分布式能源面临重大发展机遇

吴凯槟，彭旭东，杨秀芳，朱振辉，姜远刚，陈利华

(1.国网电力科学研究院，湖北 武汉 430074;2.华北电力大学，河北 保定 071003;3.长沙新奥远大能源服务有限公司，湖南 长沙 410100;4.泰格林纸集团职业技术学院，湖南 岳阳 414000)

0 引言

近期雾霾天气突发笼罩了我国各省市多个地区。国际通行的空气监测指标PM2.5达到严重污染的程度，这和我国过往粗放式的能源结构密不可分［1］。十八大后建设“美丽中国”，大力推动清洁能源生产和消费已然成为未来经济可持续发展的重要保障［2］。

1 PM2.5指标爆表的影响

根据中国环境监测总站的全国城市空气质量实时发布平台显示，北京、河北、山东等多地空气质量达严重污染，PM2.5指数直逼最大值，中国PM2.5污染情况如图1所示。

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物，直径不到人的头发丝的1/20大小，不易被阻挡。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它与较粗的大气颗粒物相比，粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量影响更大［3］。

图1 中国PM2.5污染情况

环境方面主要是PM2.5导致城市人为能见度下降，产生阴霾天气。大气能见度主要是由大气颗粒物对光的散射和吸收决定的。在大气气溶胶中，主要是粒径为0.1～1.0 μm的颗粒物通过对光的散射而降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度［4］。在这一粒径范围的颗粒物中，含有 SO4－2的粒子和含有的粒子最易散射可见光，而在大多数地区，硫和氮为所观察到的二次PM2.5的主要组分。PM2.5对光的吸收效应几乎全部是由碳黑(也称元素碳)和含有碳黑的颗粒物造成的。SOA对光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏等都有关。大气中的物理化学变化复杂，PM2.5的间接影响也许更多，更严重。

因此国际上主要发达国家以及亚洲的日本、泰国、印度等均将PM2.5列入空气质量标准［5］。2012年以前，PM2.5尚未被列入我国环境空气质量指标;经过此次事件以后，政府势必将加大减排力度，这也将进一步促进我国的可持续发展［6］。

2 PM2.5大气污染原因分析与解决路径

2.1 原因分析

根据中科院公布的“大气灰霾追因与控制”专项组的最新研究结果，1月份我国中东部地区发生的强霾污染物化学组成，是英国伦敦1952年烟雾事件和上世纪40至50年代美国洛杉矶光化学烟雾事件污染物的混合体，并叠加了我国特色的沙尘气溶胶［7］。

但是，正所谓冰冻三尺非一日之寒，过去30年粗放型经济增长模式带来的高污染问题并不是短时间内就能够扭转的。特别是在进入工业化中后期之后，新兴产业发展刚刚起步，经济发展在很大程度上依旧依赖传统高能耗、高排放行业的背景下，我国的环保事业走得举步维艰［8］。以氮氧化物减排为例，“十二五”期间，氮氧化物减排目标是下降10%，由于2011年氮氧化物排放量同比上升了5.73%，因此尽管去年超额完成了目标，但今后三年氮氧化物减排压力［9］依旧巨大。

近20年，我国能源消费总量持续增长，原煤消费比重一直维持在70%上下，原油在20%上下。2011年中国一次能源消费总量达34.8亿吨标准煤，同比增长7.1%。其中原煤占68.4%，原油占18.6%，天然气占 5%，水电、核电、风电等仅占8%［10］。

图2 2011年中国能源一次能源消费比例

图3 2011年世界能源一次能源消费比例

由图2、图3可知，我国的能源结构极不平衡，与世界能源结构相比，存在着很大差距［11］。我国的能源消费绝大部分集中在煤炭这一种能源上，煤炭的燃烧排放大量的污染物，这也是PM2.5接连爆表的主因。

2.2 解决路径

2.2.1 解决路径的具体措施

要想从根本上缓解PM2.5的污染，需从以下几方面入手:

(1)制定严格的监控体系

世卫组织认为，通过采取连续、持久的污染控制措施可从根本上控制PM2.5。

自上世纪70～80年代开始，欧美国家开始发布量化指标限制空气中颗粒物的浓度。虽然在初期，欧美国家制定的空气质量准则对颗粒物的限定比较笼统，没有对颗粒物的大小进行细分，但随着时间的推移这些国家对PM2.5浓度已经提出了更为严格的限定标准。

但由于我国不同地区空气污染特征、经济发展水平和环境管理要求差异较大，新增指标监测要开展硬件和软件的一系列准备工作，因此目前在全国范围内立即开展PM2.5监测工作还有一定难度，需要逐步推开。

(2)完善配套治理措施，加快产业结构升级，切实控制PM2.5浓度

我国宜在技术、制度、资金等方面研究出台适当的配套治理措施，参照国外已有的技术标准和管理经验，降低环境执法的难度和空气净化的成本。具体措施有:

(a)改变燃料构成

在大气污染联防联控重点区域积极推进使用清洁能源，对城区重污染企业实施搬迁和节能环保技术改造。改变燃料构成，选用低硫燃料，对重油和煤炭进行脱硫处理，并同时注重对太阳能、氢燃料、地热等新能源开发和利用，以达到节能减排的目的。

(b)提高环境准入门槛

在重点区域实施更加严格的大气污染物排放标准特别限值，禁止新建、扩建除热电联产以外的燃煤电厂、钢铁厂、水泥厂、大力发展环保产业。

(c)深化污染减排

推进电力行业和钢铁、石化等非电行业二氧化硫减排治理。加快燃煤机组脱硝设施建设，加强水泥行业氮氧化物治理。

(d)工业合理布局

改变工业的布局形式，使工业布局尽可能的合理，可方便污染物的扩散，利于工厂之间互相利用废气，从而减少废气排放量。

(3)控制大气污染源

减少PM2.5在大气中的含量从根本上来说是控制大气污染源。控制大气污染源包括减少污染物的产生和治理净化已产生的污染物两个方面。主要措施有:

(a)合理利用能源;

(b)利用净化装置去除烟尘和各种工业粉尘;(c)利用物理、化学方法净化尾气中的有害成分;

(d)回收利用有用物质;

(e)加强监督管理，减少事故性排放和无组织排放;

(4)实行区域集中供热和加快实施更为严格的汽车排放标准

2.2.2 长期内的重点发展方向

从长期来看，大力发展循环经济和绿色发展才是应对环境污染、实现可持续发展的根本出路。

在世界能源消费结构中，石油、天然气和煤是三种最主要的能源消费品种，三者所占比重相当;与世界相比，我国天然气所占比重差距甚大，我国只有4%左右的比例，而世界的比重却达到了23.8%;虽然我国的电能占比最近提升较快，但与世界相比，仍然存在一定的差距，世界平均水平已经达到了12%，而我国还低于这个水平3个百分点左右。长期来看，化石燃料仍将是我国能源的主要来源，但其比重将逐步降低。实现减排目标需要从三方面入手，一方面增加非化石能源比重，一方面还需推动化石能源低碳化。另一方面，如何尽快提升天然气、电以及新能源等在能耗结构中的比重，是我国要解决的长期问题［12］。

十八大报告中提出了到2020年GDP相比2010年翻番目标，意味着2010～2020年间GDP年平均增速约为7.2%，三大产业电力消费也将伴随经济持续增长。在未来工业生产和居民生活中，大气污染的降低必定称为城镇化发展的要点之一，具有良好环保性能的能源也将得到大规模的推广和应用［13］。

3 具有良好环保性能的能源

3.1 具有良好环保性能的能源种类

具有良好环保性能的能源种类主要有:天然气分布式能源、太阳能光伏分布式能源、风力分布式能源、生物质分布式能源等。根据用户需求不同，则可分为电力单供、热电联产方式(CHP)和热电冷三联产(CCHP)等方式［14］。

天然气分布式能源:是指以天然气为燃料，它的烟气中含H20多、CO2少、无 SOX、NOX，排放物相当环保。通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式［15］。

太阳能分布式能源［16］:目前太阳能的利用形式主要有光热利用、光伏发电利用和光化学转换三种形式。光热利用具有低成本，方便，利用效率较高等优点，但不利于能量的传输，一般只能就地使用，而且输出能量形式不具备通用性。光化学转换在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人类还不能很好地利用。光伏发电利用以电能作为最终表现形式，具有传输极其方便的特点，在通用性、可存储性等方面具有前两者无法替代的优势。

生物质分布式能源［17］:生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。而从能源当量上看，生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气，位列第四的能源，存量丰富且可以再生;在所有新能源中，生物质能与现代的工业化技术和目前的现代化生活有最大的兼容性，它在不必对已有的工业技术做任何改进的前提下即可以替代常规能源，对常规能源有最大的替代能力。

风力分布式能源的主要应用形式［18］:风力提水:风力提水从古至今一直得到较普遍的应用;风力发电:利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，由于风能自身清洁、环保特点，受到各国的高度重视。

3.2 分布式能源的其他优越性

(1)节省输变电投资

分布式发电装置直接安置于用户近旁，由于输电距离短，没有或仅有很低的输配电损耗，无需建设配电站，可避免或延缓增加输配电成本。

(2)供电可靠性提高

由于在用户近旁直接安置的分布式能源系统的动力装置相互独立，用户可自行控制，与大电网并联运行，可有效降低电力负荷波动对大电网的影响，减少发生严重事故的可能;电网一旦发生故障，分布式能源系统可以保证用户的供电不受影响，避免一些灾难性后果的发生。因此，分布式能源系统与大电网配合，可大大地提高整个能源系统尤其是电力系统的运行可靠性，在电网崩溃和意外灾害情况下，可维持重要用户的供电可靠性。

(3)满足特殊场合的需求

对无法架设电网的西部等边远地区或分散的用户，对供电安全稳定性要求较高的医院、银行等特殊用户，能源需求较为多样化的用户，这种供能方式最大的优点是可进行遥控和监测区域电力质量和性能，输电损失少，运行安全可靠，并可按需求方便、灵活地利用透平排气热量实现热电联产或热、电、冷三联产，提高能源利用率。

(4)为能源的综合梯级利用提供了可能

当用户不仅仅需要电力，而且需要其它能量形式如冷能和热能的供应时，相同数量的电能能量品位最高，热能品位较低，仅通过电力来满足上述多种能源需要显然是不经济的。而分布式能源系统可在某一个小的范围内实现热、电、冷三联产，既克服了冷能和热能无法远距离传输的困难，又为能源的综合梯级利用提供了可能，具有较高的能源利用率。

(5)为可再生能源的利用开辟了新的途径

相对于化石能源而言，可再生能源能流密度较低、分散性强，而且目前的可再生能源利用系统规模小、能源利用率较低，用于集中供能是不现实的。我国可再生能源资源丰富，发展可再生能源是减少环境污染及替代化石能源的有效措施。因此，为充分利用资源丰富的可再生能源发电，方便安全地向偏僻、缺能地区供电，建设可再生能源与分布式能源结合系统应受到高度重视［19］。

4 分布式能源发展面临重大的历史机遇

《我国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出:以构建安全稳定经济清洁的现代能源产业体系为目标，调整优化能源结构，推动能源生产和利用方式变革等能源发展新要求。

在国家《能源发展“十二五”规划》中提出“大力发展分布式能源”:统筹传统能源、新能源和可再生能源的综合利用，按照自用为主、富余上网、因地制宜、有序推进的原则，积极发展分布式能源，实现分布式能源与集中供能系统协调发展。

(1)积极发展天然气分布式能源。根据常规天然气、煤层气、页岩气供应条件和用户能量需求，重点在能源负荷中心，加快建设天然气分布式能源系统。统筹天然气和电力调峰需求，合理选择天然气分布式利用方式，实现天然气和电力优化互济利用。加强天然气分布式利用技术研发，提高技术装备自主化水平。

(2)大力发展分布式可再生能源。根据资源特性和用能需求，加快风能、太阳能、小水电、生物质能、海洋能、地热能等可再生能源的分布式开发利用。因地制宜在农村、林区、牧区、海岛积极推进分布式可再生能源建设，解决偏远地区生活用能问题。

(3)营造有利于分布式能源发展的体制政策环境。将分布式能源纳入电力和供热规划范畴，加强配套电网和热力网建设。创新体制机制，研究制定分布式能源标准，完善分布式能源价格机制和产业政策，努力实现分布式发电直供及无歧视、无障碍接入电网。

发挥分布式能源资源分布广、技术利用形式多样、能源产品丰富、可满足多样化能源需求的特点，充分利用当地的分布式能源资源，采用综合利用、多能互补的方式，按照分散布局、就近利用的原则，建立适应分布式可再生能源发展的市场机制和电力运行管理体制，通过建设综合性示范项目，加快分布式可再生能源应用，不断扩大分布式可再生能源在本地能源消费中的比重。

(a)绿色能源示范县。在分布式可再生能源资源丰富地区，开展绿色能源示范县建设，建立完善的绿色能源利用体系。到2015年，建成200个绿色能源示范县和1000个太阳能示范村。

(b)新能源示范城市。选择可再生能源资源丰富、城市生态环保要求高、经济条件相对较好的城市，采取统一规划、规范设计、有序建设的方式，支持在城市及各类产业园区推进太阳能、生物质能、地热能等新能源技术的综合应用。到2015年，建设100个新能源示范城市及1000个新能源示范园区。

(c)新能源微电网示范工程。按照“因地制宜、多能互补、灵活配置、经济高效”的原则，到2015年，建成30个新能源微电网示范工程。

5 结论

通过对国内PM2.5污染的思考，发现污染源主要来自于火电燃煤排放，当前亟待改变的是中国粗犷的能源发展模式;基于分布式能源可梯级利用、洁净环保等诸多优点，政府已提出了诸多对分布式能源的鼓励政策和措施，可以预见，随着国家落实分布式能源的相关法律法规，市场机制的不断健全，分布式能源一定会在我国蓬勃的发展。

发展分布式能源是一个整合优化现有能源系统，取长补短，达到整体平和的解决方案。它从电力供应、环境治理、节能、采暖、制冷和热力供应多个环节实现总体优化整合，通过一条全新的思路来解决我国面临的能源与环境的挑战。

［1］刘现志，曹扬.分布式发电并联接入微网的控制技术研究综述［J］.电网与清洁能源，2011，27(5):40 －46.

［2］欧阳翚，牛铭.基于不同控制策略的微网仿真［J］.电网与清洁能源，2011，27(3):19 －24.

［3］Cristiane Degobbi;Fernanda D.T.Q.S.Lopes;Regiani Carvalho－Oliveira，and etc.Correlation of fungi and endotoxin with PM2.5 and meteorological parameters in atmosphere of Sao Paulo，Brazil.Atmospheric environment［J］.2011，45(13):74－80.

［4］张靠礼，华志强，王媛，等.含分布式发电系统的配电网无功优化研究［J］.电网与清洁能源，2011，27(4):22 －25.

［5］廖琴，张志强，曲建升.国际PM2.5排放标准及其实施情况比较分析［J］.环境污染与防治，2012，34(10):95－99.

［6］刘利华，解决分布式电源接入后三相一次重合闸应用问题的研究［J］.电网与清洁能源，2012.28(9):34－36.

［7］施晓晖，徐祥德.北京及周边气溶胶区域影响与大雾相关特征的研究进展［J］.地球物理学报，2012，55(10):3230－3239.

［8］毕建刚，张涛，王峰，等.基于无线传感网络的变电站分布式智能在线监测技术［J］.电网与清洁能源，2012，28(11):52－60.

［9］严刚，燕丽.“十二五”我国大气颗粒物污染防治对策［J］.环境可持续发展，2011(5):20－23.

［10］庄园，贺海，杨晓慧，等.基于无线传感网络的变电站分布式智能在线监测技术［J］.电网与清洁能源，2012，28(11):52－60.

［11］彭斯震，张九天.中国2020年碳减排目标下若干关键经济指标研究［J］.中国人口:资源与环景2012，22(5):27－31.

［12］苏毅，杭乃善，卢桥，等.太阳能光伏灯具与智能电网并网的探讨［J］.电网与清洁能源，2013，29(1):82－86.

［13］李文革，张国辉.供电企业电力营销管理总体策略研究［J］.中国新技术新产品，2011(5):137.

［14］蒋润花，杨晓西，杨敏林.内燃机分布式冷热电联供技术应用及发展趋势［J］.节能技术，2012，30(2):127－130.

［15］胡文斌，华贲.分布式能源站在我国的推广前景及对策分析［J］.科技进步与管理，2004(12):119－120.

［16］于先坤.太阳能发电在新农村中的应用探讨［J］.节能技术，2011，29(6):556 －559.

［17］魏延军，秦德帅，常永平.30 MW生物质直燃发电项目及其效益分析［J］.节能技术，2012，30(3):278 －281.

［18］林宗虎.风能及其利用［J］.自然杂志，2009，30(6):309－314.

［19］王墨南，陶莉，平星星，等.城市建筑冷热电能源提供模式的探讨［J］.节能技术，2012，30(2):151 －154.