分布式能源在新疆地區(qū)的應(yīng)用分析

（新疆天富能源股份公司，石河子市，832000）黃超

工作研究

分布式能源在新疆地區(qū)的應(yīng)用分析

（新疆天富能源股份公司，石河子市，832000）黃超

分布式能源生產(chǎn)方式由于其就地取材，利用當(dāng)?shù)氐母鞣N可用資源發(fā)電、供熱，實現(xiàn)電、熱、冷及其他能源生產(chǎn)和使用的就地平衡，提高能源利用效率，分散環(huán)保壓力，化解電網(wǎng)風(fēng)險，日益受國內(nèi)外青睞。通過對分布式能源起源、發(fā)展優(yōu)劣性的分析，結(jié)合新疆獨特的地域特點：多風(fēng)、日照時間長，天然氣豐富，煤炭儲量大，城市規(guī)模小，人口極端分散，分析利用新疆區(qū)域條件發(fā)揮分布式能源的優(yōu)勢，改善局部能源生產(chǎn)方式和環(huán)境保護，最大限度地實現(xiàn)能源的綜合、充分利用。

分布式能源；新疆；應(yīng)用

“分布式能源”（distributed energy sources）是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)：一次能源以氣體燃料為主，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（植）聯(lián)產(chǎn)為主，其他中央能源供應(yīng)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(yīng)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；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長距離輸送能源的損失，有效的提高了能源利用的安全性和靈活性。分布式能源是一種建在用戶端的能源供應(yīng)方式，可獨立運行，也可并網(wǎng)運行，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行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應(yīng)對式設(shè)計和模塊化配置新型能源系統(tǒng)，是相對于集中供能的分散式供能方式。

1 國內(nèi)外理論研究

1.1 國際研究及發(fā)展情況

國際分布式能源聯(lián)盟WADE對分布式能源定義為：安裝在用戶端的高效冷/熱電聯(lián)供系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠在消費地點（或附近）發(fā)電，高效利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能——生產(chǎn)熱和電；現(xiàn)場端可再生能源系統(tǒng)包括利用現(xiàn)場廢氣、廢熱以及多余壓差來發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。據(jù)國際分布式能源聯(lián)盟統(tǒng)計，截止2004年底，美國分布式供能系統(tǒng)裝機容量占總裝機容量的7.8%，歐洲分布式供能發(fā)展水平世界領(lǐng)先，尤其是丹麥、荷蘭、芬蘭，其分布式供能發(fā)電量分別占到國內(nèi)總發(fā)電量的52%、38%、36%，遠遠高于世界平均水平。迄2009年底為止，全美熱電聯(lián)產(chǎn)機組總裝機容量約8 500萬千瓦，占全美發(fā)電裝機容量的9%，發(fā)電量占美國總發(fā)電量的12%。

1.2 國內(nèi)理論研究及規(guī)劃

國內(nèi)由于分布式能源正處于發(fā)展過程，對分布式能源認識存在不同的表述。具有代表性的主要有如下兩種：第一種是指將冷/熱電系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量、模塊化、分散式的方式直接安裝在用戶端，可獨立地輸出冷、熱、電能的系統(tǒng)。能源包括太陽能利用、風(fēng)能利用、燃料電池和燃氣冷、熱、電三聯(lián)供等多種形式。第二種是指安裝在用戶端的能源系統(tǒng)，一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔。二次能源以分布在用戶端的冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)為主，其它能源供應(yīng)系統(tǒng)為輔，將電力、熱力、制冷與蓄能技術(shù)結(jié)合，以直接滿足用戶多種需求，實現(xiàn)能源梯級利用，并通過公用能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補充，實現(xiàn)資源利用最大化。

《中國分布式能源行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告前瞻》數(shù)據(jù)顯示，“十二五”期間，我國將建設(shè)1 000個左右天然氣分布式能源項目，并擬建設(shè)10個左右各類典型特征的分布式能源示范區(qū)域。到2020年，在全國規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機規(guī)模達到5 000萬千瓦，初步實現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化。

2 國內(nèi)應(yīng)用情況

2.1 技術(shù)分析

我國分布式能源起步較晚，主要集中在北京、上海、廣州等大城市，安裝地點為機場、醫(yī)院、賓館、寫字樓和大學(xué)城等，由于技術(shù)、標準、利益、法規(guī)等方面的問題，主要采用“不并網(wǎng)”或“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的方式運行。智能電網(wǎng)是近年來美國和歐盟相繼提出的概念，它是以高級傳感裝置為核心，集合各種最先進的信息技術(shù)形成的高效電力自動化信息網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)稱，……智能電網(wǎng)可以接入并容納各種形式的新能源和清潔能源：太陽能、風(fēng)能、燃料電池、電動汽車等。信息技術(shù)、測量技術(shù)和控制技術(shù)為核心的智能電網(wǎng)顛覆了傳統(tǒng)電力行業(yè)集中生產(chǎn)、大規(guī)模傳輸、分散使用的工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模經(jīng)濟優(yōu)勢，轉(zhuǎn)而以更經(jīng)濟的能源就地生產(chǎn)、使用，克服了大城市能源輸送中存在的“廊道”建設(shè)選擇難和小規(guī)模用戶輸送設(shè)施建設(shè)成本高昂的難題，隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)步伐加快，必將有效解決分布式能源發(fā)展的難題。

2.2 應(yīng)用實例及經(jīng)濟分析

國內(nèi)小型燃氣輪機熱電冷聯(lián)產(chǎn)機組已投運項目（見表1）：

與燃煤電廠等電源造價投入比較，小型燃氣輪機三聯(lián)供在造價上還是有優(yōu)勢的，分析表2：

2.3 準入條件

分布式能源具有保護環(huán)境、節(jié)約能源、減少排放等優(yōu)點，但是這些優(yōu)點都是外部影響，很難在市場中體現(xiàn)，而分布式能源的投資吸引力相對較弱，需要政府制定相關(guān)的優(yōu)惠政策予以扶持。分布式能源的鼓勵政策應(yīng)遵循統(tǒng)籌兼顧資源開發(fā)、能源需求、環(huán)境保護和經(jīng)濟效益，以節(jié)能減排為目標，以滿足用戶供電可靠性為宗旨，以提高能源效率為中心，因地制宜，規(guī)范發(fā)展，準入條件應(yīng)包括以下三個方面：

（1）鼓勵清潔環(huán)保的分布式能源發(fā)展，重點對可再生能源、天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)、冷熱電三聯(lián)供、燃料電池等清潔高效的項目類型進行鼓勵。

（2）針對化石燃料類的分布式能源設(shè)立能效標準，促進能源的綜合利用效率的提高。例如，利用化石燃料的分布式能源系統(tǒng)的總熱效率不應(yīng)小于70%，熱電比不應(yīng)小于75%。

（3）鼓勵先進能源利用技術(shù)。對微型燃氣輪機、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電等進行鼓勵，對小煤電、柴油發(fā)電等污染大、技術(shù)落后技術(shù)不予鼓勵。

2.4 燃氣輪機熱電冷聯(lián)供流程圖

分布式能源系統(tǒng)可為在不適宜建設(shè)集中電站的地區(qū)和輸電網(wǎng)末端的用戶及輸配電系統(tǒng)提供能源，能夠有效降低熱、電、冷等遠距離能量輸送損失和相應(yīng)的輸配電系統(tǒng)投資，為用戶提供高品質(zhì)、高可靠性和清潔的能源服務(wù)。

表1 國內(nèi)小型燃氣輪機熱電冷聯(lián)產(chǎn)機組已投運項目

表2 小型燃氣輪機三聯(lián)供造價

圖1 微型燃氣輪機CCHP系統(tǒng)

3 應(yīng)用前景分析

新疆發(fā)展分布式能源的優(yōu)勢：新疆地大物博，人口分布不均，年內(nèi)溫度變化劇烈，區(qū)域性用戶對能源（電、熱、冷）的需求數(shù)量大、種類多，如北疆地區(qū)供暖周期都長達半年，最低氣溫也接近零下40℃，最高氣溫又達40℃，城市生活對電、熱、冷的需求量都較大，用戶間的距離也較大，為電、熱等能源的輸送造成一定的困難，輸配電、供熱管網(wǎng)投資動輒數(shù)千萬元，甚至過億元，而用戶對能源的需求總量并不大，造成投資回收期漫長，常常得不償失；另一方面，新疆有較豐富的天然氣資源和光熱資源、風(fēng)能資源、生物質(zhì)資源，便于就地平衡利用，這些都為分布式能源發(fā)展提供了廣闊的空間，具體為。

3.1 建設(shè)燃氣熱電冷聯(lián)供

機場、醫(yī)院、高檔別墅小區(qū)、大型場館等單位多遠離人口密集區(qū)（高等級醫(yī)院除外），為其建設(shè)供電、供熱管線（網(wǎng)）距離長、損耗大，如熱網(wǎng)供回水管道每米綜合造價6 000元左右，管網(wǎng)熱損蒸汽管道在25%左右，熱水管損也有一半，而這些用戶一般對價格不敏感、對供電（熱）可靠性更關(guān)注，一臺3 000～12 000千瓦的燃氣輪機不過數(shù)10噸，沒有多少附屬設(shè)備，占地數(shù)百平方米即可，排放尾氣以二氧化碳和水為主，無污染物質(zhì)，環(huán)保沒有障礙。體積小，啟停靈活（幾分鐘內(nèi)可完成啟、停操作），自動化/智能化程度高，無人值守或少人值守即可完成日常工作，這些用戶對電、熱、冷源都有需求，燃氣輪機發(fā)電后的高溫尾氣再用于加熱供暖水、制冷水，據(jù)查燃氣輪機發(fā)電效率在30～35%，供熱效率45～55%，能源綜合利用效率可以達到80%甚至更高；即一立方米天然氣（8 600大卡，2.0元）可發(fā)電3千瓦時（1.8元）、供熱0.016吉焦（0.24元），基本可收回燃料成本。近三年來，烏魯木齊市大力推廣采暖鍋爐煤改（天然）氣工程，對改善大氣環(huán)境起到了顯著的成績，據(jù)烏魯木齊晚報2015年09月25日報道，市政協(xié)副主席、市建委黨組副書記、主任馬伊磊介紹，預(yù)計2015～2016年度采暖期，全市用熱面積將達到1.78億m2，較上年度增加300余萬平方米。按每平方米面積一個采暖期用氣13m3測算，烏魯木齊市每年用于采暖的氣量將超過23億立方米，如能將這部分設(shè)備改為中小型熱電聯(lián)供燃氣機組，先發(fā)電，再供熱，年可發(fā)電70億千瓦時以上，完全可替代因煤改氣后退出市區(qū)的幾個燃煤電廠的發(fā)電量，對于電網(wǎng)的穩(wěn)定和保障市區(qū)供電可靠性都有極大的意義。

3.2 建設(shè)光伏發(fā)電和光熱設(shè)施

新疆日照時間長、晴天多，單位面積的輻射能量較高（0.5千瓦/m2），利用這些受能面采集光能發(fā)電（配套儲能蓄電池，保障24小時電能供應(yīng)，或與大電網(wǎng)相聯(lián)進行能源互補），或生產(chǎn)熱水供應(yīng)建筑物內(nèi)部使用，減少了對外部電、熱能的供應(yīng)依賴，電能在400V供電時損耗最大，因為電能的損耗與電流的平方有關(guān)，電壓高時電流值較小，從110KV、10KV逐步降壓至400V后，電流值增加20多倍，損耗就要增加400多倍，因此，在低壓用戶側(cè)積極推廣分布式能源，減少低壓供電半徑范圍，與大電網(wǎng)建立互聯(lián)互供的關(guān)系，在保障供電可靠性的前提下，也減少了電能的損耗；供熱同樣如此，熱量的品質(zhì)較低，長距離輸送既需求消耗大量的動能（電能），還由于長距離管線的散熱又無謂地損失熱能，對于熱能就地生產(chǎn)和使用，節(jié)能效果更佳。新疆眾多農(nóng)牧區(qū)遠離人口密集區(qū)，用電量較少，只在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)用電，長距離架設(shè)供電線路經(jīng)濟不合理，但“村村通廣播電視，戶戶通電”從政治上又必須做，如為其配套小型風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電、供熱設(shè)備，滿足其生活需要，總投資不一定比架線高。這也是風(fēng)電、光伏、光熱分布式能源存在的可行性和合理性。

3.3 在煤礦礦區(qū)建設(shè)煤層氣發(fā)電（供熱）

煤層氣在煤礦稱為煤礦瓦斯，根據(jù)新的資源評價結(jié)果，我國陸上煤層氣資源量36.8萬億立方米，與陸上常規(guī)天然氣資源量（38萬億立方米）相當(dāng)，僅次于俄羅斯和加拿大。新疆煤炭資源儲量占全國的40%，以煤電東送、煤化工等資源就地轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)對煤炭的開采提出了很高的要求。煤礦煤層氣的主要成分是甲烷，甲烷在空氣中的濃度達到5%－16%時，遇明火就會爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤層氣不加以利用，直接排放到大氣中，其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍。煤礦瓦斯發(fā)電，既可以有效地解決煤礦瓦斯事故、改善煤礦安全生產(chǎn)條件，又有利于增加潔凈能源供應(yīng)、減少溫室氣體排放，達到保護生命、保護資源、保護環(huán)境的多重目標。煤礦瓦斯分高濃度瓦斯和低濃度瓦斯，高濃度瓦斯是指瓦斯?jié)舛却笥?0%的瓦斯，低濃度瓦斯是指瓦斯?jié)舛鹊陀?0%的瓦斯。低濃度瓦斯發(fā)電機組采用電控燃氣混合器技術(shù)，可以自動控制空燃比，以適應(yīng)瓦斯的濃度變化，同時，低濃度瓦斯安全輸送技術(shù)，采用細水霧技術(shù)，解決了低濃度瓦斯的地面安全輸送問題。建設(shè)瓦斯電站可實現(xiàn)“以利用促抽采、以抽采促安全”的煤礦良性循環(huán)發(fā)展。目前國內(nèi)規(guī)模比較大的一個就是山西省寺河電廠，裝機容量12萬千瓦，有60臺機組，2012年發(fā)電9.075億千瓦時。新疆煤炭資源豐富，礦區(qū)都遠離居民區(qū)，多在山區(qū)人跡罕至地區(qū)，輸電線路的架設(shè)困難，投資大，電源保障性不高，從煤礦生產(chǎn)安全考慮，必須架設(shè)雙回路電源，更增加了供電成本。而煤礦本身就是能源生產(chǎn)基地，特別是一些煤礦是高瓦斯礦區(qū)，生產(chǎn)危險性較大，常常被迫停產(chǎn)整治，經(jīng)濟損失很大，國家在多年前就出臺政策，鼓勵煤礦抽采煤層中的瓦斯用于發(fā)電，實行“以抽代采”的方式降低煤礦生產(chǎn)中的瓦斯含量，減少事故的發(fā)生，由于煤層氣可源源不斷地開采、儲存，礦區(qū)本身的煤層氣發(fā)電、供電的可靠性很高，不受刮風(fēng)、下雨、下雪等惡劣天氣的影響，減少了煤礦雙電源供電建設(shè)的投資。

3.4 生物質(zhì)燃料的應(yīng)用

生物質(zhì)燃料是一種再生綠色清潔環(huán)保能源，既可再生，又可減少對環(huán)境的污染，是國家所大力支持與推廣的新型潔凈再生能源。主要原料是各種農(nóng)林生物質(zhì)棄物(木宵木材邊角料、農(nóng)作物秸稈、各類殼物等)。由于農(nóng)作物秸稈、木屑都具有疏松、密度小、單位體積熱值低等缺點，作為燃料使用很不方便。生物質(zhì)燃料成型技術(shù)不僅能有效地解決這一問題，而且能有效地改變木屑、秸稈等的燃燒特性，實現(xiàn)快速、潔凈燃燒。生物質(zhì)成型燃料的成型技術(shù)即是通過粉碎、干燥、機械加壓等過程，將松散、細碎的桔桿、農(nóng)業(yè)廢棄物壓成結(jié)構(gòu)緊密顆粒狀燃料，其能量密度較加工前要大10倍左右，這種生物質(zhì)成型燃料便于貯運，燃燒后排放的煙灰和SO2遠低于重油(生物質(zhì)燃料中含硫量低于0.35%，從其它生物質(zhì)鍋爐項目運行情況可知，二氧化硫排放濃度低于50mg/Nm3，而國家合格標準為100mg/Nm3，遠遠低于國家允許值)。是一種新時代的適用于工業(yè)鍋爐的新潔凈能源。

4 結(jié)束語

分布式能源是一種新興的能源產(chǎn)業(yè)，與智能電網(wǎng)相結(jié)合，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，也打破了電力行業(yè)高參數(shù)、大容量機組集中發(fā)供電、熱的模式，在新疆地廣人稀、生產(chǎn)、生活點極度分散的形式下有很大的發(fā)展空間，只要應(yīng)用得當(dāng)，它一定能為廣大民眾帶來生活的安康和經(jīng)濟效益的回報。

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1008-0899（2016）02-0009-04