分布式能源應用初探

王棟

所謂“分布式能源”（distributed energy resources）是指分布在用戶端的能源綜合利用系統。一次能源以氣體燃料（主要為天然氣）為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端的熱電冷（值）聯產為主，其他中央能源供應系統為輔，實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應系統提供支持和補充；在環境保護上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現適度排放的目標；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長距離輸送能源的損失，有效地提高了能源利用的安全性和靈活性。

我國的資源稟賦是以煤炭為主，但長期的以煤炭，尤其是劣質煤，為主的能源應用產生了巨大的環境問題，中國85%的煤炭是通過直接燃燒使用的，高耗低效燃燒煤炭向空氣中排放出大量SO2、CO2和煙塵，造成中國以煤煙型為主的大氣污染。

而天然氣是一種潔凈環保的優質能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質，燃燒時產生二氧化碳少于其他化石燃料，造成溫室效應較低，因而能從根本上改善環境質量。

一、概要介紹

分布式能源應用廣泛，包括：獨立電源和自備電站，供應電網難以到達和不能可靠、經濟供電的用戶；區域或樓宇冷熱電聯供；電力調峰，部分替代蓄能電站。應用場合包括：城市商業中心和辦公樓；機場、醫院、學校、文體場館、機關等公用設施；工業園區；村鎮和居民小區。應用場合的特點是：電熱冷負荷集中，單位面積負荷大，負荷與工藝過程相關因而穩定，年利用時間長。

分布式能源的優勢是：合理利用中低溫余熱，實現“能量梯級利用”，熱效率高達70-90%；靠近用戶側，減少能量輸送損失，減少能量輸配管、網投資；安全可靠供能，彌補電網安全穩定性的不足，有利于電力調峰，提高供電質量；清潔環保；占地和初投資少，建設周期短；容易遠程控制和網絡控制，與現代物聯網相結合。

分布式能源為終端用戶提供清潔、便利、經濟的綜合能源服務，全方位滿足用戶需求，是21世紀能源和電力產業的重要發展方向。在美國、歐洲和日本，分布式能源經過幾十年的發展，已經成為進入商業運行的重要能源供應方式，是大規模集集中式熱電生產的必要補充，關于分布式能源的政策法規基本完善。發達國家政府通過規劃引領、技術支持、優惠政策以及建立合理的價格機制和統一的并網標準，有效地推動分布式能源的發展，分布式能源系統在整個能源系統中占比不斷提高，其中歐盟分布式能源占比約達10%。

二十一世紀初，我國分布式能源開始發展，現以試驗和示范為主，國家科技計劃支持了分布式能源示范工程，各單位也自行建設了多座分布式能源工程，如上海浦東機場、北京天然氣公司辦公樓、北京次渠天然氣門戶站、上海理工大學、中國科學院工程熱物理研究所綜合樓等。但目前，我國分布式能源尚未進入大規模商業運行，主要障礙是能源價格、能源產品接入公共網、環保收益等方面的政策法規尚未完善；燃氣輪機等主機設備國產化程度低，建設和運行成本高；系統設計技術和標準處于發展階段。而且由于技術、標準、利益、法規等方面的問題，主要采用“不并網”或“并網不上網”的方式運行。

近幾年，我國環保法規日益嚴格，特大城市和沿海發達城市已將PM2.5列入環保監測，對天然氣清潔能源的需求日益增長。經過不斷建設和開拓，我國天然氣供應已呈多元化，包括西氣東輸、進口管道天然氣、海運LNG、非常規天然氣開發等，對天然氣清潔發電和分布式能源形成有力支撐。國家部位發布多項政策和指導性意見，推動分布式能源發展；國家決定設立燃氣輪機重大專項以實現燃氣輪機國產化。根據發改委規劃，在“十三五”期間將建成1000個分布式能源項目，并擬建設10個左右各類典型特征的分布式能源示范區域，至2020年將在全國規模以上城市推廣使用分布式能源系統，裝機容量達到5000萬KW，十年將產生4000億的市場，我國天然氣發電和分布式能源產業化和規?；臅r代已經來臨。

二、實施意義

小型燃機耦合余熱鍋爐以及制冷機，構成冷熱電聯供分布式能源系統，主要優勢在于：（1）能源利用率高，經濟效益大；（2）安全可靠，提高地區電力供應安全性；（3）低碳環保；（4）運行方便等。分布式能源系統適用場所廣泛，可對一定區域內有電、熱、冷不同能源混合需求的用戶提供服務，且供電安全穩定，可按需求快速啟動，可滿足工業園區、綜合商業區或商務區、單體或建筑群如醫院、酒店、學校、辦公樓、居民小區等。

因此，天然氣分布式能源系統作為經濟可靠的能源供應方案，是我國有天然氣地區發展分布式清潔能源的首選，也是國家重點發展方向，對企業、城市、我國清潔能源和裝備制造業的發展都有重要意義。

三、項目舉例——醫院分布式能源項目

醫院三聯供能源站應建設成為安全、高效、節能、低污染的現代化供能中心，為醫院提供可靠的冷、熱、電能源供應。原則包括：1.系統工藝可靠，保障穩定運行，考慮到醫院的特殊性，在其中采用的供能系統應將運行的安全穩定作為第一應遵循的原則。2.能源綜合利用，發揮節能潛力。3.維護管理方便，滿足各方要求。

燃氣冷熱電三聯產系統基本原理是溫度對口、梯級利用，其原理如下：

首先潔凈的天然氣在燃氣發電設備內燃燒產生高溫高壓的氣體用于發電做功，產出高品位的電能；發電做功后的中溫段氣體通過余熱回收裝置地（驅動熱泵、驅動吸收式制冷機）回收利用，用來制冷、供暖；其后低溫段的煙氣可以通過再次換熱供生活熱水后排放。通過對能源的梯級利用，充分利用了一次能源，提高了系統綜合能源利用率。

燃氣冷熱電三聯供系統采用梯級利用的方式，是天然氣高效利用的技術之一。大型公建項目應充分采用節能、高效、環保的能源利用方式，而三聯供項目的實施一方面可以較好地解決建筑的供熱、制冷問題，另一方面提高自身冷、熱、電供應的安全性。

醫院類建筑具有穩定的冷、熱、電和生活熱水負荷需求，并對于能源供應的可靠性要求較高，因此采用燃氣冷熱電三聯供來代替常規的供能方案，一方面可以較好地解決醫院的供熱制冷問題、降低運行成本，另一方面增加了自發電系統，在節能的同時也保障了醫院的電力需求，提高了供電可靠性和安全性。

在項目操作方面，燃氣集團與業主方商定投資模式，可采用燃氣集團獨立投資或與業主方共同投資的模式，雙方簽訂投資建設與合同能源管理合同，能源站初投資（含能源站內所有主輔設備及其安裝工程、自發電并網及切換系統、燃氣系統、水系統至集分水器處）費用由商定的投資主體承擔。項目施工完成后，由投資主體委托專業的管理公司負責能源站的運行管理，三聯供系統所發出的電力接入醫院的變配電站，電氣系統設計應考慮可實現并網運行和切網運行兩種運行模式。

四、經營風險

經營風險的主要影響因素是：燃氣輪機發電接入電網的可能性；是否能享受到潔凈能源發電技術的政府補貼電價，這一點至關重要，決定小型分布式能源系統的運行經濟性；

采用三聯供系統投入運行以后產生的污染源主要是煙氣（廢氣）、廢水、噪聲等。

三聯供系統的主要設備為燃氣內燃機和燃氣直燃機，燃料均使用天然氣。天然氣燃燒產生的煙氣中基本無煙塵及二氧化硫，不污染環境，因此是潔凈燃料。其排放中主要有害氣體為氮氧化物。

能源站排出的廢水主要是空調系統，需補充軟化水的水處理排水，以及設備檢修排水。水處理排出的廢水含鹽量稍高但無毒無害，其余排水無有害物質且溫度不高，可直接排入城市污水管道。

能源站噪聲源主要為燃氣發電機組、冷溫水機、水泵。通過采取措施治理，可使能源中心外環境達到《大氣環境質量標準》中規定的二類混合區：白天60分貝，夜間50分貝的標準。經此處理后的噪音指標距離二類區域的噪聲標準仍有差距，因此還應在建筑圍護結構中考慮適當的降噪措施，保證對周圍環境的影響達到此標準要求。