分布式能源的應(yīng)用與發(fā)展

張彥龍

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(xiàn)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(xiàn)代人的生活。但同時(shí)，也帶來了較為嚴(yán)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(hù)的重視。為滿足我國對能源和環(huán)境保護(hù)的雙邊需求，促進(jìn)社會的健康發(fā)展，確保能源供應(yīng)的安全性和可靠性，并實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和現(xiàn)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(chǎn)生的能量。分布式能源通?；跓?、電和冷技術(shù)的結(jié)合，并連接到大型電網(wǎng)和天然氣管道網(wǎng)絡(luò)?？梢蕴峁╇娏?、蒸汽、熱水和冷水（或風(fēng)）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(yīng)投資，并提供清潔能源服務(wù)?，F(xiàn)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(hù)環(huán)境之外，還可以補(bǔ)充能耗的高峰和低谷，比如夏季，電力負(fù)荷很高，分布式能源可以作為補(bǔ)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(shí)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(shè)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?xì)饫錈犭娙?lián)供技術(shù)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(fù)荷轉(zhuǎn)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(wù)業(yè)用氣上。這有助于最大程度地優(yōu)化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)。

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(shù)的一種分布式能源，在我國發(fā)展非?？?。根據(jù)其對太陽能的利用方式可分為三類。1）利用太陽能產(chǎn)生熱量，用于生活熱水或者取暖的供應(yīng)，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(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種在我國利用的較少。3）利用光伏發(fā)電技術(shù)作為直接利用輻射能發(fā)電的基礎(chǔ)技術(shù)，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(hù)，節(jié)能的發(fā)展至關(guān)重要。不僅如此，光伏發(fā)電不僅不會產(chǎn)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(yīng)用與政策支持密不可分，其中包括對太陽能光伏企業(yè)產(chǎn)品的補(bǔ)貼和消費(fèi)電價(jià)補(bǔ)貼。對相關(guān)產(chǎn)業(yè)不僅限于補(bǔ)貼，而且還為該產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展提供前瞻性政策支持。

3）應(yīng)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(shí)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(shí)間超過2000小時(shí)/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(shí)提高效益。且使用壽命長，損耗低，經(jīng)濟(jì)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(dòng)較大，由于季節(jié)，氣候和時(shí)間的限制，光伏發(fā)電存在著較大的波動(dòng)性，發(fā)電供應(yīng)不穩(wěn)定，因此在并入電網(wǎng)時(shí)會對電網(wǎng)造成較大的影響。可以通過增加儲能設(shè)施解決這一問題，但是儲能設(shè)施的投資大，且存在一定的壽命問題以及諸如電解質(zhì)泄露等易引發(fā)維修的問題，因此，現(xiàn)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(yīng)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(dǎo)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(shù)，可以有效改變我國傳統(tǒng)以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)，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(chǎn)相關(guān)的政策的變化，當(dāng)前市場將顯示無補(bǔ)貼項(xiàng)目和有補(bǔ)貼項(xiàng)目的共存，這將導(dǎo)致光伏發(fā)電的成本和價(jià)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(lián)供對能源進(jìn)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(fù)載中心附近實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)，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(dá)85%，遠(yuǎn)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(chǎn)生大量的污染，盡管目前尾氣處理技術(shù)已取得了一定的進(jìn)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(dǎo)致了嚴(yán)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(fēng)能、水電以及核能的利用仍然難以全面取代傳統(tǒng)能源，現(xiàn)階段只能作為補(bǔ)充能源使用，以逐步取代傳統(tǒng)能源，這個(gè)階段，天然氣的優(yōu)勢就體現(xiàn)了出來，其可以有效在這個(gè)過渡時(shí)期發(fā)揮作用。

3）天然氣分布式能源具有的連續(xù)性強(qiáng)和穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，且可以靈活調(diào)節(jié)，可以有效減少用電高峰之間的差距。且常規(guī)電網(wǎng)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(wǎng)更加靈活和可靠。

4）我國多地鼓勵(lì)發(fā)展天然氣能源，以應(yīng)對越來越嚴(yán)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(nèi)分布式能源的節(jié)能效果還沒有達(dá)到國外節(jié)能技術(shù)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(dāng)前分布式氣體能源的投資回報(bào)相對較小。主要表現(xiàn)為：技術(shù)和設(shè)備成本高，本地化程度低；天然氣氣源不足和價(jià)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(shí)際負(fù)荷不足。在設(shè)計(jì)區(qū)域天然氣能源分配方案時(shí)，有必要計(jì)算該區(qū)域的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷。如果負(fù)荷預(yù)測不夠準(zhǔn)確，則設(shè)備的實(shí)際選擇量過大或者過小，導(dǎo)致某些設(shè)備在滿負(fù)荷條件下運(yùn)行或長期負(fù)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(jīng)濟(jì)，節(jié)能和環(huán)境保護(hù)三個(gè)方面具有良好的作用，并可與傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連通，預(yù)計(jì)這將是未來天然氣分配能源的應(yīng)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(dāng)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(jìn)，而向市場推廣的機(jī)會很少。針對這種現(xiàn)象，最好的方法是加快低成本設(shè)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(jià)格往往高于煤炭的使用價(jià)格，因此比較表明，天然氣分配能源的經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，這直接限制了當(dāng)?shù)厥褂锰烊粴獾姆植际侥茉错?xiàng)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(xiàng)目投資規(guī)模較小，適用性更高。

3 促進(jìn)分布式能源應(yīng)用與發(fā)展的措施

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

1）從觀念上推動(dòng)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(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件開發(fā)適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的可再生能源。比如我國西部風(fēng)能儲量大，且日照時(shí)間長，可以選擇發(fā)展風(fēng)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(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(yīng)鼓勵(lì)發(fā)展使用天然氣的高能效分布式能源系統(tǒng)。

2）促進(jìn)示范點(diǎn)和示范工程建設(shè)。選擇代表城市來建設(shè)一定數(shù)量的分布式能源項(xiàng)目，通過建設(shè)示范區(qū)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并改善管理項(xiàng)目，是促進(jìn)行業(yè)快速發(fā)展的有效途徑。

3）加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，降低裝備項(xiàng)目成本。一方面，有必要加強(qiáng)燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究開發(fā)，盡快實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)熱元件和聯(lián)合循環(huán)控制技術(shù)等核心技術(shù)的突破，以降低設(shè)備成本；另一方面，應(yīng)優(yōu)化分布式天然氣能源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，以控制建設(shè)成本。

4 結(jié)語

分布式能源在發(fā)達(dá)國家已數(shù)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(jī)的日益突出，世界各國都在積極尋找優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)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(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，分布式能源的發(fā)展越來越快，也必將促進(jìn)人類社會的進(jìn)步。