分布式能源在新疆地区的应用分析

（新疆天富能源股份公司，石河子市，832000）黄超

工作研究

分布式能源在新疆地区的应用分析

（新疆天富能源股份公司，石河子市，832000）黄超

分布式能源生产方式由于其就地取材，利用当地的各种可用资源发电、供热，实现电、热、冷及其他能源生产和使用的就地平衡，提高能源利用效率，分散环保压力，化解电网风险，日益受国内外青睐。通过对分布式能源起源、发展优劣性的分析，结合新疆独特的地域特点：多风、日照时间长，天然气丰富，煤炭储量大，城市规模小，人口极端分散，分析利用新疆区域条件发挥分布式能源的优势，改善局部能源生产方式和环境保护，最大限度地实现能源的综合、充分利用。

分布式能源；新疆；应用

“分布式能源”（distributed energy sources）是指分布在用户端的能源综合利用系统：一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷（植）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标；在能源的输送和利用上分片布置，减少长距离输送能源的损失，有效的提高了能源利用的安全性和灵活性。分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。

1 国内外理论研究

1.1 国际研究及发展情况

国际分布式能源联盟WADE对分布式能源定义为：安装在用户端的高效冷/热电联供系统，系统能够在消费地点（或附近）发电，高效利用发电产生的废能——生产热和电；现场端可再生能源系统包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。据国际分布式能源联盟统计，截止2004年底，美国分布式供能系统装机容量占总装机容量的7.8%，欧洲分布式供能发展水平世界领先，尤其是丹麦、荷兰、芬兰，其分布式供能发电量分别占到国内总发电量的52%、38%、36%，远远高于世界平均水平。迄2009年底为止，全美热电联产机组总装机容量约8 500万千瓦，占全美发电装机容量的9%，发电量占美国总发电量的12%。

1.2 国内理论研究及规划

国内由于分布式能源正处于发展过程，对分布式能源认识存在不同的表述。具有代表性的主要有如下两种：第一种是指将冷/热电系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式直接安装在用户端，可独立地输出冷、热、电能的系统。能源包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷、热、电三联供等多种形式。第二种是指安装在用户端的能源系统，一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅。二次能源以分布在用户端的冷、热、电联产为主，其它能源供应系统为辅，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，以直接满足用户多种需求，实现能源梯级利用，并通过公用能源供应系统提供支持和补充，实现资源利用最大化。

《中国分布式能源行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》数据显示，“十二五”期间，我国将建设1 000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到5 000万千瓦，初步实现分布式能源装备产业化。

2 国内应用情况

2.1 技术分析

我国分布式能源起步较晚，主要集中在北京、上海、广州等大城市，安装地点为机场、医院、宾馆、写字楼和大学城等，由于技术、标准、利益、法规等方面的问题，主要采用“不并网”或“并网不上网”的方式运行。智能电网是近年来美国和欧盟相继提出的概念，它是以高级传感装置为核心，集合各种最先进的信息技术形成的高效电力自动化信息网络的统称，……智能电网可以接入并容纳各种形式的新能源和清洁能源：太阳能、风能、燃料电池、电动汽车等。信息技术、测量技术和控制技术为核心的智能电网颠覆了传统电力行业集中生产、大规模传输、分散使用的工业化生产规模经济优势，转而以更经济的能源就地生产、使用，克服了大城市能源输送中存在的“廊道”建设选择难和小规模用户输送设施建设成本高昂的难题，随着我国智能电网建设步伐加快，必将有效解决分布式能源发展的难题。

2.2 应用实例及经济分析

国内小型燃气轮机热电冷联产机组已投运项目（见表1）：

与燃煤电厂等电源造价投入比较，小型燃气轮机三联供在造价上还是有优势的，分析表2：

2.3 准入条件

分布式能源具有保护环境、节约能源、减少排放等优点，但是这些优点都是外部影响，很难在市场中体现，而分布式能源的投资吸引力相对较弱，需要政府制定相关的优惠政策予以扶持。分布式能源的鼓励政策应遵循统筹兼顾资源开发、能源需求、环境保护和经济效益，以节能减排为目标，以满足用户供电可靠性为宗旨，以提高能源效率为中心，因地制宜，规范发展，准入条件应包括以下三个方面：

（1）鼓励清洁环保的分布式能源发展，重点对可再生能源、天然气热电联产、冷热电三联供、燃料电池等清洁高效的项目类型进行鼓励。

（2）针对化石燃料类的分布式能源设立能效标准，促进能源的综合利用效率的提高。例如，利用化石燃料的分布式能源系统的总热效率不应小于70%，热电比不应小于75%。

（3）鼓励先进能源利用技术。对微型燃气轮机、燃料电池、风力发电等进行鼓励，对小煤电、柴油发电等污染大、技术落后技术不予鼓励。

2.4 燃气轮机热电冷联供流程图

分布式能源系统可为在不适宜建设集中电站的地区和输电网末端的用户及输配电系统提供能源，能够有效降低热、电、冷等远距离能量输送损失和相应的输配电系统投资，为用户提供高品质、高可靠性和清洁的能源服务。

表1 国内小型燃气轮机热电冷联产机组已投运项目

表2 小型燃气轮机三联供造价

图1 微型燃气轮机CCHP系统

3 应用前景分析

新疆发展分布式能源的优势：新疆地大物博，人口分布不均，年内温度变化剧烈，区域性用户对能源（电、热、冷）的需求数量大、种类多，如北疆地区供暖周期都长达半年，最低气温也接近零下40℃，最高气温又达40℃，城市生活对电、热、冷的需求量都较大，用户间的距离也较大，为电、热等能源的输送造成一定的困难，输配电、供热管网投资动辄数千万元，甚至过亿元，而用户对能源的需求总量并不大，造成投资回收期漫长，常常得不偿失；另一方面，新疆有较丰富的天然气资源和光热资源、风能资源、生物质资源，便于就地平衡利用，这些都为分布式能源发展提供了广阔的空间，具体为。

3.1 建设燃气热电冷联供

机场、医院、高档别墅小区、大型场馆等单位多远离人口密集区（高等级医院除外），为其建设供电、供热管线（网）距离长、损耗大，如热网供回水管道每米综合造价6 000元左右，管网热损蒸汽管道在25%左右，热水管损也有一半，而这些用户一般对价格不敏感、对供电（热）可靠性更关注，一台3 000～12 000千瓦的燃气轮机不过数10吨，没有多少附属设备，占地数百平方米即可，排放尾气以二氧化碳和水为主，无污染物质，环保没有障碍。体积小，启停灵活（几分钟内可完成启、停操作），自动化/智能化程度高，无人值守或少人值守即可完成日常工作，这些用户对电、热、冷源都有需求，燃气轮机发电后的高温尾气再用于加热供暖水、制冷水，据查燃气轮机发电效率在30～35%，供热效率45～55%，能源综合利用效率可以达到80%甚至更高；即一立方米天然气（8 600大卡，2.0元）可发电3千瓦时（1.8元）、供热0.016吉焦（0.24元），基本可收回燃料成本。近三年来，乌鲁木齐市大力推广采暖锅炉煤改（天然）气工程，对改善大气环境起到了显著的成绩，据乌鲁木齐晚报2015年09月25日报道，市政协副主席、市建委党组副书记、主任马伊磊介绍，预计2015～2016年度采暖期，全市用热面积将达到1.78亿m2，较上年度增加300余万平方米。按每平方米面积一个采暖期用气13m3测算，乌鲁木齐市每年用于采暖的气量将超过23亿立方米，如能将这部分设备改为中小型热电联供燃气机组，先发电，再供热，年可发电70亿千瓦时以上，完全可替代因煤改气后退出市区的几个燃煤电厂的发电量，对于电网的稳定和保障市区供电可靠性都有极大的意义。

3.2 建设光伏发电和光热设施

新疆日照时间长、晴天多，单位面积的辐射能量较高（0.5千瓦/m2），利用这些受能面采集光能发电（配套储能蓄电池，保障24小时电能供应，或与大电网相联进行能源互补），或生产热水供应建筑物内部使用，减少了对外部电、热能的供应依赖，电能在400V供电时损耗最大，因为电能的损耗与电流的平方有关，电压高时电流值较小，从110KV、10KV逐步降压至400V后，电流值增加20多倍，损耗就要增加400多倍，因此，在低压用户侧积极推广分布式能源，减少低压供电半径范围，与大电网建立互联互供的关系，在保障供电可靠性的前提下，也减少了电能的损耗；供热同样如此，热量的品质较低，长距离输送既需求消耗大量的动能（电能），还由于长距离管线的散热又无谓地损失热能，对于热能就地生产和使用，节能效果更佳。新疆众多农牧区远离人口密集区，用电量较少，只在农业生产季节用电，长距离架设供电线路经济不合理，但“村村通广播电视，户户通电”从政治上又必须做，如为其配套小型风电、太阳能光伏发电、供热设备，满足其生活需要，总投资不一定比架线高。这也是风电、光伏、光热分布式能源存在的可行性和合理性。

3.3 在煤矿矿区建设煤层气发电（供热）

煤层气在煤矿称为煤矿瓦斯，根据新的资源评价结果，我国陆上煤层气资源量36.8万亿立方米，与陆上常规天然气资源量（38万亿立方米）相当，仅次于俄罗斯和加拿大。新疆煤炭资源储量占全国的40%，以煤电东送、煤化工等资源就地转化产业对煤炭的开采提出了很高的要求。煤矿煤层气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中的浓度达到5%－16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气不加以利用，直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍。煤矿瓦斯发电，既可以有效地解决煤矿瓦斯事故、改善煤矿安全生产条件，又有利于增加洁净能源供应、减少温室气体排放，达到保护生命、保护资源、保护环境的多重目标。煤矿瓦斯分高浓度瓦斯和低浓度瓦斯，高浓度瓦斯是指瓦斯浓度大于30%的瓦斯，低浓度瓦斯是指瓦斯浓度低于30%的瓦斯。低浓度瓦斯发电机组采用电控燃气混合器技术，可以自动控制空燃比，以适应瓦斯的浓度变化，同时，低浓度瓦斯安全输送技术，采用细水雾技术，解决了低浓度瓦斯的地面安全输送问题。建设瓦斯电站可实现“以利用促抽采、以抽采促安全”的煤矿良性循环发展。目前国内规模比较大的一个就是山西省寺河电厂，装机容量12万千瓦，有60台机组，2012年发电9.075亿千瓦时。新疆煤炭资源丰富，矿区都远离居民区，多在山区人迹罕至地区，输电线路的架设困难，投资大，电源保障性不高，从煤矿生产安全考虑，必须架设双回路电源，更增加了供电成本。而煤矿本身就是能源生产基地，特别是一些煤矿是高瓦斯矿区，生产危险性较大，常常被迫停产整治，经济损失很大，国家在多年前就出台政策，鼓励煤矿抽采煤层中的瓦斯用于发电，实行“以抽代采”的方式降低煤矿生产中的瓦斯含量，减少事故的发生，由于煤层气可源源不断地开采、储存，矿区本身的煤层气发电、供电的可靠性很高，不受刮风、下雨、下雪等恶劣天气的影响，减少了煤矿双电源供电建设的投资。

3.4 生物质燃料的应用

生物质燃料是一种再生绿色清洁环保能源，既可再生，又可减少对环境的污染，是国家所大力支持与推广的新型洁净再生能源。主要原料是各种农林生物质弃物(木宵木材边角料、农作物秸秆、各类壳物等)。由于农作物秸秆、木屑都具有疏松、密度小、单位体积热值低等缺点，作为燃料使用很不方便。生物质燃料成型技术不仅能有效地解决这一问题，而且能有效地改变木屑、秸秆等的燃烧特性，实现快速、洁净燃烧。生物质成型燃料的成型技术即是通过粉碎、干燥、机械加压等过程，将松散、细碎的桔杆、农业废弃物压成结构紧密颗粒状燃料，其能量密度较加工前要大10倍左右，这种生物质成型燃料便于贮运，燃烧后排放的烟灰和SO2远低于重油(生物质燃料中含硫量低于0.35%，从其它生物质锅炉项目运行情况可知，二氧化硫排放浓度低于50mg/Nm3，而国家合格标准为100mg/Nm3，远远低于国家允许值)。是一种新时代的适用于工业锅炉的新洁净能源。

4 结束语

分布式能源是一种新兴的能源产业，与智能电网相结合，实现资源的最优配置，也打破了电力行业高参数、大容量机组集中发供电、热的模式，在新疆地广人稀、生产、生活点极度分散的形式下有很大的发展空间，只要应用得当，它一定能为广大民众带来生活的安康和经济效益的回报。

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1008-0899（2016）02-0009-04