分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用研究

徐林海

【摘要】在環(huán)境問(wèn)題、能源短缺以及電網(wǎng)安全的多重壓力之下，分布式能源被寄予了厚望，分布式能源系統(tǒng)作為一種新的供能方式被寄予眾望，已經(jīng)成為傳統(tǒng)集中式能源供應(yīng)系統(tǒng)不可或缺的重要補(bǔ)充并將越來(lái)越受關(guān)注，本文從實(shí)際應(yīng)用的角度，對(duì)分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行了分析和應(yīng)用研究。

【關(guān)鍵詞】新能源；研究

一、引言

能源管控是一直以來(lái)持續(xù)熱點(diǎn)的話題，尤其在當(dāng)前社會(huì)進(jìn)步和能源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻的情況下，以大電網(wǎng)模式為代表的傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)已經(jīng)逐漸暴露出一定的弊端，例如世界上多個(gè)國(guó)家陸續(xù)發(fā)生的大面積停電事故。因此對(duì)能源管理進(jìn)行改善和變化就顯得尤為重要，分布式能源系統(tǒng)作為一種新的供能方式，由于其是直接面向用戶，按用戶的需求就地生產(chǎn)并供應(yīng)能量，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶對(duì)能源的不同需求，將輸送環(huán)節(jié)的損耗降至最低，從而實(shí)現(xiàn)能源利用效能的最大化。因此，分布式能源被寄予了厚望，已經(jīng)成為未來(lái)應(yīng)對(duì)當(dāng)前氣候的變化，保障能源安全的一個(gè)重要方向。

二、什么是分布式能源系統(tǒng)

簡(jiǎn)而言之，分布式能源系統(tǒng)是一種建立在能量梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)之上，分布安置在需求側(cè)的能源梯級(jí)利用，以及資源綜合利用和可再生能源設(shè)施。分布式供能方式可實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)產(chǎn)，通過(guò)將高品位的熱能直接轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)電能，將中低品位的熱能直接轉(zhuǎn)為所需的熱和冷，以此將電、熱、冷這3種能源有效地結(jié)合成1個(gè)系統(tǒng)，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。分布式能源系統(tǒng)主要是由動(dòng)力設(shè)備和一個(gè)系統(tǒng)組成。動(dòng)力設(shè)備是分布式能源系統(tǒng)的能量來(lái)源，其發(fā)展經(jīng)歷了蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)及外燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)及微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池和生物質(zhì)能等可再生能源的歷程。系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)，目前該系統(tǒng)的主要工作原理是利用廣義的內(nèi)燃機(jī)（產(chǎn)生電）的排氣余熱，通過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽供熱，同時(shí)通過(guò)吸收式制冷設(shè)備供冷。

三、分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

由于以大電廠、大電網(wǎng)為代表的傳統(tǒng)能源系統(tǒng)在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)依然將占據(jù)重要作用，因此有必要將分布式能源系統(tǒng)與傳統(tǒng)的集中式能源系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)分析對(duì)比兩種能源系統(tǒng)的利弊，來(lái)更好地理解這兩種能源系統(tǒng)各自的優(yōu)劣勢(shì)和適用范圍。

分布式能源系統(tǒng)的最主要作用是體現(xiàn)在冷、熱、電三聯(lián)產(chǎn)中，這也是分布式能源系統(tǒng)最重要的優(yōu)點(diǎn)。冷熱電的聯(lián)產(chǎn)符合總能系統(tǒng)的“梯級(jí)利用”的準(zhǔn)則，可以實(shí)現(xiàn)較好能源利用率。而大型（熱）電廠雖然可以產(chǎn)生大量電能，并且電能可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送，但是熱，尤其是冷，像電能那樣較長(zhǎng)距離有效地輸送基本上不可能實(shí)現(xiàn)。另外由于電廠廠址的選擇的局限，一般來(lái)說(shuō)，電廠附近很難有足夠大量的、合適的冷、熱能用戶，因此除非通過(guò)特殊設(shè)計(jì)并利用特殊的設(shè)備來(lái)使傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送冷、熱能的功能，否則集中式供能系統(tǒng)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷熱電的聯(lián)產(chǎn)。與此相反，由于分布式能源系統(tǒng)是按需就近設(shè)置，通過(guò)與用戶很好的配合，來(lái)避免長(zhǎng)距離輸送冷、熱能無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)也不會(huì)存在電力輸送過(guò)程中產(chǎn)生耗損的問(wèn)題。綜合考慮，分布式能源系統(tǒng)純動(dòng)力裝置雖然本身效率低、價(jià)錢貴，但是分布式能源系統(tǒng)由于具有較大的調(diào)節(jié)、控制與保證能力，不僅可以保證各種二次能源的充分供應(yīng)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)冷熱電的聯(lián)產(chǎn)。因此分布式能源系統(tǒng)作為新一代能源的發(fā)展方向必將取得飛速發(fā)展。

分布式能源系統(tǒng)的弊端主要體現(xiàn)在：分布式能源系統(tǒng)供能分散， 單機(jī)功率小，而現(xiàn)有動(dòng)力設(shè)備都是機(jī)組越大、效率越高，所以分布式能源系統(tǒng)的發(fā)電效率較低。此外分布式能源系統(tǒng)的使用技術(shù)要求要比簡(jiǎn)單使用大電網(wǎng)供電來(lái)得高，分布式能源系統(tǒng)的使用需要要有相應(yīng)的技術(shù)人員與適合的文化環(huán)境。

四、分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在發(fā)展大電源、大電網(wǎng)的同時(shí)，也開(kāi)始了小型分散發(fā)電技術(shù)（即分布式能源）的應(yīng)用。天然氣分布式是分布式能源系統(tǒng)最重要的應(yīng)用形式且在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用成熟，美國(guó)是目前全球分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的國(guó)家，分布式能源系統(tǒng)多達(dá)6000多個(gè)，絕大多數(shù)為天然氣分布式。2000年時(shí)，美國(guó)商業(yè)、公共建筑熱電聯(lián)產(chǎn)980座，總裝機(jī)490萬(wàn)千瓦；工業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)1016座，總裝機(jī)4550萬(wàn)千瓦，合計(jì)超過(guò)5000萬(wàn)千瓦。到2003年，熱電聯(lián)產(chǎn)總裝機(jī)5600萬(wàn)千瓦，占全美電力裝機(jī)7%，發(fā)電量占9%。2010年這一類的分布式總裝機(jī)容量約為9200萬(wàn)千瓦，占全國(guó)發(fā)電量14%。根據(jù)美國(guó)能源部規(guī)劃，2010-2020年將再新增9500萬(wàn)千瓦裝機(jī)容量，占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量29%。美國(guó)的分布式發(fā)電以天然氣熱電聯(lián)供為主，年發(fā)電量1600億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量的4.1%。美國(guó)能源部積極促進(jìn)天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)，利用這些系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展微電網(wǎng)，再將微電網(wǎng)連接發(fā)展成為智能電網(wǎng)。分布式能源系統(tǒng)另一種重要應(yīng)用形式是光伏分布式。分布式光伏在德國(guó)得到高度發(fā)展，德國(guó)是全球推廣分布式光伏發(fā)電最成功的國(guó)家之一。截至2011年底，德國(guó)光伏發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到2470萬(wàn)千瓦，其中分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)容量占比近80%，主要應(yīng)用形式為屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，單個(gè)發(fā)電系統(tǒng)平均容量?jī)H為20千瓦。此外風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)也是分布式能源的重要組成部分。分布式能源系統(tǒng)在中國(guó)的最重要應(yīng)用是廣州大學(xué)城分布式能源站，該系統(tǒng)是中國(guó)華電集團(tuán)公司在天然氣高效利用方面的首個(gè)10萬(wàn)千瓦級(jí)分布式能源站建設(shè)項(xiàng)目，是亞洲最大的分布式能源系統(tǒng)，為分布式能源站在我國(guó)的發(fā)展提供了重大示范，為我國(guó)建立分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)系列化、模塊化標(biāo)準(zhǔn)提供示范，

五、分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用

由于分布式能源系統(tǒng)的初投資大，不僅需要好的燃料；同時(shí)還要有比較穩(wěn)定的冷、熱、電用戶，分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)以下幾個(gè)場(chǎng)所：（1）城區(qū)商業(yè)休閑中心、公用事業(yè)單位。例如商場(chǎng)娛樂(lè)中心游泳館、飯店賓館、飛機(jī)場(chǎng)、銀行、證券交易所、醫(yī)院、學(xué)校、機(jī)關(guān)等大量需要冷、熱的地方。（2）小型柴油機(jī)電站的淘汰。石油化工造紙紡織印染等領(lǐng)域的小型柴油機(jī)電站鍋爐用分布式能源系統(tǒng)替代，不僅環(huán)保同時(shí)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和效率可得到較大地提高。（3）城區(qū)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的改造及燃?xì)廨啓C(jī)電站的升級(jí)。利用分布式能源系統(tǒng)取代或者對(duì)這些電站進(jìn)行升級(jí)，不僅可以減少污染，還可將蒸汽供應(yīng)附近的工廠，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電聯(lián)供。（4）中小型離散工業(yè)園區(qū)、新建的過(guò)程工業(yè)園區(qū)。在這些地方采用分布式能源系統(tǒng)來(lái)提供能源產(chǎn)品，來(lái)實(shí)現(xiàn)電、熱、冷。（5）邊遠(yuǎn)地區(qū)、孤島、海港、海上作業(yè)平臺(tái)、船舶等，這些地方集中式供能系統(tǒng)很難顧及，很適合采用分布式能源系統(tǒng)。

六、結(jié)論

分布式能源系統(tǒng)具有貼近用戶、梯級(jí)利用、一次能源利用效率高、環(huán)境友好、能源供應(yīng)安全可靠等優(yōu)良特性，可以實(shí)現(xiàn)冷、熱、電多聯(lián)供的終端能源供給，可以有效降低地電、熱、冷遠(yuǎn)距離輸送的損失，同時(shí)還可以改善電源結(jié)構(gòu)、改善供電效率、提高供電質(zhì)量及供電可靠性等，因此已經(jīng)成為傳統(tǒng)集中式能源供應(yīng)系統(tǒng)不可或缺的重要補(bǔ)充，以及未來(lái)世界能源技術(shù)的重要發(fā)展方向。由于我國(guó)的分布式能源起步較晚，且一直被政府的政策所冷遇，因?yàn)榉植际侥茉聪到y(tǒng)的發(fā)展在我國(guó)依然是任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

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