些用戶一般對價格不敏感、對供電（熱）可靠性更關注，一臺3 000～12 000千瓦的燃氣輪機不過數10噸，沒有多少附屬設備，占地數百平方米即可，排放尾氣以二氧化碳和水為主，無污染物質，環保沒有障礙。體積小，啟停靈活（幾分鐘內可完成啟、停操作），自動化/智能化程度高，無人值守或少人值守即可完成日常工作，這些用戶對電、熱、冷源都有需求，燃氣輪機發電后的高溫尾氣再用于加熱供暖水、制冷水，據查燃氣輪機發電效率在30～35%，供熱效率45～55%，能源綜合利用效率可以達到80%甚至更高；即一立方米天然氣（8 600大卡，2.0元）可發電3千瓦時（1.8元）、供熱0.016吉焦（0.24元），基本可收回燃料成本。近三年來，烏魯木齊市大力推廣采暖鍋爐煤改（天然）氣工程，對改善大氣環境起到了顯著的成績，據烏魯木齊晚報2015年09月25日報道，市政協副主席、市建委黨組副書記、主任馬伊磊介紹，預計2015～2016年度采暖期，全市用熱面積將達到1.78億m2，較上年度增加300余萬平方米。按每平方米面積一個采暖期用氣13m3測算，烏魯木齊市每年用于采暖的氣量將超過23億立方米，如能將這部分設備改為中小型熱電聯供燃氣機組，先發電，再供熱，年可發電70億千瓦時以上，完全可替代因煤改氣后退出市區的幾個燃煤電廠的發電量，對于電網的穩定和保障市區供電可靠性都有極大的意義。

3.2 建設光伏發電和光熱設施

新疆日照時間長、晴天多，單位面積的輻射能量較高（0.5千瓦/m2），利用這些受能面采集光能發電（配套儲能蓄電池，保障24小時電能供應，或與大電網相聯進行能源互補），或生產熱水供應建筑物內部使用，減少了對外部電、熱能的供應依賴，電能在400V供電時損耗最大，因為電能的損耗與電流的平方有關，電壓高時電流值較小，從110KV、10KV逐步降壓至400V后，電流值增加20多倍，損耗就要增加400多倍，因此，在低壓用戶側積極推廣分布式能源，減少低壓供電半徑范圍，與大電網建立互聯互供的關系，在保障供電可靠性的前提下，也減少了電能的損耗；供熱同樣如此，熱量的品質較低，長距離輸送既需求消耗大量的動能（電能），還由于長距離管線的散熱又無謂地損失熱能，對于熱能就地生產和使用，節能效果更佳。新疆眾多農牧區遠離人口密集區，用電量較少，只在農業生產季節用電，長距離架設供電線路經濟不合理，但“村村通廣播電視，戶戶通電”從政治上又必須做，如為其配套小型風電、太陽能光伏發電、供熱設備，滿足其生活需要，總投資不一定比架線高。這也是風電、光伏、光熱分布式能源存在的可行性和合理性。

3.3 在煤礦礦區建設煤層氣發電（供熱）

煤層氣在煤礦稱為煤礦瓦斯，根據新的資源評價結果，我國陸上煤層氣資源量36.8萬億立方米，與陸上常規天然氣資源量（38萬億立方米）相當，僅次于俄羅斯和加拿大。新疆煤炭資源儲量占全國的40%，以煤電東送、煤化工等資源就地轉化產業對煤炭的開采提出了很高的要求。煤礦煤層氣的主要成分是甲烷，甲烷在空氣中的濃度達到5%－16%時，遇明火就會爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤層氣不加以利用，直接排放到大氣中，其溫室效應約為二氧化碳的21倍。煤礦瓦斯發電，既可以有效地解決煤礦瓦斯事故、改善煤礦安全生產條件，又有利于增加潔凈能源供應、減少溫室氣體排放，達到保護生命、保護資源、保護環境的多重目標。煤礦瓦斯分高濃度瓦斯和低濃度瓦斯，高濃度瓦斯是指瓦斯濃度大于30%的瓦斯，低濃度瓦斯是指瓦斯濃度低于30%的瓦斯。低濃度瓦斯發電機組采用電控燃氣混合器技術，可以自動控制空燃比，以適應瓦斯的濃度變化，同時，低濃度瓦斯安全輸送技術，采用細水霧技術，解決了低濃度瓦斯的地面安全輸送問題。建設瓦斯電站可實現“以利用促抽采、以抽采促安全”的煤礦良性循環發展。目前國內規模比較大的一個就是山西省寺河電廠，裝機容量12萬千瓦，有60臺機組，2012年發電9.075億千瓦時。新疆煤炭資源豐富，礦區都遠離居民區，多在山區人跡罕至地區，輸電線路的架設困難，投資大，電源保障性不高，從煤礦生產安全考慮，必須架設雙回路電源，更增加了供電成本。而煤礦本身就是能源生產基地，特別是一些煤礦是高瓦斯礦區，生產危險性較大，常常被迫停產整治，經濟損失很大，國家在多年前就出臺政策，鼓勵煤礦抽采煤層中的瓦斯用于發電，實行“以抽代采”的方式降低煤礦生產中的瓦斯含量，減少事故的發生，由于煤層氣可源源不斷地開采、儲存，礦區本身的煤層氣發電、供電的可靠性很高，不受刮風、下雨、下雪等惡劣天氣的影響，減少了煤礦雙電源供電建設的投資。

3.4 生物質燃料的應用

生物質燃料是一種再生綠色清潔環保能源，既可再生，又可減少對環境的污染，是國家所大力支持與推廣的新型潔凈再生能源。主要原料是各種農林生物質棄物(木宵木材邊角料、農作物秸稈、各類殼物等)。由于農作物秸稈、木屑都具有疏松、密度小、單位體積熱值低等缺點，作為燃料使用很不方便。生物質燃料成型技術不僅能有效地解決這一問題，而且能有效地改變木屑、秸稈等的燃燒特性，實現快速、潔凈燃燒。生物質成型燃料的成型技術即是通過粉碎、干燥、機械加壓等過程，將松散、細碎的桔桿、農業廢棄物壓成結構緊密顆粒狀燃料，其能量密度較加工前要大10倍左右，這種生物質成型燃料便于貯運，燃燒后排放的煙灰和SO2遠低于重油(生物質燃料中含硫量低于0.35%，從其它生物質鍋爐項目運行情況可知，二氧化硫排放濃度低于50mg/Nm3，而國家合格標準為100mg/Nm3，遠遠低于國家允許值)。是一種新時代的適用于工業鍋爐的新潔凈能源。

4 結束語

分布式能源是一種新興的能源產業，與智能電網相結合，實現資源的最優配置，也打破了電力行業高參數、大容量機組集中發供電、熱的模式，在新疆地廣人稀、生產、生活點極度分散的形式下有很大的發展空間，只要應用得當，它一定能為廣大民眾帶來生活的安康和經濟效益的回報。

F206

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1008-0899（2016）02-0009-04