淺析分布式能量供應系統的能效計算及優化

王華超

（中南電力設計院有限公司，武漢430071）

淺析分布式能量供應系統的能效計算及優化

王華超

（中南電力設計院有限公司，武漢430071）

為提高能量利用率，實現能量的連續發展，分布式能量供應系統的應用越來越多。論文闡述了分布式能量供應系統的基本原理、能效計算，分析了不同類型的能量供應系統方案，并以熱電冷聯產的系統結構為研究對象，對系統結構、設備選型以及運行進行了優化。

分布式能量供應系統；能效計算；運行優化

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.126

1 引言

能源持續消耗、環境污染等問題成為我國經濟、不可再生能源可持續發展中的一個重大問題，通過調整能源原料的結構，應用分布式能量供應系統，優化能源利用，改善供能的可靠性，同時降低能源消耗，減少環境污染，這將是能量供應系統的發展方向。分布式能量供應系統在第二代能量供應系統的建設中起著積極的作用，具有廣泛的發展前景。

2 分布式能量供應系統概述

2.1 分布式能量供應系統的概念

分布式能量供應系統簡稱DES，根據用戶需求，整合利用礦物能源和可再生能源建立的梯級的能源利用的供能系統，可以有效減少能源在輸送環節的消耗，增加能源的利用效率，降低礦物能源的損耗，達到保護環境的目的。

2.2 分布式能量供應系統的組成及基本原理

根據結構的不同分布式能量供應系統可以蒸汽輪機、燃氣輪機、內燃機為核心構建不同的能量供應系統，但系統的基本結構大致相同。一個完整的分布式能量供應系統主要組成部分一般包括：發電設備、供熱或制冷設備、能量存儲設備、能量交換設備、控制調節設備等。蒸汽式能量供應系統結構如圖1所示[1]。

圖1 蒸汽式能量供應系統結構圖

電能轉換設備是能量轉換的核心，將能源分解轉化為能量，通過發電機轉換為電力驅動設備運轉，提供給熱能轉換或提供制冷效果的設備，根據用戶需求供熱或制冷，各設備協調工作為用戶提供能源。

3 分布式能量供應系統的優點

分布式能量供應系統在能源利用及功能需求有較大的優勢，以分布式供電站為例，其主要優點如下：

（1）實現熱電冷聯產，為空調或冷庫提供制冷，有效提高

能源利用率；（2）能源設備布局在用戶附近，降低輸送過程中的能量損耗，功能可靠性高；（3）需求能量小，設備體積微型化，開發成本較低，用戶可以按照能量需求建立小型的聯合電站；（4）分布式能量供應系統的建設周期較短，只需1年左右就可以投產；（5）系統靈活性高，發電機組布局分散，便于對各級組進行分散維護。

4 分布式能量供應系統的結構系統方案以及能源利用率分析

對能源進行梯級利用是分布式能量供應系統提高能源利用率的關鍵所在，還可以通過專用的設備采集無污染的高效能源轉化電能，實現能源的可持續發展。

4.1 分布式能量供應系統的結構系統方案

根據能源利用方式及結構的不同可以將分布式能量供應系統分為以下幾類：

1）采用礦物燃料的系統：燃料電池、內燃機系統、燃氣輪機系統、與混合燃料系統等；

2）可再生能量供應系統：主要采用水能、風能、太陽能、生物能等無污染的可再生能源；

3）利用二次能源氫能的系統。

可再生能源如風能、水能受地域條件影響較大，且采集密度較低，適用于小型的能量供應系統；燃煤系統和燃油系統可以提供較大的能量，但在能源缺少的地方需要能源運輸，輸送消耗較大，環境污染較大，且為不可再生資源，不利于能源的可持續發展，一般用作大型能量供應系統；燃氣系統采用天然氣作為能源，能提供較大密度的能量，對環境無污染是能量供應系統的理想燃料。

4.2 常見的系統能效分析指標

4.2.1 能源初始利用率

對冷熱電聯產系統進行評價，其能源初始利用率（Primary Energy Ratio）簡稱PER，是對能量供應系統較為直觀的評價指標，是指能量供應系統產出的客戶需求的有用能量與系統工作所消耗總能源量的比值。根據用戶需求，在電能供應、空調制冷、暖氣供應相同的前提下，分別求出各系統的能源初始利用率，通過比較各系統的能源初始利用率可以挑選出哪個能量供應系統結構的效率最高。分布式能量供應系統的能源消耗模型如圖2所示。

由圖2可知冷、熱電聯產結構在提供電能時，通過余熱裝置對余熱進行吸收轉換，提供熱量供應和制冷效果，其能源的利用效率更高。

圖2 分布式能量供應系統的能源消耗模型

4.2.2 節能率

節能率（PES）是在供應相同能量總量的前提下能源材料的節省量節能率是判定能量供應系統是否節能的標準。當PES﹥0時，系統節能效果高能，反之系統能量消耗率低，系統的節能效果可以通過PES反映出來。

5 分布式能量供應系統的優化分析

5.1 方案優化

分布式能量供應系統的優化方案是依據用戶對功能的需求量和能量服務類型，確定能量供應系統的設備所需的總容量，并結合用戶當地的能源產量及其結構選擇適當的結構。隨著太陽能、風能、生物能等新能源技術開發和使用，結合制冷、制熱設備的多樣性，以最低成本的能源消耗，實現系統的能源供給。

確定分布式能量供應系統結構后，根據需求總量進行設備選型，主要是根據原動機的功率和容量、能量存儲裝置的容量、制熱和制冷設備的功率選擇合理的型號。

5.2 運行優化

燃機的優化運行和存能設備存儲量及釋放量是分布式能量供應系統的優化的兩大重點。燃機是能量供應系統的核心設備，其運行效率及穩定性，是決定系統能耗經濟性及穩定性的重要因素。燃機的運行優化主要是根據用戶需求確定發電方案，優化燃機的運行負荷，達到經濟性的目的。

6 結語

本文通過對分布式系統的結構和運行方式的研究和分析，可以看出分布式比傳統方式的能量供應系統有較大的優勢，可以因地制宜選擇能源利用結構、配置合適的設備，提高能源初始利用率，減小能源損耗，維持較低運行成本。還可采用能源密度較小的可再生能源來滿足功能需求，降低對環境的污染。

【1】林世平.分布式能源系統中能源與環境耦合特性及優化集成模型研究[D].武漢：武漢理工大學，2011.

Energy Efficiency Calculation and Optimization of Distributed Energy Supply System

WANG Hua-chao
(Central Southern China Electric Power Design Institute，Wuhan 430071,China)

In order to improve energy efficiency,realize the continuous development of energy,the distributed energy supply system has been applied more and more.This paper expounds the basic principle of the distributed energy supply system,energy efficiency calculation,analyzes the different types of energy supply system,and taking the cogeneration cooling heating and power system structure as the research object, optimizes the system structure,equipment selection and operation.

distributed energy supply system;calculation of energy efficiency;operation optimization

TK11+2

A

1007-9467（2016）11-0052-02

2016-10-10

王華超（1982～），男，湖北武漢人，工程師，主要從事火力發電、新能源研究。