分布式能源的應用與發(fā)展

張彥龍

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，山西 太原 030001）

人類的發(fā)展史就是一部能源的利用史，現代工業(yè)的誕生極大的提高了人們利用能源的能力，也極大的改變了現代人的生活。但同時，也帶來了較為嚴重的環(huán)境問題，目前世界上所有國家都在逐漸增加對環(huán)境保護的重視。為滿足我國對能源和環(huán)境保護的雙邊需求，促進社會的健康發(fā)展，確保能源供應的安全性和可靠性，并實現能源結構的轉型和現代化，發(fā)展新型能源成為必然趨勢。

1 分布式能源概述

所謂分布式能源是指可再生能源和集成能源系統(tǒng)的總稱。分布式能源一般位于用戶附近，安裝容量較小，并消耗本地產生的能量。分布式能源通常基于熱、電和冷技術的結合，并連接到大型電網和天然氣管道網絡。可以提供電力、蒸汽、熱水和冷水（或風）之類的能量，可以有效減少因電力傳輸而造成的損耗以及對輸配電系統(tǒng)的相應投資，并提供清潔能源服務。現階段分布式能源的利用主要分為新型能源發(fā)電的利用以及分布式天然氣的利用。分布式能源除了節(jié)約能源和保護環(huán)境之外，還可以補充能耗的高峰和低谷，比如夏季，電力負荷很高，分布式能源可以作為補充能源緩解用電緊張的局面，且分布式能源的起停高峰特性很靈活，可以滿足高峰時段的用電需求。而在冬季，住宅和商業(yè)場所的天然氣需求很高。分布式天然氣設施可以滿足天然氣需求，并減少發(fā)電。因此，氣分布能源的燃氣冷熱電三聯供技術有效地利用了天然氣和電力高峰之間的季節(jié)性差異的附加特征，在夏季將部分高峰電力負荷轉移給天然氣，冬季則將富余的天然氣資源用到冬季居民用氣和服務業(yè)用氣上。這有助于最大程度地優(yōu)化能源供應結構。

2 兩種典型分布式能源的優(yōu)勢和瓶頸

2.1 光伏、光熱分布式能源

光伏分布式能源是直接利用太陽能技術的一種分布式能源，在我國發(fā)展非常快。根據其對太陽能的利用方式可分為三類。1）利用太陽能產生熱量，用于生活熱水或者取暖的供應，較有代表性的是我國廣泛使用的太陽能熱水器。2）直接或間接收集熱量驅動發(fā)電機發(fā)電，這種在我國利用的較少。3）利用光伏發(fā)電技術作為直接利用輻射能發(fā)電的基礎技術，光伏發(fā)電近年來在我國發(fā)展非常迅速，也逐漸成熟。

2.1.1 光伏、光熱分布式能源的優(yōu)勢

1）可再生的綠色能源：太陽能是地球獲取能量的直接來源，也是最為廣泛存在的清潔能源，太陽能的利用不僅可以有效提高人類利用能源的效率，而且不會對環(huán)境造成任何危害，且不存在能源枯竭的問題。這對于社會的可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境保護，節(jié)能的發(fā)展至關重要。不僅如此，光伏發(fā)電不僅不會產生任何排放和噪音污染，而且安裝使用方便。

2）政策紅利：光伏分布式能源系統(tǒng)的市場應用與政策支持密不可分，其中包括對太陽能光伏企業(yè)產品的補貼和消費電價補貼。對相關產業(yè)不僅限于補貼，而且還為該產業(yè)的未來發(fā)展提供前瞻性政策支持。

3）應用范圍廣：我國國土面積廣，理論上太陽照射到的地方都可以利用光伏分布式能源，但是日照時間是決定光伏發(fā)電效益的重要因素，我國大部分國土的日照時間超過2000小時/年，太陽能資源豐富，且易于獲得使用。

4）安裝方便：大部分地形都可以安裝光伏發(fā)電板，房頂上也可以安裝，可以有效節(jié)約土地，同時提高效益。且使用壽命長，損耗低，經濟效益很高。

2.1.2 光伏、光熱分布式能源的局限性

1）發(fā)電量波動較大，由于季節(jié)，氣候和時間的限制，光伏發(fā)電存在著較大的波動性，發(fā)電供應不穩(wěn)定，因此在并入電網時會對電網造成較大的影響。可以通過增加儲能設施解決這一問題，但是儲能設施的投資大，且存在一定的壽命問題以及諸如電解質泄露等易引發(fā)維修的問題，因此，現階段還沒有很好的方法解決這一問題，這也限制了光伏發(fā)電的大規(guī)模應用。

2）光熱發(fā)電對地理環(huán)境的要求高，且占地面積大，效益比光伏發(fā)電較低，需要大規(guī)模投資才可能獲得收益，這也導致了光熱發(fā)電發(fā)展較慢。

3）光伏發(fā)電的能效較低，目前僅有10%到20%，且光伏面板制造過程中有一定的污染。

2.1.3 光伏、光熱分布式能源的發(fā)展前景

光伏、光熱分布式能源是直接利用清潔的可再生太陽能的技術，可以有效改變我國傳統(tǒng)以化石能源為主的能源結構，減少傳統(tǒng)化石資源的污染和環(huán)境破壞，并可以逐步替代傳統(tǒng)能源。隨著與光伏能源生產相關的政策的變化，當前市場將顯示無補貼項目和有補貼項目的共存，這將導致光伏發(fā)電的成本和價格迅速下降。

2.2 天然氣的分布式能源

天然氣分布式能源是指使用天然氣作為燃料，通過冷熱電三聯供對能源進行梯級利用，天然氣分布式能源的能效較高，總能源效率超過70%，并在負載中心附近實現能源供應，是一種較為成熟的分布式能源。

2.2.1 天然氣的分布式能源的優(yōu)勢

1）高能效：天然氣分布式能源的能效非常高，一般超過70%，最高可達85%，遠高于傳統(tǒng)燃煤發(fā)電的效率（30%至55%）。

2）天然氣是傳統(tǒng)能源向新型能源過渡的最好選擇，傳統(tǒng)能源利用過程中會產生大量的污染，盡管目前尾氣處理技術已取得了一定的進步，但是依然無法完全清除污染。過去對傳統(tǒng)能源的大量粗放式利用導致了嚴重的環(huán)境問題，而天然氣是一種相對清潔的能源，利用天然氣可以有效降低污染。由于新型能源，比如太陽能、風能、水電以及核能的利用仍然難以全面取代傳統(tǒng)能源，現階段只能作為補充能源使用，以逐步取代傳統(tǒng)能源，這個階段，天然氣的優(yōu)勢就體現了出來，其可以有效在這個過渡時期發(fā)揮作用。

3）天然氣分布式能源具有的連續(xù)性強和穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，且可以靈活調節(jié)，可以有效減少用電高峰之間的差距。且常規(guī)電網覆蓋范圍很廣，一旦發(fā)生停電，影響范圍非常廣。而分布式天然氣能源使用天然氣作為能源，有特殊需求的建筑物可以自己存儲天然氣，這比傳統(tǒng)的電網更加靈活和可靠。

4）我國多地鼓勵發(fā)展天然氣能源，以應對越來越嚴重的環(huán)境污染問題，煤改氣已成為近年來最為重要的能源升級措施。因此，政策支持的力度非常大。

2.2.2 天然氣的分布式能源的局限性

首先，分布式能源的根本目的是節(jié)能，但是國內分布式能源的節(jié)能效果還沒有達到國外節(jié)能技術水平。主要原因是分布式能源對系統(tǒng)集成功能有更高的要求，而目前我國在這方面的水平相對較低。其次，當前分布式氣體能源的投資回報相對較小。主要表現為：技術和設備成本高，本地化程度低；天然氣氣源不足和價格偏高；大部分分布式天然氣能源仍處于虧損狀態(tài)。第三，實際負荷不足。在設計區(qū)域天然氣能源分配方案時，有必要計算該區(qū)域的熱負荷和冷負荷。如果負荷預測不夠準確，則設備的實際選擇量過大或者過小，導致某些設備在滿負荷條件下運行或長期負荷不足。

2.2.3 天然氣的分布式能源的發(fā)展前景

分布式能源在經濟，節(jié)能和環(huán)境保護三個方面具有良好的作用，并可與傳統(tǒng)能源網絡進行連通，預計這將是未來天然氣分配能源的應用方向，雙能源系統(tǒng)在市場上更具競爭力。政策支持既是優(yōu)勢又是局限。當前，天然氣的分布式發(fā)電的發(fā)展主要取決于政治上的支持和促進，而向市場推廣的機會很少。針對這種現象，最好的方法是加快低成本設備和系統(tǒng)的研發(fā)。

目前，我國的天然氣來源不足，對國外的依賴較大，這也限制了我國天然氣分布式能源的發(fā)展、此外，由于分布式天然氣能源效率更高，因此所有地區(qū)都將首先考慮使用天然氣為城市供熱和制冷，尚未跳出燃煤鍋爐和燃煤發(fā)電的思路。主要是由于天然氣的使用價格往往高于煤炭的使用價格，因此比較表明，天然氣分配能源的經濟效益并不明顯，這直接限制了當地使用天然氣的分布式能源項目的發(fā)展。但是，與傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電廠相比，使用天然氣的分布式發(fā)電項目投資規(guī)模較小，適用性更高。

3 促進分布式能源應用與發(fā)展的措施

分布式能源面臨的主要問題是并網問題、能效問題以及價格問題，因此發(fā)展較為緩慢，可以通過以下措施促進分布式能源的應用與發(fā)展。

1）從觀念上推動分布式能源的發(fā)展。我們的國家地域遼闊，自然條件因地而異。因此，分布式能源應根據當地條件開發(fā)適合當地環(huán)境條件的可再生能源。比如我國西部風能儲量大，且日照時間長，可以選擇發(fā)展風能和太陽能分布式能源，而在我國沿海地區(qū)可以利用潮汐能發(fā)展分布式能源。在在經濟發(fā)達的沿海地區(qū)和人口稠密的地區(qū)，能源利用率高且需求較大，應鼓勵發(fā)展使用天然氣的高能效分布式能源系統(tǒng)。

2）促進示范點和示范工程建設。選擇代表城市來建設一定數量的分布式能源項目，通過建設示范區(qū)總結經驗并改善管理項目，是促進行業(yè)快速發(fā)展的有效途徑。

3）加強技術研發(fā)，降低裝備項目成本。一方面，有必要加強燃氣輪機關鍵技術的研究開發(fā)，盡快實現燃氣輪機熱元件和聯合循環(huán)控制技術等核心技術的突破，以降低設備成本；另一方面，應優(yōu)化分布式天然氣能源項目的設計，以控制建設成本。

4 結語

分布式能源在發(fā)達國家已數十年的歷史，我國雖然起步較晚，但是發(fā)展較快。隨著環(huán)境問題和能源危機的日益突出，世界各國都在積極尋找優(yōu)化能源結構的方式，分布式能源是一種有效的能源利用方式。雖然受到一定的制約因素，但是隨著相關產業(yè)的發(fā)展，技術的進步，分布式能源的發(fā)展越來越快，也必將促進人類社會的進步。