分布式清潔能源系統(tǒng)工程應用研究

鐘曉梅

（江蘇上田環(huán)境修復有限公司，常州 213100）

分布式（DES）清潔能源利用技術(shù)是一種以能源梯級利用和冷熱電分布在用戶端為顯著特點的清潔能源利用技術(shù)，滿足用戶對冷熱電的不同需求，實現(xiàn)溫度對口供應能源，將輸送環(huán)節(jié)的損耗降至最低，從而實現(xiàn)能源利用效能的最大化。分布式清潔能源系統(tǒng)的核心是通過能源的梯級利用來提高能源利用效率，實現(xiàn)節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展[1]。

近年來，隨著清潔能源技術(shù)方面的政策扶持力度加大，分布式能源綜合利用技術(shù)在我國具備實施的現(xiàn)實條件。在區(qū)域能源解決方案中，分布式能源技術(shù)也具有良好的發(fā)展前景。

1. 分布式清潔能源

1.1 分布式清潔能源的概念

分布式清潔能源系統(tǒng)是基于一系列能源技術(shù)進步和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的產(chǎn)物，是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。

分布式清潔能源系統(tǒng)一次能源以天然氣等氣體燃料為主，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聯(lián)產(chǎn)為主，其它中央能源供應系統(tǒng)為輔，實現(xiàn)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(tǒng)提供支持和補充；在環(huán)境保護上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現(xiàn)適度排放的目標[2]。

1.2 分布式清潔能源的優(yōu)點

實現(xiàn)熱電冷聯(lián)產(chǎn)，通過余熱回收技術(shù)可以實現(xiàn)蒸汽或熱水供應，或使用吸收式制冷機組提供空調(diào)或工藝性用冷，可以將能源效率提高到90%；能源生產(chǎn)設備靠近用戶，生產(chǎn)的熱量、冷量和電量可直接使用，改進了供能的質(zhì)量和可靠性，減少了輸配電設備的投資和電網(wǎng)的輸送損失；裝置容量小，占地面積小，初投資少；機組分散，系統(tǒng)更加靈活，可以將其分解進行設備維護，對發(fā)電系統(tǒng)影響較小。

2. 分布式清潔利用技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展情況

2.1 國內(nèi)發(fā)展情況

國家建設部等部委聯(lián)合發(fā)出了《關于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》的通知，明確了“統(tǒng)一規(guī)劃、分布實施、以熱定電和適度規(guī)?！钡陌l(fā)展原則。鼓勵使用清潔能源，發(fā)展熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣聯(lián)供，以提高熱能綜合利用率。在有條件的地區(qū)逐步推廣適用于廠礦企業(yè)、寫字樓、賓館、商場、醫(yī)院、銀行、學校等較分散的公共建筑的小型燃氣發(fā)電機組和余熱鍋爐等設備組成的小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)分布式能源項目主要分布在北京、上海、廣州等大中型城市，上海浦東國際機場、北京首都國際機場、上海中博會等項目在建或已投入運行，并體現(xiàn)出良好的節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保效果。

2.2 國外發(fā)展情況

分布式能源系統(tǒng)的概念是從1978年美國公共事業(yè)管理政策法公布后，在美國開始推廣，然后被其他發(fā)達國家所接受，現(xiàn)已在很多國家推廣并加以應用。美國從1978年開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)。目前，正研究能源資源高效利用的小型熱電冷三聯(lián)產(chǎn)。美國能源部制訂了詳細的熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展目標，宣布了一個在2010年使熱電聯(lián)產(chǎn)容量翻一番的目標，即美國要在2010年前再增加46000MW裝機容量的熱電聯(lián)產(chǎn)能力。

歐洲從1974年開始大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，其制定的分布式能源系統(tǒng)的目標是：到2010年熱電發(fā)電量從1994年占發(fā)電總量9%增加到2010年的18%，可再生能源能夠提供22%的電能。歐洲委員會正在進行一個SAVE II的能效行動計劃，包含許多不同的能效措施，來推動分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展[3,4]。

圖1 北京首都國際機場和上海中博會項目

3. 分布式清潔能源技術(shù)方案

分布式能源系統(tǒng)種類繁多，不僅包括以燃氣輪機或內(nèi)燃機為核心的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，還包括太陽能、風能、生物能等可再生能源綜合利用系統(tǒng)。本文主要介紹以燃氣輪機和燃氣內(nèi)燃機為核心的分布式能源系統(tǒng)技術(shù)方案。

3.1 燃氣輪機為核心

1）燃氣輪機—余熱鍋爐—蒸汽溴化鋰吸收式制冷機組

在燃氣輪機發(fā)電后，將高溫煙氣中的余熱通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換成蒸汽利用，冬季依靠換熱器提供熱水供暖，夏季依靠蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機制冷以及全年進行生活熱水的供應。另外還需要一臺小型燃氣鍋爐在冬季和夏季燃氣輪機不運行時段供暖、制冷，以及作安全備用。

本方案適合于蒸汽需要量比較大，蒸汽品質(zhì)要求比較高的項目，例如醫(yī)院等，還特別適合已經(jīng)購買蒸汽鍋爐和蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機的單位進行技術(shù)改造。不足之處在于系統(tǒng)比較復雜，運行維護成本比較高，增加了壓力容器，安全要求也比較高。

2）燃氣輪機—并聯(lián)型余熱/直燃溴化鋰吸收式制冷機組

先利用天然氣發(fā)電，所不同的是將煙氣中的余熱直接通過余熱/直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機回收利用，冬季轉(zhuǎn)換熱水供暖, 夏季轉(zhuǎn)換冷水制冷。

本方案中將其與溴化鋰機組對接，利用燃氣輪機的煙氣余熱制冷、供暖和提供生活熱水以及其他形式的熱能，將兩個成熟的技術(shù)進行整合，減少了傳統(tǒng)利用方式中的鍋爐，換熱器、化學水系統(tǒng)等，大大降低了造價、運行成本和維護難度。

3）燃氣－蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)+吸收式制冷機組

圖2 燃氣輪機—余熱鍋爐—蒸汽溴化鋰吸收式制冷機組原理示意圖

圖3 燃氣輪機—并聯(lián)型余熱/直燃溴化鋰吸收式制冷機組原理示意圖

燃氣輪機排出的尾氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換為蒸汽，注入蒸汽輪機發(fā)電，發(fā)電后的乏汽或抽汽供蒸汽制冷機制冷，其余部分可用于提供采暖或衛(wèi)生熱水。當然燃氣輪機或余熱鍋爐的排氣同樣可以驅(qū)動排氣直熱型和排氣再燃型制冷機。

本方案具有更高的發(fā)電效率，與汽輪機發(fā)電中的應用類似，溴冷機可以有效提高夏季發(fā)電量和發(fā)電效率，并且減小用電峰谷差。

3.2 燃氣內(nèi)燃機為核心

由內(nèi)燃機首先利用石油/天然氣發(fā)電,將內(nèi)燃機的煙氣和缸套冷卻水中的余熱, 由并聯(lián)型余熱/直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機組回收利用, 冬季供暖，夏季制冷，內(nèi)燃機中的冷卻水作為居民的生活用熱水。

圖4 燃氣－蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)+吸收式制冷機組原理示意圖

圖5 燃氣內(nèi)燃機-吸收式制冷機組原理示意圖

表1 不同發(fā)電設備分布式清潔能源系統(tǒng)的綜合利用效率

發(fā)電后的排氣余熱得到充分利用，冷溫水機能耗最大限度降低；電力、空調(diào)、采暖和衛(wèi)生熱水幾種負荷容量搭配靈活，可以滿足不同場合的需要[5,6]。

4. 分布式能源系統(tǒng)能效分析

分布式清潔能源系統(tǒng)與熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)在節(jié)能方面的差別，就要在不同的參數(shù)變化下進行供熱期、制冷期的節(jié)能率進行分析，不同類型發(fā)電設備的冷熱電能源綜合利用效率見表1。

5. 分布式清潔能源綜合利用技術(shù)節(jié)能和環(huán)保效益

分布式清潔能源系統(tǒng)運行減少了電力消耗，減輕了電網(wǎng)常年運行負荷。同時降低了一次能源消耗過程中產(chǎn)生的SO2、CO2等污染物排放，減少ODS(消耗臭氧物質(zhì))排放緩解溫室效應，具有很好的節(jié)能效益。

由國家能源局公布的污染物排放定額可知，假設年節(jié)約用電1000MWh，相當于年節(jié)約標準煤40t，相當于CO2減排99.7t，粉塵27.2t，SO2減排3t，NOx減排1.5t，環(huán)保效益十分顯著。

6. 結(jié)論

國內(nèi)外工程應用實踐表明，分布式清潔能源系統(tǒng)在溫室氣體排放、環(huán)境保護、能源的高效利用等方面表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢，擁有巨大的市場潛力和商業(yè)價值。利用各種熱工設備進行分布式供電，與常規(guī)燃煤火力發(fā)電相比能更有效地控制有害氣體的排放是可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術(shù)之一。

[1]徐建中.分布式供電和冷熱電聯(lián)產(chǎn)的前景.節(jié)能與環(huán)保, 2002 (3): 1014.

[2]吳大為，王如竹. 分布式能源定義及其與冷熱電聯(lián)產(chǎn)關系的探討，制冷與空調(diào)，2005，5（5）：2～3

[3]黃錦濤，豐鎮(zhèn)平，袁勁松，分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟性分析，沈陽工程學院學報（自然科學版），2005，1（1）：18.

[4]段潔儀，馮繼蓓，梁永建，樓宇式天然氣熱電冷聯(lián)供技術(shù)及應用，煤氣與熱力，2003，23（6）：339～341.

[5]吳錫琴，潘軍松，小型熱電聯(lián)產(chǎn)項目方案優(yōu)化簡析，上海煤氣，2004，3：1～2.

[6]陸耀慶，實用供熱空調(diào)設計手冊[M],北京：中國建筑出版社，1998.