淺析分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的能效計算及優(yōu)化

王華超

（中南電力設(shè)計院有限公司，武漢430071）

淺析分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的能效計算及優(yōu)化

王華超

（中南電力設(shè)計院有限公司，武漢430071）

為提高能量利用率，實現(xiàn)能量的連續(xù)發(fā)展，分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。論文闡述了分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的基本原理、能效計算，分析了不同類型的能量供應(yīng)系統(tǒng)方案，并以熱電冷聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為研究對象，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型以及運行進行了優(yōu)化。

分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)；能效計算；運行優(yōu)化

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

1 引言

能源持續(xù)消耗、環(huán)境污染等問題成為我國經(jīng)濟、不可再生能源可持續(xù)發(fā)展中的一個重大問題，通過調(diào)整能源原料的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)，優(yōu)化能源利用，改善供能的可靠性，同時降低能源消耗，減少環(huán)境污染，這將是能量供應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)在第二代能量供應(yīng)系統(tǒng)的建設(shè)中起著積極的作用，具有廣泛的發(fā)展前景。

2 分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)概述

2.1 分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的概念

分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)簡稱DES，根據(jù)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(tǒng)，可以有效減少能源在輸送環(huán)節(jié)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(huán)境的目的。

2.2 分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的組成及基本原理

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)可以蒸汽輪機、燃氣輪機、內(nèi)燃機為核心構(gòu)建不同的能量供應(yīng)系統(tǒng)，但系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)大致相同。一個完整的分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)主要組成部分一般包括：發(fā)電設(shè)備、供熱或制冷設(shè)備、能量存儲設(shè)備、能量交換設(shè)備、控制調(diào)節(jié)設(shè)備等。蒸汽式能量供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 蒸汽式能量供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電能轉(zhuǎn)換設(shè)備是能量轉(zhuǎn)換的核心，將能源分解轉(zhuǎn)化為能量，通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電力驅(qū)動設(shè)備運轉(zhuǎn)，提供給熱能轉(zhuǎn)換或提供制冷效果的設(shè)備，根據(jù)用戶需求供熱或制冷，各設(shè)備協(xié)調(diào)工作為用戶提供能源。

3 分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)點

分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)在能源利用及功能需求有較大的優(yōu)勢，以分布式供電站為例，其主要優(yōu)點如下：

（1）實現(xiàn)熱電冷聯(lián)產(chǎn)，為空調(diào)或冷庫提供制冷，有效提高

能源利用率；（2）能源設(shè)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(shè)備體積微型化，開發(fā)成本較低，用戶可以按照能量需求建立小型的聯(lián)合電站；（4）分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的建設(shè)周期較短，只需1年左右就可以投產(chǎn)；（5）系統(tǒng)靈活性高，發(fā)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(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)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(yīng)系統(tǒng)提高能源利用率的關(guān)鍵所在，還可以通過專用的設(shè)備采集無污染的高效能源轉(zhuǎn)化電能，實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。

4.1 分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案

根據(jù)能源利用方式及結(jié)構(gòu)的不同可以將分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)分為以下幾類：

1）采用礦物燃料的系統(tǒng)：燃料電池、內(nèi)燃機系統(tǒng)、燃氣輪機系統(tǒng)、與混合燃料系統(tǒng)等；

2）可再生能量供應(yīng)系統(tǒng)：主要采用水能、風(fēng)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(tǒng)。

可再生能源如風(fēng)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(yīng)系統(tǒng)；燃煤系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)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(huán)境污染較大，且為不可再生資源，不利于能源的可持續(xù)發(fā)展，一般用作大型能量供應(yīng)系統(tǒng)；燃氣系統(tǒng)采用天然氣作為能源，能提供較大密度的能量，對環(huán)境無污染是能量供應(yīng)系統(tǒng)的理想燃料。

4.2 常見的系統(tǒng)能效分析指標(biāo)

4.2.1 能源初始利用率

對冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進行評價，其能源初始利用率（Primary Energy Ratio）簡稱PER，是對能量供應(yīng)系統(tǒng)較為直觀的評價指標(biāo)，是指能量供應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)出的客戶需求的有用能量與系統(tǒng)工作所消耗總能源量的比值。根據(jù)用戶需求，在電能供應(yīng)、空調(diào)制冷、暖氣供應(yīng)相同的前提下，分別求出各系統(tǒng)的能源初始利用率，通過比較各系統(tǒng)的能源初始利用率可以挑選出哪個能量供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的效率最高。分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的能源消耗模型如圖2所示。

由圖2可知冷、熱電聯(lián)產(chǎn)結(jié)構(gòu)在提供電能時，通過余熱裝置對余熱進行吸收轉(zhuǎn)換，提供熱量供應(yīng)和制冷效果，其能源的利用效率更高。

圖2 分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的能源消耗模型

4.2.2 節(jié)能率

節(jié)能率（PES）是在供應(yīng)相同能量總量的前提下能源材料的節(jié)省量節(jié)能率是判定能量供應(yīng)系統(tǒng)是否節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)PES﹥0時，系統(tǒng)節(jié)能效果高能，反之系統(tǒng)能量消耗率低，系統(tǒng)的節(jié)能效果可以通過PES反映出來。

5 分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化分析

5.1 方案優(yōu)化

分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案是依據(jù)用戶對功能的需求量和能量服務(wù)類型，確定能量供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備所需的總?cè)萘?，并結(jié)合用戶當(dāng)?shù)氐哪茉串a(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。隨著太陽能、風(fēng)能、生物能等新能源技術(shù)開發(fā)和使用，結(jié)合制冷、制熱設(shè)備的多樣性，以最低成本的能源消耗，實現(xiàn)系統(tǒng)的能源供給。

確定分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，根據(jù)需求總量進行設(shè)備選型，主要是根據(jù)原動機的功率和容量、能量存儲裝置的容量、制熱和制冷設(shè)備的功率選擇合理的型號。

5.2 運行優(yōu)化

燃機的優(yōu)化運行和存能設(shè)備存儲量及釋放量是分布式能量供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化的兩大重點。燃機是能量供應(yīng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其運行效率及穩(wěn)定性，是決定系統(tǒng)能耗經(jīng)濟性及穩(wěn)定性的重要因素。燃機的運行優(yōu)化主要是根據(jù)用戶需求確定發(fā)電方案，優(yōu)化燃機的運行負荷，達到經(jīng)濟性的目的。

6 結(jié)語

本文通過對分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行方式的研究和分析，可以看出分布式比傳統(tǒng)方式的能量供應(yīng)系統(tǒng)有較大的優(yōu)勢，可以因地制宜選擇能源利用結(jié)構(gòu)、配置合適的設(shè)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(huán)境的污染。

【1】林世平.分布式能源系統(tǒng)中能源與環(huán)境耦合特性及優(yōu)化集成模型研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，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(fā)電、新能源研究。