分布式能源的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

【摘 要】從我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢以及我國能源局勢來看，分布式能源供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)必然成為未來發(fā)展趨勢。雖然，分布式能源供電系統(tǒng)的并入對電力系統(tǒng)的電量質(zhì)量、系統(tǒng)故障、潮流計(jì)算以及其它方面產(chǎn)生一定的影響，但是依舊不能阻擋歷史的車輪，分布式能源供電與電力系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行將越來越普遍。本文主要對分布式能源的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究。

【關(guān)鍵詞】分布式能源；冷熱電聯(lián)產(chǎn)；問題對策；持續(xù)發(fā)展

一、分布式能源供電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)并網(wǎng)的作用

1、提高供電穩(wěn)定性

分布式能源供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)后，可顯著提高電力系統(tǒng)的可靠性。即使電網(wǎng)斷電，分布式能源供電系統(tǒng)可憑借自身新工藝和新技術(shù)繼續(xù)保持供電，從而確保連續(xù)供電；和傳統(tǒng)電力系統(tǒng)能源供應(yīng)相比，分布式能源供電系統(tǒng)采用多元化的能源利用類型和供應(yīng)渠道以及多樣化的發(fā)電能源供應(yīng)戰(zhàn)略，有效保證能源供應(yīng)的安全性，有效緩解傳統(tǒng)能源緊缺造成電力能源緊缺問題；最后，分布式能源供電系統(tǒng)的規(guī)模小且分散，發(fā)生意外事故或電力災(zāi)害的可能性更小，比傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的安全性更高，供電也更加穩(wěn)定。

2、減少污染

從分布式能源供電系統(tǒng)的定義可以看出，分布式能源供電系統(tǒng)利用廢棄能源生產(chǎn)可再生能源，分布式能源也使用清潔能源發(fā)電，因此分布式能源供電系統(tǒng)可以減少污染物排放量。同時(shí)分布式能源供電系統(tǒng)無需重新建設(shè)高壓輸電線路，可減少新建高壓輸電線路帶來的電磁污染，降低分布式能源供電系統(tǒng)對輸電周邊自然環(huán)境產(chǎn)生的危害。最后，分布式能源供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)可以減少傳統(tǒng)電力資源的利用，減少生產(chǎn)傳統(tǒng)電力資源帶來的環(huán)境污染危害。

3、降低成本

一是減少電能損耗。分布式能源供電系統(tǒng)多位于用靠近用戶的負(fù)荷中心，可以減少運(yùn)輸電網(wǎng)帶來的損耗；二是減少建設(shè)成本。分布式能源供電系統(tǒng)設(shè)施對土地和空間體積需求更小，可以減少前期建設(shè)分布式能源供電系統(tǒng)的資金投入，降低成本；建設(shè)分布式能源的周期短，可根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷增長進(jìn)行擴(kuò)建，可減少投足資金損耗，提高資金利用率。三是降低維護(hù)成本。分布式能源供電系統(tǒng)的安全性高、可靠性強(qiáng)，系統(tǒng)發(fā)生故障幾率更低，維修幾率也更低。同時(shí)即使發(fā)生故障，維修難度更小，維修成本也更低。

二、分布式能源系統(tǒng)

集中式與分布式有機(jī)結(jié)合是21世紀(jì)能源工業(yè)重要發(fā)展方向，新的能源系統(tǒng)將可能影響到人類的生活方式和社會發(fā)展的進(jìn)程。相對于傳統(tǒng)的集中式供電方式，分布式能源系統(tǒng)是一種建立在用戶端的能源供應(yīng)方式，可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)行，是以資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應(yīng)對式設(shè)計(jì)和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對于集中供能的分散式供能方式。

1、發(fā)電方式

分布式發(fā)電系統(tǒng)自身的特點(diǎn)決定了它不是采用煤作為一次能源，而是大量采用環(huán)境友善的可再生能源。可以說，分布式發(fā)電技術(shù)是與新能源技術(shù)密切相關(guān)的。目前，比較常見的發(fā)電方式有以下幾種。

1.1微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電

微型燃?xì)廨啓C(jī)主要組成部分包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)和數(shù)字電力控制器等，以天然氣、甲烷、汽油、柴油等為燃料，具有高可靠、壽命長、噪聲低、重量輕、體積小、污染低、油耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種分布式能源方式。

1.2風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，是一種清潔能源。它的輸出功率由風(fēng)能決定。風(fēng)力發(fā)電是目前新能源開發(fā)技術(shù)中最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式。

1.3太陽能光伏發(fā)電

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在使用時(shí)將光伏電池封裝成組件，然后根據(jù)需要將組件串并聯(lián)組成方陣。

2、優(yōu)點(diǎn)

分布式能源系統(tǒng)的最主要優(yōu)點(diǎn)是用在冷熱電聯(lián)產(chǎn)中。但是熱，尤其是冷，不像電能那樣可以較長距離有效地輸送。因?yàn)榇箅姀S設(shè)址有其自身的要求，一般來說，附近難以有足夠大量合適的冷、熱能用戶，無法進(jìn)行有效的聯(lián)產(chǎn)。

分布式能源系統(tǒng)卻正好相反，按需就近設(shè)置，可以盡可能與用戶配合好，也沒有遠(yuǎn)距離輸送冷、熱能的問題，大電網(wǎng)的輸電損失問題也不存在了。所以，雖然分布式能源系統(tǒng)純動力裝置本身效率低、價(jià)錢貴，但可以充分發(fā)揮其聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，保證使用單位的各種二次能源能夠充分利用。

3、缺點(diǎn)

在使用中，對于分布式的控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多不足，尤其是在供電性能上只能單點(diǎn)供應(yīng)，同時(shí)輸出的功率也較小，比起以往單機(jī)功率在百萬千瓦的電源在效能少就略顯劣勢。因此大機(jī)組單位功率的售價(jià)相比小機(jī)組要低得多，相差近幾倍。大機(jī)組集中在一起，有專門高級技工運(yùn)行維護(hù)，安全性、工作壽命都應(yīng)該更有保證。所以，要對純發(fā)電成本和單位初投資作比較，分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)費(fèi)投入要大大高于現(xiàn)在的大電力系統(tǒng)。

三、分布式能源供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)存在的問題及對策分析

1、對電量質(zhì)量的影響及對策分析

電能質(zhì)量是反映設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下的相關(guān)電能指標(biāo)發(fā)生偏差的程度，如電壓波動情況、諧波、過電壓、電壓跌落或涌流等電能指標(biāo)，當(dāng)分布式能源供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)會導(dǎo)致電壓發(fā)生異常波動，并出現(xiàn)諧波和電壓跌落或涌流等問題，而影響電能質(zhì)量。針對電能質(zhì)量問題，首先應(yīng)使用短路比和剛性率分析并評估分布式能源供電系統(tǒng)個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量帶來的影響，再使用旋轉(zhuǎn)型和逆變型電源分析評估分布式能源供電系統(tǒng)對電力系統(tǒng)電壓的影響，例如常用于控制分布式能源發(fā)電過程產(chǎn)生的電能波動對電壓的影響可采用相關(guān)存儲方法解決。

2、對引起系統(tǒng)故障的影響及對策分析

分布式能源供電系統(tǒng)并入電力系統(tǒng)會影響配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和短路電流，并導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生變化，最終引起設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障。由于分布式能源供電系統(tǒng)的差異，分布式能源供電系統(tǒng)并入電力系統(tǒng)引起的故障類型和故障排除方法也不同。如傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式分布式能源供電系統(tǒng)會產(chǎn)生較大的短路電流，而逆變器并網(wǎng)分布式能源供電系統(tǒng)產(chǎn)對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生故障有不同的特征，并產(chǎn)生較小的短路電流。系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，可采用多代理技術(shù)恢復(fù)故障，可提高故障處理效率和成功率。還需要改進(jìn)原有保護(hù)策略，制定新的電網(wǎng)配置保護(hù)方案，如設(shè)置故障限流器，降低故障后的電流，避免電流過高影響保護(hù)配置。

3、對潮流計(jì)算的影響及對策分析

分布式能源供電系統(tǒng)并入電力系統(tǒng)是配電網(wǎng)電源配置結(jié)構(gòu)的變化，電源配置結(jié)果變化必然引起潮流計(jì)算發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)分布式能源供電系統(tǒng)并入后，潮流計(jì)算模型以及節(jié)點(diǎn)類型與計(jì)算模型和節(jié)點(diǎn)類型差異較大，因而可采用收斂性更好的計(jì)算方法。

四、推廣使用冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的重要性

1、提高能源利用率

CCHP系統(tǒng)安裝在居民用戶附近，是合理的能源梯度利用方式（如圖2所示）。它不僅提供電力，還滿足冷量和熱能的要求，為分布式能源的廣泛應(yīng)用建立模型，并將大大緩解集中電網(wǎng)建設(shè)投資壓力，避免遠(yuǎn)距離輸配電損失。CCHP系統(tǒng)貼近用戶進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將溫度向下利用，利用發(fā)電后的余熱，不是用電來交換，而通過提高能源的綜合利用率彌補(bǔ)發(fā)電的低效率。雖然CCHP系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)電效率較低，但綜合利用效率達(dá)到80%～90%。

2、緩解電力短缺

CCHP系統(tǒng)不僅能緩解電力短缺，平衡電力峰谷差，還能提高建筑供電的可靠性和安全性，避免電空調(diào)與電網(wǎng)爭電的局面，有效改善電網(wǎng)負(fù)荷的不平衡性，提高發(fā)電廠設(shè)備的負(fù)荷率。CCHP系統(tǒng)利用燃?xì)饣虬l(fā)電余熱制冷制熱，填補(bǔ)了夏季燃?xì)庥昧康膰?yán)重不足，改善了電力和燃?xì)獠缓侠淼哪茉唇Y(jié)構(gòu)狀況。

3、安全可靠

CCHP系統(tǒng)提供了可靠的供電安全和品質(zhì)保證，尤其是對供電安全和穩(wěn)定性要求較高的用戶，擺脫了電網(wǎng)拉閘限電、崩潰和意外災(zāi)害（如地震、風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)爭等）等突發(fā)性事故帶來的供電危機(jī)，避免了因停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。CCHP系統(tǒng)一般采取并網(wǎng)方式設(shè)計(jì)，大電網(wǎng)與三聯(lián)供發(fā)電機(jī)組互為備用，因此相當(dāng)于用戶增加了一路常用供電系統(tǒng)，提高了用戶供電的可靠性；用戶常規(guī)冷熱的空調(diào)系統(tǒng)一般由電空調(diào)和鍋爐組成，采用三聯(lián)供系統(tǒng)后可以使用發(fā)電機(jī)的余熱供冷或供熱，對于用戶來說，相當(dāng)于在常規(guī)調(diào)峰設(shè)備以外增加了一套空調(diào)冷熱源系統(tǒng)，對于使用電空調(diào)的用戶，更是將供冷動力由原來的單一用電變?yōu)榱丝梢酝瑫r(shí)用電和燃?xì)?，提高了用戶的冷熱供?yīng)可靠性。

4、良好的經(jīng)濟(jì)性

隨著電力供應(yīng)的日趨緊張，全國各地紛紛實(shí)行了峰谷電價(jià)。采用傳統(tǒng)電空調(diào)除了增加電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)外，用戶還承擔(dān)著高額的運(yùn)行費(fèi)。采用CCHP系統(tǒng)利用發(fā)電后余熱來供熱供冷，整個(gè)系統(tǒng)能源效率提高，其能源供應(yīng)成本大大下降，在能源價(jià)格不斷增長的體系下具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

五、分布式新能源可持續(xù)發(fā)展

1、分布式新能源：新穎的能源供應(yīng)模式

分布式能源作為一種新穎的能源供應(yīng)模式，近年來備受各國政府和企業(yè)的關(guān)注。它是一種建在用戶端的能源供應(yīng)方式，可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)行，是以資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，因地制宜地將用戶光伏、風(fēng)能以及生物質(zhì)能等多種新能源配置狀況進(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化的新型能源系統(tǒng)，是相對于集中供能的分散式供能方式。分布式能源技術(shù)是未來世界能源技術(shù)的重要發(fā)展方向，具有能源利用效率高、環(huán)境負(fù)面影響小、提高能源供應(yīng)可靠性和經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。

發(fā)達(dá)國家分布式能源發(fā)展迅猛，通過規(guī)劃引領(lǐng)、技術(shù)支持、優(yōu)惠政策以及建立合理的價(jià)格機(jī)制和統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，有效地推動分布式能源的發(fā)展。分布式能源系統(tǒng)在整個(gè)能源系統(tǒng)中占比不斷提高，歐盟占比約達(dá)10%。近年來，在政府和企業(yè)的大力支持下，我國分布式新能源項(xiàng)目逐步推廣，在能源系統(tǒng)中的比例不斷提高。一年多以來，各地做了大量工作，除國家給予0.42元每度電的補(bǔ)貼支持外，部分省分又配套出臺了額外補(bǔ)貼，鼓勵放開電網(wǎng)，聯(lián)合國土、扶貧辦、銀行等部門制定相應(yīng)的支持政策。

2、我國布式新能源發(fā)展存在的問題

國家能源局2014年11月公布的數(shù)據(jù)顯示，2014年前3季度我國新增光伏發(fā)電并網(wǎng)容量僅有3.79GW（10億瓦特單位，1GW=1000兆瓦），新增分布式光伏并網(wǎng)容量1.34GW。實(shí)際完成量距離年初制定的14GW目標(biāo)差距很大，尤其是分布式并網(wǎng)目標(biāo)更是遠(yuǎn)未達(dá)到年初設(shè)定的8GW目標(biāo)。分析表明，我國分布式能源發(fā)展存在以下問題。

2.1分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目投資

利潤空間偏低。目前，集中式地面電站由于具有較好的規(guī)模效益，投資收益已達(dá)到或超過了投資商的預(yù)期。然而，對分布式而言，項(xiàng)目投資利潤空間偏低，前期要面對太多的業(yè)主，關(guān)系復(fù)雜、協(xié)調(diào)面廣、施工分散，導(dǎo)致成本增加；后期運(yùn)維管理尤其是電費(fèi)回收工作量和難度相應(yīng)增加。

2.2政策落實(shí)有難度

新下達(dá)的支持政策受制于之前的一些老政策，尤其是國土和林業(yè)傳統(tǒng)政策的制約。20兆瓦規(guī)模的分布式很難找到合適場地，農(nóng)地或林地，目前都存在土地性質(zhì)變更這個(gè)無法逾越的法律及政策鴻溝。

2.3分布式光伏規(guī)模化以后的并網(wǎng)難題亟須解決

目前看，適合光伏發(fā)電的地塊稀少了。屋頂光伏發(fā)電并網(wǎng)存在因部分屋頂業(yè)主企業(yè)變壓器容量有限，無法全部利用。同時(shí)，存在上一級的線路容量是否夠用等問題。隨著國家、省、市政府能源發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)及相關(guān)政策的落實(shí)，光伏等分布式新能源項(xiàng)目呈幾何級數(shù)發(fā)展，光伏發(fā)電固有的間歇式能源的波動性和不穩(wěn)定性，其大規(guī)模并網(wǎng)對電網(wǎng)的穩(wěn)定安全將帶來愈來愈大的影響。這需要行業(yè)主管部門、科技、電力等方面積極應(yīng)對。

3、對策建議

毋庸置疑，分布式新能源行業(yè)已成為新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展?jié)摿薮?。同時(shí)要清醒地認(rèn)識到，光伏發(fā)電投資和設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)不是暴利行業(yè)，盲目投資、市場血拼、不顧及上下游、犧牲產(chǎn)品質(zhì)量等都是短視行為，光伏發(fā)電市場需要業(yè)界維護(hù)，共同理性、有序地推動整個(gè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。分布式光伏發(fā)電的處于發(fā)展期，必然存在政府、投資商、設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)協(xié)調(diào)探索的過程，應(yīng)積極引入PPP模式，發(fā)揮政府主導(dǎo)協(xié)調(diào)的優(yōu)勢，營造良好的積極互動氛圍。

3.1開拓國內(nèi)終端市場

這是光伏產(chǎn)業(yè)生存的發(fā)展的根本出路。要學(xué)習(xí)和借鑒嘉興模式和PPP模式，由政府對工業(yè)園區(qū)屋頂進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，以解決分布式前期單獨(dú)由投資商面對和說服諸多業(yè)主的問題，避免無序競爭，形成各方多贏的模式并付諸實(shí)施，走出以應(yīng)用帶動產(chǎn)業(yè)、以產(chǎn)業(yè)促進(jìn)創(chuàng)新、以創(chuàng)新推動發(fā)展的良性循環(huán)之路。

3.2化整為零，尋找適合光伏發(fā)電投資的公共機(jī)構(gòu)和場所

光伏產(chǎn)品和解決方案需在保持現(xiàn)有產(chǎn)品持續(xù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，著眼未來3～5年的技術(shù)方向探討和研發(fā)項(xiàng)目儲備。只有以智能配網(wǎng)智能調(diào)度與新能源控制技術(shù)的應(yīng)用融合為出發(fā)點(diǎn)，不斷提升產(chǎn)品性能、品質(zhì)和服務(wù)的新能源控制監(jiān)測產(chǎn)品，才能在給客戶帶來更大的投資回報(bào)的同時(shí)獲得企業(yè)、產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源消費(fèi)總量的不斷增加，分布式能源的潛在價(jià)值逐漸顯現(xiàn)。文章簡單介紹了分布式能源的系統(tǒng)概念及其優(yōu)缺點(diǎn)，綜述分布式能源的發(fā)展及應(yīng)用情況現(xiàn)狀，深入分析分布式能源在現(xiàn)階段發(fā)展過程中遇到的問題，特別是并網(wǎng)運(yùn)行的影響并提出相應(yīng)的解決思路。

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