浅析分布式能量供应系统的能效计算及优化

王华超

（中南电力设计院有限公司，武汉430071）

浅析分布式能量供应系统的能效计算及优化

王华超

（中南电力设计院有限公司，武汉430071）

为提高能量利用率，实现能量的连续发展，分布式能量供应系统的应用越来越多。论文阐述了分布式能量供应系统的基本原理、能效计算，分析了不同类型的能量供应系统方案，并以热电冷联产的系统结构为研究对象，对系统结构、设备选型以及运行进行了优化。

分布式能量供应系统；能效计算；运行优化

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.126

1 引言

能源持续消耗、环境污染等问题成为我国经济、不可再生能源可持续发展中的一个重大问题，通过调整能源原料的结构，应用分布式能量供应系统，优化能源利用，改善供能的可靠性，同时降低能源消耗，减少环境污染，这将是能量供应系统的发展方向。分布式能量供应系统在第二代能量供应系统的建设中起着积极的作用，具有广泛的发展前景。

2 分布式能量供应系统概述

2.1 分布式能量供应系统的概念

分布式能量供应系统简称DES，根据用户需求，整合利用矿物能源和可再生能源建立的梯级的能源利用的供能系统，可以有效减少能源在输送环节的消耗，增加能源的利用效率，降低矿物能源的损耗，达到保护环境的目的。

2.2 分布式能量供应系统的组成及基本原理

根据结构的不同分布式能量供应系统可以蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机为核心构建不同的能量供应系统，但系统的基本结构大致相同。一个完整的分布式能量供应系统主要组成部分一般包括：发电设备、供热或制冷设备、能量存储设备、能量交换设备、控制调节设备等。蒸汽式能量供应系统结构如图1所示[1]。

图1 蒸汽式能量供应系统结构图

电能转换设备是能量转换的核心，将能源分解转化为能量，通过发电机转换为电力驱动设备运转，提供给热能转换或提供制冷效果的设备，根据用户需求供热或制冷，各设备协调工作为用户提供能源。

3 分布式能量供应系统的优点

分布式能量供应系统在能源利用及功能需求有较大的优势，以分布式供电站为例，其主要优点如下：

（1）实现热电冷联产，为空调或冷库提供制冷，有效提高

能源利用率；（2）能源设备布局在用户附近，降低输送过程中的能量损耗，功能可靠性高；（3）需求能量小，设备体积微型化，开发成本较低，用户可以按照能量需求建立小型的联合电站；（4）分布式能量供应系统的建设周期较短，只需1年左右就可以投产；（5）系统灵活性高，发电机组布局分散，便于对各级组进行分散维护。

4 分布式能量供应系统的结构系统方案以及能源利用率分析

对能源进行梯级利用是分布式能量供应系统提高能源利用率的关键所在，还可以通过专用的设备采集无污染的高效能源转化电能，实现能源的可持续发展。

4.1 分布式能量供应系统的结构系统方案

根据能源利用方式及结构的不同可以将分布式能量供应系统分为以下几类：

1）采用矿物燃料的系统：燃料电池、内燃机系统、燃气轮机系统、与混合燃料系统等；

2）可再生能量供应系统：主要采用水能、风能、太阳能、生物能等无污染的可再生能源；

3）利用二次能源氢能的系统。

可再生能源如风能、水能受地域条件影响较大，且采集密度较低，适用于小型的能量供应系统；燃煤系统和燃油系统可以提供较大的能量，但在能源缺少的地方需要能源运输，输送消耗较大，环境污染较大，且为不可再生资源，不利于能源的可持续发展，一般用作大型能量供应系统；燃气系统采用天然气作为能源，能提供较大密度的能量，对环境无污染是能量供应系统的理想燃料。

4.2 常见的系统能效分析指标

4.2.1 能源初始利用率

对冷热电联产系统进行评价，其能源初始利用率（Primary Energy Ratio）简称PER，是对能量供应系统较为直观的评价指标，是指能量供应系统产出的客户需求的有用能量与系统工作所消耗总能源量的比值。根据用户需求，在电能供应、空调制冷、暖气供应相同的前提下，分别求出各系统的能源初始利用率，通过比较各系统的能源初始利用率可以挑选出哪个能量供应系统结构的效率最高。分布式能量供应系统的能源消耗模型如图2所示。

由图2可知冷、热电联产结构在提供电能时，通过余热装置对余热进行吸收转换，提供热量供应和制冷效果，其能源的利用效率更高。

图2 分布式能量供应系统的能源消耗模型

4.2.2 节能率

节能率（PES）是在供应相同能量总量的前提下能源材料的节省量节能率是判定能量供应系统是否节能的标准。当PES﹥0时，系统节能效果高能，反之系统能量消耗率低，系统的节能效果可以通过PES反映出来。

5 分布式能量供应系统的优化分析

5.1 方案优化

分布式能量供应系统的优化方案是依据用户对功能的需求量和能量服务类型，确定能量供应系统的设备所需的总容量，并结合用户当地的能源产量及其结构选择适当的结构。随着太阳能、风能、生物能等新能源技术开发和使用，结合制冷、制热设备的多样性，以最低成本的能源消耗，实现系统的能源供给。

确定分布式能量供应系统结构后，根据需求总量进行设备选型，主要是根据原动机的功率和容量、能量存储装置的容量、制热和制冷设备的功率选择合理的型号。

5.2 运行优化

燃机的优化运行和存能设备存储量及释放量是分布式能量供应系统的优化的两大重点。燃机是能量供应系统的核心设备，其运行效率及稳定性，是决定系统能耗经济性及稳定性的重要因素。燃机的运行优化主要是根据用户需求确定发电方案，优化燃机的运行负荷，达到经济性的目的。

6 结语

本文通过对分布式系统的结构和运行方式的研究和分析，可以看出分布式比传统方式的能量供应系统有较大的优势，可以因地制宜选择能源利用结构、配置合适的设备，提高能源初始利用率，减小能源损耗，维持较低运行成本。还可采用能源密度较小的可再生能源来满足功能需求，降低对环境的污染。

【1】林世平.分布式能源系统中能源与环境耦合特性及优化集成模型研究[D].武汉：武汉理工大学，2011.

Energy Efficiency Calculation and Optimization of Distributed Energy Supply System

WANG Hua-chao
(Central Southern China Electric Power Design Institute，Wuhan 430071,China)

In order to improve energy efficiency,realize the continuous development of energy,the distributed energy supply system has been applied more and more.This paper expounds the basic principle of the distributed energy supply system,energy efficiency calculation,analyzes the different types of energy supply system,and taking the cogeneration cooling heating and power system structure as the research object, optimizes the system structure,equipment selection and operation.

distributed energy supply system;calculation of energy efficiency;operation optimization

TK11+2

A

1007-9467（2016）11-0052-02

2016-10-10

王华超（1982～），男，湖北武汉人，工程师，主要从事火力发电、新能源研究。