分布式能源系統探析

裴洋(沈陽化工研究院設計工程有限公司， 遼寧 沈陽 110021)

分布式能源系統探析

裴洋(沈陽化工研究院設計工程有限公司， 遼寧 沈陽 110021)

本文探討分布式能源系統的發展現狀、主要形式、設計要點及其在節能環保領域的應用價值。

分布式能源系統；發展現狀

1 分布式能源系統概述

分布式能源系統是在用戶處建立的冷熱電聯供的能源系統，直接面向用戶，按用戶的需求就地生產并供應能量，具有多種功能，可滿足多重目標的中、小型能量轉換利用系統。通常受熱用戶距離分布所限，一般限制距離2 k m以內，經濟距離小于1．5km。分布式能源系統的規模較小，分散設置，可以是幾千瓦，也可能達MW級。

分布式能源系統可包括燃氣冷熱電聯供能源系統、可再生能源發電系統、生物質發電系統、燃料電池發電系統等。燃氣冷熱電聯供能源系統是以一次能源—燃氣如天然氣為燃料，通過燃氣發電裝置在生產電能的同時對外供熱、供冷，滿足各類建筑物或建筑群等終端的用能需求，實現一次能源的梯級利用，提高能源利用效率。

有資料顯示美國已有6000余座分布式能源系統。2006年一些國家分布式能源占電力市場的比例：英國為7 %，日本為1 4%，印度為18%，芬蘭、德國、荷蘭、捷克已達38%，丹麥已達53%。我國北京、上海、廣州等地已建設了一些分布式能源項目。

2 分布式能源冷熱電負荷

分布式能源系統實行冷熱電聯供，需按準確的冷熱負荷確定其系統容量。系統高效運行的關鍵在于冷熱負荷的匹配及其對能源的梯級利用規則。分布式能源系統的供冷負荷大多是夏季空調和一些需要控制溫度的特殊生產工藝需求；而其熱負荷主要有建筑供暖、種植和養殖環境溫度控制和提供生活用熱水，前兩項是季節性的，生活熱水需全年供應；在滿足供冷、供熱的前提下，若生產的電力不足，則需要從主電力系統中補充，若有盈余也可輸送給主電力系統，平衡調度。

3 燃氣冷熱電聯供分布式能源系統的主要形式

系統及設備配置方案的制定需考慮系統規模不同、終端用戶負荷波動變化情況和使用要求的不同以及所在地區的具體條件等因素，經技術經濟比較確定。

①燃氣輪機發電裝置—余熱鍋爐—抽凝式汽輪機—煙氣/熱水換熱器—蒸汽吸收式制冷機；該系統適用于具有一定規模的區域型冷熱電聯供能源站，采用重型或輕型燃氣輪機，發電能力可達50～ 500MW。②燃氣輪機發電裝置—余熱直燃機—電制冷機—燃氣鍋爐；③內燃機發電裝置—熱水型吸收制冷機—電制冷機—燃氣鍋爐；④微型燃氣輪機發電裝置—余熱直燃機。

4 冷熱電聯供分布式能源系統設計要點

①冷熱電聯供分布式能源系統應本著電能自發自用、熱電平衡的原則。以熱、冷負荷定電，充分利用余熱，發電能力充分發揮。發電系統的發電能力一般控制為其供熱、冷范圍電力負荷的20%～30%。系統的設備配置和運行模式應經技術經濟比較后確定。②冷熱電聯供分布式能源系統宜采用電力并網的運行方式。以便于平衡調度，當裝置自身電力有所盈余時可并網發電，當自身發電不滿足自身所需時候可從電網補充。③分布式能源系統的年平均能源利用率應大于70%，余熱利用率應大于60%。④當發電余熱不能滿足設計冷、熱負荷時，應設置補充冷、熱能調節補充設備，如吸收式冷、熱水機組、壓縮式冷水機組、熱泵、鍋爐等。條件允許時，應采用蓄冷、蓄熱裝置，以達到調峰節能、減緩系統負荷沖擊的目的。⑤主機(燃氣輪機或燃氣內燃機)余熱利用常采用以下幾種基本形式：

主機余熱經余熱鍋爐或換熱器產生蒸汽或熱水。蒸汽、熱水直接利用或進人吸收式冷、熱水機組制冷、供熱；主機余熱直接進人余熱吸收式冷、熱水機組制冷、供熱；主機各部分余熱分別利用，煙氣進人余熱吸收式冷、熱水機組制冷、供熱。冷卻水進人換熱器供熱水。條件許可時，應采用熱泵機組及設置蓄熱(冷)裝置。當熱負荷主要為空調制冷、供熱負荷時，余熱利用設備宜采用吸收式冷、熱水機組，直接利用煙氣和高溫水熱量。當熱負荷主要為蒸汽或熱水負荷時，余熱利用設備宜采用余熱鍋爐，將發電余熱轉化為蒸汽或熱水再利用。

⑥分布式能源系統發電設備可采用小型燃氣輪機、微型燃氣輪機、燃氣內燃機。當發電機組孤網運行或兼作備用電源時，發電機組數量不宜小于2臺。孤網運行時應考慮備用措施。⑦應采取措施降低系統的廢氣排放濃度，滿足環境保護排放要求。

5 分布式能源系統的能源利用效率和環境保護效益

燃煤純凝汽式電廠平均熱效率約為34%，最高熱效率可達50%，熱電聯產機組的熱效率根據熱負荷情況可有不同程度的提高；大型燃氣—蒸汽聯合循環供熱機組，在充分供熱的情況下，其熱效率可達70%～80%；分布式能源系統按冷熱電聯供，在滿足供冷供熱負荷要求的基礎上發電的原則設計，匹配終端熱負荷及溫度要求，實施熱能梯級利用的原則，其總體能源利用效率可達70%～90%，分布式能源系統最高能源利用效率可達95%。

6 結語

分布式能源系統是清潔能源的良好載體，主要采用天然氣，輔以合適的可再生能源，其環境保護效率比燃用天然氣的燃氣—蒸汽聯合循環的供熱機組更好。近年來得到廣泛的應用和發展。是將來資源綜合利用的必然途徑之一。

[1]隋軍，金紅光，林汝謀，徐建中.分布式供能及其系統集成[J].科技導報，2007.

[2]劉猛，鄭丹星.分布式冷熱電聯供系統的節能率指標體系研究[J].標準科學，2013.