分布式能源系統(tǒng)探析

裴洋(沈陽化工研究院設(shè)計工程有限公司， 遼寧 沈陽 110021)

分布式能源系統(tǒng)探析

裴洋(沈陽化工研究院設(shè)計工程有限公司， 遼寧 沈陽 110021)

本文探討分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、主要形式、設(shè)計要點及其在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用價值。

分布式能源系統(tǒng)；發(fā)展現(xiàn)狀

1 分布式能源系統(tǒng)概述

分布式能源系統(tǒng)是在用戶處建立的冷熱電聯(lián)供的能源系統(tǒng)，直接面向用戶，按用戶的需求就地生產(chǎn)并供應(yīng)能量，具有多種功能，可滿足多重目標的中、小型能量轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)。通常受熱用戶距離分布所限，一般限制距離2 k m以內(nèi)，經(jīng)濟距離小于1．5km。分布式能源系統(tǒng)的規(guī)模較小，分散設(shè)置，可以是幾千瓦，也可能達MW級。

分布式能源系統(tǒng)可包括燃氣冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)等。燃氣冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)是以一次能源—燃氣如天然氣為燃料，通過燃氣發(fā)電裝置在生產(chǎn)電能的同時對外供熱、供冷，滿足各類建筑物或建筑群等終端的用能需求，實現(xiàn)一次能源的梯級利用，提高能源利用效率。

有資料顯示美國已有6000余座分布式能源系統(tǒng)。2006年一些國家分布式能源占電力市場的比例：英國為7 %，日本為1 4%，印度為18%，芬蘭、德國、荷蘭、捷克已達38%，丹麥已達53%。我國北京、上海、廣州等地已建設(shè)了一些分布式能源項目。

2 分布式能源冷熱電負荷

分布式能源系統(tǒng)實行冷熱電聯(lián)供，需按準確的冷熱負荷確定其系統(tǒng)容量。系統(tǒng)高效運行的關(guān)鍵在于冷熱負荷的匹配及其對能源的梯級利用規(guī)則。分布式能源系統(tǒng)的供冷負荷大多是夏季空調(diào)和一些需要控制溫度的特殊生產(chǎn)工藝需求；而其熱負荷主要有建筑供暖、種植和養(yǎng)殖環(huán)境溫度控制和提供生活用熱水，前兩項是季節(jié)性的，生活熱水需全年供應(yīng)；在滿足供冷、供熱的前提下，若生產(chǎn)的電力不足，則需要從主電力系統(tǒng)中補充，若有盈余也可輸送給主電力系統(tǒng)，平衡調(diào)度。

3 燃氣冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)的主要形式

系統(tǒng)及設(shè)備配置方案的制定需考慮系統(tǒng)規(guī)模不同、終端用戶負荷波動變化情況和使用要求的不同以及所在地區(qū)的具體條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。

①燃氣輪機發(fā)電裝置—余熱鍋爐—抽凝式汽輪機—煙氣/熱水換熱器—蒸汽吸收式制冷機；該系統(tǒng)適用于具有一定規(guī)模的區(qū)域型冷熱電聯(lián)供能源站，采用重型或輕型燃氣輪機，發(fā)電能力可達50～ 500MW。②燃氣輪機發(fā)電裝置—余熱直燃機—電制冷機—燃氣鍋爐；③內(nèi)燃機發(fā)電裝置—熱水型吸收制冷機—電制冷機—燃氣鍋爐；④微型燃氣輪機發(fā)電裝置—余熱直燃機。

4 冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)設(shè)計要點

①冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)應(yīng)本著電能自發(fā)自用、熱電平衡的原則。以熱、冷負荷定電，充分利用余熱，發(fā)電能力充分發(fā)揮。發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力一般控制為其供熱、冷范圍電力負荷的20%～30%。系統(tǒng)的設(shè)備配置和運行模式應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。②冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)宜采用電力并網(wǎng)的運行方式。以便于平衡調(diào)度，當裝置自身電力有所盈余時可并網(wǎng)發(fā)電，當自身發(fā)電不滿足自身所需時候可從電網(wǎng)補充。③分布式能源系統(tǒng)的年平均能源利用率應(yīng)大于70%，余熱利用率應(yīng)大于60%。④當發(fā)電余熱不能滿足設(shè)計冷、熱負荷時，應(yīng)設(shè)置補充冷、熱能調(diào)節(jié)補充設(shè)備，如吸收式冷、熱水機組、壓縮式冷水機組、熱泵、鍋爐等。條件允許時，應(yīng)采用蓄冷、蓄熱裝置，以達到調(diào)峰節(jié)能、減緩系統(tǒng)負荷沖擊的目的。⑤主機(燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機)余熱利用常采用以下幾種基本形式：

主機余熱經(jīng)余熱鍋爐或換熱器產(chǎn)生蒸汽或熱水。蒸汽、熱水直接利用或進人吸收式冷、熱水機組制冷、供熱；主機余熱直接進人余熱吸收式冷、熱水機組制冷、供熱；主機各部分余熱分別利用，煙氣進人余熱吸收式冷、熱水機組制冷、供熱。冷卻水進人換熱器供熱水。條件許可時，應(yīng)采用熱泵機組及設(shè)置蓄熱(冷)裝置。當熱負荷主要為空調(diào)制冷、供熱負荷時，余熱利用設(shè)備宜采用吸收式冷、熱水機組，直接利用煙氣和高溫水熱量。當熱負荷主要為蒸汽或熱水負荷時，余熱利用設(shè)備宜采用余熱鍋爐，將發(fā)電余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽或熱水再利用。

⑥分布式能源系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備可采用小型燃氣輪機、微型燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機。當發(fā)電機組孤網(wǎng)運行或兼作備用電源時，發(fā)電機組數(shù)量不宜小于2臺。孤網(wǎng)運行時應(yīng)考慮備用措施。⑦應(yīng)采取措施降低系統(tǒng)的廢氣排放濃度，滿足環(huán)境保護排放要求。

5 分布式能源系統(tǒng)的能源利用效率和環(huán)境保護效益

燃煤純凝汽式電廠平均熱效率約為34%，最高熱效率可達50%，熱電聯(lián)產(chǎn)機組的熱效率根據(jù)熱負荷情況可有不同程度的提高；大型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組，在充分供熱的情況下，其熱效率可達70%～80%；分布式能源系統(tǒng)按冷熱電聯(lián)供，在滿足供冷供熱負荷要求的基礎(chǔ)上發(fā)電的原則設(shè)計，匹配終端熱負荷及溫度要求，實施熱能梯級利用的原則，其總體能源利用效率可達70%～90%，分布式能源系統(tǒng)最高能源利用效率可達95%。

6 結(jié)語

分布式能源系統(tǒng)是清潔能源的良好載體，主要采用天然氣，輔以合適的可再生能源，其環(huán)境保護效率比燃用天然氣的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)的供熱機組更好。近年來得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。是將來資源綜合利用的必然途徑之一。

[1]隋軍，金紅光，林汝謀，徐建中.分布式供能及其系統(tǒng)集成[J].科技導報，2007.

[2]劉猛，鄭丹星.分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能率指標體系研究[J].標準科學，2013.