分布式能源應(yīng)用初探

王棟

所謂“分布式能源”（distributed energy resources）是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。一次能源以氣體燃料（主要為天然氣）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（值）聯(lián)產(chǎn)為主，其他中央能源供應(yīng)系統(tǒng)為輔，實(shí)現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級(jí)利用，并通過(guò)中央能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補(bǔ)充；在環(huán)境保護(hù)上，將部分污染分散化、資源化，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)適度排放的目標(biāo)；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長(zhǎng)距離輸送能源的損失，有效地提高了能源利用的安全性和靈活性。

我國(guó)的資源稟賦是以煤炭為主，但長(zhǎng)期的以煤炭，尤其是劣質(zhì)煤，為主的能源應(yīng)用產(chǎn)生了巨大的環(huán)境問(wèn)題，中國(guó)85%的煤炭是通過(guò)直接燃燒使用的，高耗低效燃燒煤炭向空氣中排放出大量SO2、CO2和煙塵，造成中國(guó)以煤煙型為主的大氣污染。

而天然氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質(zhì)，燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化碳少于其他化石燃料，造成溫室效應(yīng)較低，因而能從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。

一、概要介紹

分布式能源應(yīng)用廣泛，包括：獨(dú)立電源和自備電站，供應(yīng)電網(wǎng)難以到達(dá)和不能可靠、經(jīng)濟(jì)供電的用戶；區(qū)域或樓宇冷熱電聯(lián)供；電力調(diào)峰，部分替代蓄能電站。應(yīng)用場(chǎng)合包括：城市商業(yè)中心和辦公樓；機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、學(xué)校、文體場(chǎng)館、機(jī)關(guān)等公用設(shè)施；工業(yè)園區(qū)；村鎮(zhèn)和居民小區(qū)。應(yīng)用場(chǎng)合的特點(diǎn)是：電熱冷負(fù)荷集中，單位面積負(fù)荷大，負(fù)荷與工藝過(guò)程相關(guān)因而穩(wěn)定，年利用時(shí)間長(zhǎng)。

分布式能源的優(yōu)勢(shì)是：合理利用中低溫余熱，實(shí)現(xiàn)“能量梯級(jí)利用”，熱效率高達(dá)70-90%；靠近用戶側(cè)，減少能量輸送損失，減少能量輸配管、網(wǎng)投資；安全可靠供能，彌補(bǔ)電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，有利于電力調(diào)峰，提高供電質(zhì)量；清潔環(huán)保；占地和初投資少，建設(shè)周期短；容易遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)控制，與現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合。

分布式能源為終端用戶提供清潔、便利、經(jīng)濟(jì)的綜合能源服務(wù)，全方位滿足用戶需求，是21世紀(jì)能源和電力產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。在美國(guó)、歐洲和日本，分布式能源經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行的重要能源供應(yīng)方式，是大規(guī)模集集中式熱電生產(chǎn)的必要補(bǔ)充，關(guān)于分布式能源的政策法規(guī)基本完善。發(fā)達(dá)國(guó)家政府通過(guò)規(guī)劃引領(lǐng)、技術(shù)支持、優(yōu)惠政策以及建立合理的價(jià)格機(jī)制和統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，有效地推動(dòng)分布式能源的發(fā)展，分布式能源系統(tǒng)在整個(gè)能源系統(tǒng)中占比不斷提高，其中歐盟分布式能源占比約達(dá)10%。

二十一世紀(jì)初，我國(guó)分布式能源開(kāi)始發(fā)展，現(xiàn)以試驗(yàn)和示范為主，國(guó)家科技計(jì)劃支持了分布式能源示范工程，各單位也自行建設(shè)了多座分布式能源工程，如上海浦東機(jī)場(chǎng)、北京天然氣公司辦公樓、北京次渠天然氣門(mén)戶站、上海理工大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所綜合樓等。但目前，我國(guó)分布式能源尚未進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)運(yùn)行，主要障礙是能源價(jià)格、能源產(chǎn)品接入公共網(wǎng)、環(huán)保收益等方面的政策法規(guī)尚未完善；燃?xì)廨啓C(jī)等主機(jī)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度低，建設(shè)和運(yùn)行成本高；系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)處于發(fā)展階段。而且由于技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、利益、法規(guī)等方面的問(wèn)題，主要采用“不并網(wǎng)”或“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的方式運(yùn)行。

近幾年，我國(guó)環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，特大城市和沿海發(fā)達(dá)城市已將PM2.5列入環(huán)保監(jiān)測(cè)，對(duì)天然氣清潔能源的需求日益增長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)不斷建設(shè)和開(kāi)拓，我國(guó)天然氣供應(yīng)已呈多元化，包括西氣東輸、進(jìn)口管道天然氣、海運(yùn)LNG、非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)等，對(duì)天然氣清潔發(fā)電和分布式能源形成有力支撐。國(guó)家部位發(fā)布多項(xiàng)政策和指導(dǎo)性意見(jiàn)，推動(dòng)分布式能源發(fā)展；國(guó)家決定設(shè)立燃?xì)廨啓C(jī)重大專(zhuān)項(xiàng)以實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化。根據(jù)發(fā)改委規(guī)劃，在“十三五”期間將建成1000個(gè)分布式能源項(xiàng)目，并擬建設(shè)10個(gè)左右各類(lèi)典型特征的分布式能源示范區(qū)域，至2020年將在全國(guó)規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機(jī)容量達(dá)到5000萬(wàn)KW，十年將產(chǎn)生4000億的市場(chǎng)，我國(guó)天然氣發(fā)電和分布式能源產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。

二、實(shí)施意義

小型燃機(jī)耦合余熱鍋爐以及制冷機(jī)，構(gòu)成冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)，主要優(yōu)勢(shì)在于：（1）能源利用率高，經(jīng)濟(jì)效益大；（2）安全可靠，提高地區(qū)電力供應(yīng)安全性；（3）低碳環(huán)保；（4）運(yùn)行方便等。分布式能源系統(tǒng)適用場(chǎng)所廣泛，可對(duì)一定區(qū)域內(nèi)有電、熱、冷不同能源混合需求的用戶提供服務(wù)，且供電安全穩(wěn)定，可按需求快速啟動(dòng)，可滿足工業(yè)園區(qū)、綜合商業(yè)區(qū)或商務(wù)區(qū)、單體或建筑群如醫(yī)院、酒店、學(xué)校、辦公樓、居民小區(qū)等。

因此，天然氣分布式能源系統(tǒng)作為經(jīng)濟(jì)可靠的能源供應(yīng)方案，是我國(guó)有天然氣地區(qū)發(fā)展分布式清潔能源的首選，也是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展方向，對(duì)企業(yè)、城市、我國(guó)清潔能源和裝備制造業(yè)的發(fā)展都有重要意義。

三、項(xiàng)目舉例——醫(yī)院分布式能源項(xiàng)目

醫(yī)院三聯(lián)供能源站應(yīng)建設(shè)成為安全、高效、節(jié)能、低污染的現(xiàn)代化供能中心，為醫(yī)院提供可靠的冷、熱、電能源供應(yīng)。原則包括：1.系統(tǒng)工藝可靠，保障穩(wěn)定運(yùn)行，考慮到醫(yī)院的特殊性，在其中采用的供能系統(tǒng)應(yīng)將運(yùn)行的安全穩(wěn)定作為第一應(yīng)遵循的原則。2.能源綜合利用，發(fā)揮節(jié)能潛力。3.維護(hù)管理方便，滿足各方要求。

燃?xì)饫錈犭娙?lián)產(chǎn)系統(tǒng)基本原理是溫度對(duì)口、梯級(jí)利用，其原理如下：

首先潔凈的天然氣在燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫高壓的氣體用于發(fā)電做功，產(chǎn)出高品位的電能；發(fā)電做功后的中溫段氣體通過(guò)余熱回收裝置地（驅(qū)動(dòng)熱泵、驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)）回收利用，用來(lái)制冷、供暖；其后低溫段的煙氣可以通過(guò)再次換熱供生活熱水后排放。通過(guò)對(duì)能源的梯級(jí)利用，充分利用了一次能源，提高了系統(tǒng)綜合能源利用率。

燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)采用梯級(jí)利用的方式，是天然氣高效利用的技術(shù)之一。大型公建項(xiàng)目應(yīng)充分采用節(jié)能、高效、環(huán)保的能源利用方式，而三聯(lián)供項(xiàng)目的實(shí)施一方面可以較好地解決建筑的供熱、制冷問(wèn)題，另一方面提高自身冷、熱、電供應(yīng)的安全性。

醫(yī)院類(lèi)建筑具有穩(wěn)定的冷、熱、電和生活熱水負(fù)荷需求，并對(duì)于能源供應(yīng)的可靠性要求較高，因此采用燃?xì)饫錈犭娙?lián)供來(lái)代替常規(guī)的供能方案，一方面可以較好地解決醫(yī)院的供熱制冷問(wèn)題、降低運(yùn)行成本，另一方面增加了自發(fā)電系統(tǒng)，在節(jié)能的同時(shí)也保障了醫(yī)院的電力需求，提高了供電可靠性和安全性。

在項(xiàng)目操作方面，燃?xì)饧瘓F(tuán)與業(yè)主方商定投資模式，可采用燃?xì)饧瘓F(tuán)獨(dú)立投資或與業(yè)主方共同投資的模式，雙方簽訂投資建設(shè)與合同能源管理合同，能源站初投資（含能源站內(nèi)所有主輔設(shè)備及其安裝工程、自發(fā)電并網(wǎng)及切換系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)、水系統(tǒng)至集分水器處）費(fèi)用由商定的投資主體承擔(dān)。項(xiàng)目施工完成后，由投資主體委托專(zhuān)業(yè)的管理公司負(fù)責(zé)能源站的運(yùn)行管理，三聯(lián)供系統(tǒng)所發(fā)出的電力接入醫(yī)院的變配電站，電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行和切網(wǎng)運(yùn)行兩種運(yùn)行模式。

四、經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)

經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的主要影響因素是：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電接入電網(wǎng)的可能性；是否能享受到潔凈能源發(fā)電技術(shù)的政府補(bǔ)貼電價(jià)，這一點(diǎn)至關(guān)重要，決定小型分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；

采用三聯(lián)供系統(tǒng)投入運(yùn)行以后產(chǎn)生的污染源主要是煙氣（廢氣）、廢水、噪聲等。

三聯(lián)供系統(tǒng)的主要設(shè)備為燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和燃?xì)庵比紮C(jī)，燃料均使用天然氣。天然氣燃燒產(chǎn)生的煙氣中基本無(wú)煙塵及二氧化硫，不污染環(huán)境，因此是潔凈燃料。其排放中主要有害氣體為氮氧化物。

能源站排出的廢水主要是空調(diào)系統(tǒng)，需補(bǔ)充軟化水的水處理排水，以及設(shè)備檢修排水。水處理排出的廢水含鹽量稍高但無(wú)毒無(wú)害，其余排水無(wú)有害物質(zhì)且溫度不高，可直接排入城市污水管道。

能源站噪聲源主要為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、冷溫水機(jī)、水泵。通過(guò)采取措施治理，可使能源中心外環(huán)境達(dá)到《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的二類(lèi)混合區(qū)：白天60分貝，夜間50分貝的標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)此處理后的噪音指標(biāo)距離二類(lèi)區(qū)域的噪聲標(biāo)準(zhǔn)仍有差距，因此還應(yīng)在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中考慮適當(dāng)?shù)慕翟氪胧?，保證對(duì)周?chē)h(huán)境的影響達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)要求。