分布式能源应用初探

王栋

所谓“分布式能源”（distributed energy resources）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（主要为天然气）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（值）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，有效地提高了能源利用的安全性和灵活性。

我国的资源禀赋是以煤炭为主，但长期的以煤炭，尤其是劣质煤，为主的能源应用产生了巨大的环境问题，中国85%的煤炭是通过直接燃烧使用的，高耗低效燃烧煤炭向空气中排放出大量SO2、CO2和烟尘，造成中国以煤烟型为主的大气污染。

而天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。

一、概要介绍

分布式能源应用广泛，包括：独立电源和自备电站，供应电网难以到达和不能可靠、经济供电的用户；区域或楼宇冷热电联供；电力调峰，部分替代蓄能电站。应用场合包括：城市商业中心和办公楼；机场、医院、学校、文体场馆、机关等公用设施；工业园区；村镇和居民小区。应用场合的特点是：电热冷负荷集中，单位面积负荷大，负荷与工艺过程相关因而稳定，年利用时间长。

分布式能源的优势是：合理利用中低温余热，实现“能量梯级利用”，热效率高达70-90%；靠近用户侧，减少能量输送损失，减少能量输配管、网投资；安全可靠供能，弥补电网安全稳定性的不足，有利于电力调峰，提高供电质量；清洁环保；占地和初投资少，建设周期短；容易远程控制和网络控制，与现代物联网相结合。

分布式能源为终端用户提供清洁、便利、经济的综合能源服务，全方位满足用户需求，是21世纪能源和电力产业的重要发展方向。在美国、欧洲和日本，分布式能源经过几十年的发展，已经成为进入商业运行的重要能源供应方式，是大规模集集中式热电生产的必要补充，关于分布式能源的政策法规基本完善。发达国家政府通过规划引领、技术支持、优惠政策以及建立合理的价格机制和统一的并网标准，有效地推动分布式能源的发展，分布式能源系统在整个能源系统中占比不断提高，其中欧盟分布式能源占比约达10%。

二十一世纪初，我国分布式能源开始发展，现以试验和示范为主，国家科技计划支持了分布式能源示范工程，各单位也自行建设了多座分布式能源工程，如上海浦东机场、北京天然气公司办公楼、北京次渠天然气门户站、上海理工大学、中国科学院工程热物理研究所综合楼等。但目前，我国分布式能源尚未进入大规模商业运行，主要障碍是能源价格、能源产品接入公共网、环保收益等方面的政策法规尚未完善；燃气轮机等主机设备国产化程度低，建设和运行成本高；系统设计技术和标准处于发展阶段。而且由于技术、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。

近几年，我国环保法规日益严格，特大城市和沿海发达城市已将PM2.5列入环保监测，对天然气清洁能源的需求日益增长。经过不断建设和开拓，我国天然气供应已呈多元化，包括西气东输、进口管道天然气、海运LNG、非常规天然气开发等，对天然气清洁发电和分布式能源形成有力支撑。国家部位发布多项政策和指导性意见，推动分布式能源发展；国家决定设立燃气轮机重大专项以实现燃气轮机国产化。根据发改委规划，在“十三五”期间将建成1000个分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域，至2020年将在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机容量达到5000万KW，十年将产生4000亿的市场，我国天然气发电和分布式能源产业化和规模化的时代已经来临。

二、实施意义

小型燃机耦合余热锅炉以及制冷机，构成冷热电联供分布式能源系统，主要优势在于：（1）能源利用率高，经济效益大；（2）安全可靠，提高地区电力供应安全性；（3）低碳环保；（4）运行方便等。分布式能源系统适用场所广泛，可对一定区域内有电、热、冷不同能源混合需求的用户提供服务，且供电安全稳定，可按需求快速启动，可满足工业园区、综合商业区或商务区、单体或建筑群如医院、酒店、学校、办公楼、居民小区等。

因此，天然气分布式能源系统作为经济可靠的能源供应方案，是我国有天然气地区发展分布式清洁能源的首选，也是国家重点发展方向，对企业、城市、我国清洁能源和装备制造业的发展都有重要意义。

三、项目举例——医院分布式能源项目

医院三联供能源站应建设成为安全、高效、节能、低污染的现代化供能中心，为医院提供可靠的冷、热、电能源供应。原则包括：1.系统工艺可靠，保障稳定运行，考虑到医院的特殊性，在其中采用的供能系统应将运行的安全稳定作为第一应遵循的原则。2.能源综合利用，发挥节能潜力。3.维护管理方便，满足各方要求。

燃气冷热电三联产系统基本原理是温度对口、梯级利用，其原理如下：

首先洁净的天然气在燃气发电设备内燃烧产生高温高压的气体用于发电做功，产出高品位的电能；发电做功后的中温段气体通过余热回收装置地（驱动热泵、驱动吸收式制冷机）回收利用，用来制冷、供暖；其后低温段的烟气可以通过再次换热供生活热水后排放。通过对能源的梯级利用，充分利用了一次能源，提高了系统综合能源利用率。

燃气冷热电三联供系统采用梯级利用的方式，是天然气高效利用的技术之一。大型公建项目应充分采用节能、高效、环保的能源利用方式，而三联供项目的实施一方面可以较好地解决建筑的供热、制冷问题，另一方面提高自身冷、热、电供应的安全性。

医院类建筑具有稳定的冷、热、电和生活热水负荷需求，并对于能源供应的可靠性要求较高，因此采用燃气冷热电三联供来代替常规的供能方案，一方面可以较好地解决医院的供热制冷问题、降低运行成本，另一方面增加了自发电系统，在节能的同时也保障了医院的电力需求，提高了供电可靠性和安全性。

在项目操作方面，燃气集团与业主方商定投资模式，可采用燃气集团独立投资或与业主方共同投资的模式，双方签订投资建设与合同能源管理合同，能源站初投资（含能源站内所有主辅设备及其安装工程、自发电并网及切换系统、燃气系统、水系统至集分水器处）费用由商定的投资主体承担。项目施工完成后，由投资主体委托专业的管理公司负责能源站的运行管理，三联供系统所发出的电力接入医院的变配电站，电气系统设计应考虑可实现并网运行和切网运行两种运行模式。

四、经营风险

经营风险的主要影响因素是：燃气轮机发电接入电网的可能性；是否能享受到洁净能源发电技术的政府补贴电价，这一点至关重要，决定小型分布式能源系统的运行经济性；

采用三联供系统投入运行以后产生的污染源主要是烟气（废气）、废水、噪声等。

三联供系统的主要设备为燃气内燃机和燃气直燃机，燃料均使用天然气。天然气燃烧产生的烟气中基本无烟尘及二氧化硫，不污染环境，因此是洁净燃料。其排放中主要有害氣体为氮氧化物。

能源站排出的废水主要是空调系统，需补充软化水的水处理排水，以及设备检修排水。水处理排出的废水含盐量稍高但无毒无害，其余排水无有害物质且温度不高，可直接排入城市污水管道。

能源站噪声源主要为燃气发电机组、冷温水机、水泵。通过采取措施治理，可使能源中心外环境达到《大气环境质量标准》中规定的二类混合区：白天60分贝，夜间50分贝的标准。经此处理后的噪音指标距离二类区域的噪声标准仍有差距，因此还应在建筑围护结构中考虑适当的降噪措施，保证对周围环境的影响达到此标准要求。