【正文】 分布式能源調(diào)研 1. 分布式能源的概述 分布式能源的概念 分布式能源，通過(guò)減少能源中間環(huán)節(jié)損耗，以按需供能的方式，在用戶端實(shí)現(xiàn)“溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”。 集中式能源與分布式能源有機(jī)結(jié)合是 21 世紀(jì)能源工業(yè)的重要發(fā)展方向。 分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用的重要一步是：從小規(guī)模的提供緊急與臨時(shí)動(dòng)力發(fā)展到為家庭、商業(yè)、工業(yè)提供連續(xù)、高可靠、低品質(zhì)的能源，以保護(hù)自然資源與環(huán)境 。 目前，國(guó)際上尚沒(méi)有對(duì)分布式能源 系統(tǒng)的統(tǒng)一定義，許多有影響力的機(jī)構(gòu)采用不同的名詞描述相近的概念 。美國(guó)或歐洲機(jī)構(gòu)的定義，主要包括 分布式能源資源 DER (distributed/decentralized energy resource) 、 分布式電力 DP (distributed/decentralized power) 、分布式 供 能 DG (distributed/decentralized generation)。 這些定義 涉及到系統(tǒng)的容量大小、采用何種技術(shù)、是否連接公共電網(wǎng)及其所有者等因素，各有各的出發(fā)點(diǎn)和 側(cè)重點(diǎn)，各定義之間既有聯(lián)系又有區(qū)別 。 綜合 以上各定義 ， 相關(guān)學(xué)者 給出如下定義：分布式能源系統(tǒng) (distributed energy system，簡(jiǎn)稱 DES)是一種建立在能量梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，分布安置在需求側(cè)的能源梯級(jí)利用，以及資源綜合利用和可再生能源設(shè)施。通過(guò)在需求現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)用戶對(duì)能源的不同需求，實(shí)現(xiàn)溫度對(duì)口供應(yīng)能源，將輸送環(huán)節(jié)的損耗降至最低，從而實(shí)現(xiàn)能源利用效能的最大化。 DES 是一個(gè)開(kāi)放的、組建靈活的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由以下設(shè)備組成：發(fā)電設(shè)備（汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、微型渦輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或燃料電池）、供熱或制冷設(shè) 備（溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組、電制冷機(jī)組）、熱泵、干燥和能源回收系統(tǒng)、鍋爐或蓄熱∕蓄冷系統(tǒng)、汽 — 水熱交換器、為用汽戶提供合適蒸汽參數(shù)的調(diào)節(jié)裝置以及智能建筑的熱電控制和系統(tǒng)集成技術(shù)等。 分布式能源的分類 分布式能源的 分類 目前的分布式能源系統(tǒng)種類繁多，主要包括以燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)為核心的（天然氣、煤氣合成氣、煤層氣） 冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物能等可再生能源綜合利用系統(tǒng)，由具有極高效率的新型燃料電池組成的能源綜合利用系統(tǒng)。 為滿足調(diào)研的具體任務(wù)，我們將重點(diǎn)放在以小型燃?xì)廨啓C(jī)和微型燃?xì)廨啓C(jī)為核心的天然氣分布式能源。 分布式能源的比較 各類分布式能源 的發(fā)電容量、 能源利用率 及技術(shù)發(fā)展 見(jiàn)下表。 可見(jiàn)，（小型）燃?xì)廨啓C(jī)，容量為 1MW~15MW，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。而微型燃?xì)廨啓C(jī)（容量30~200kW）和燃料電池 （容量 30~1000kW） 等不久將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。 表 1 各類分布式能源技術(shù)參數(shù) 分布式能源 的 優(yōu)勢(shì) 1) 使用吸收式制冷機(jī)組實(shí)現(xiàn)余熱回收，提供空調(diào)或工藝用冷，能源利用率可提高到 70%以上； 而常規(guī)大型發(fā)電廠的發(fā)電效率僅為 35~55%，扣除廠用電和線損率，終端的利用效率只能達(dá)到 30%~47%。 2) 設(shè)備靠近用戶，熱量 、冷量和電量可直接使用，大大減少了輸配電 設(shè)備的投資和電網(wǎng)的輸送損失，同時(shí)增加了系統(tǒng)供能的穩(wěn)定性和可靠性； 3) 裝置容量小、占地面積小，初投資少，效益好。用戶可以直接投資建設(shè)小型的分布式能源冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)； 4) 采用模塊化設(shè)計(jì)，建設(shè)周期短。投產(chǎn)后回收期短，一般只有 2~3 年。 分布式能源 的技術(shù) 技術(shù)類型 小型燃?xì)廨啓C(jī) 微型燃?xì)廨啓C(jī) 燃料電池 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電 光伏發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電容量/ k W 100015000 30200 301000 3015000燃料 燃?xì)?氣體或液態(tài) 燃?xì)?柴油或燃?xì)?太陽(yáng) 風(fēng)可調(diào)度性 有 有 有 有發(fā)電效率/ % 2942 2732 4057 35 6 月1 9 日 25系統(tǒng)效率/ % 9098 9098 ≥ 95能量密度/ k W m2 59 59 1~3 50 能量?jī)?chǔ)存要求 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 需要 需要預(yù)計(jì)運(yùn)行壽命/ 萬(wàn)小時(shí) 4 4 1~4 4技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài) 已商業(yè)化 最近將商業(yè)化 不久商業(yè)化 已商業(yè)化 已商業(yè)化 已商業(yè)化 主要 包括： 1) 小水電發(fā)供用一體化技術(shù)； 2) 與建筑物結(jié)合的用戶側(cè)光伏發(fā)電技術(shù)； 3) 分散布局建設(shè)的并網(wǎng)型風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)； 4) 小型風(fēng)光儲(chǔ)等多能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)； 5) 工業(yè)余熱余壓余氣發(fā)電及多聯(lián)供技術(shù)； 6) 以農(nóng)林剩余物、畜禽養(yǎng)殖廢棄物、有機(jī)廢水和生活垃圾等為原料的氣化、直燃和沼氣發(fā)電及多聯(lián)供技術(shù)； 7) 地?zé)崮?、海洋能發(fā)電及多聯(lián)供技術(shù)； 8) 天然氣多聯(lián)供技術(shù)、煤層氣（煤礦瓦斯）發(fā)電技術(shù)； 9) 其他分布式發(fā)電技術(shù) 分布式能源 系統(tǒng) 方案 分布式能源系統(tǒng)的組建方式多種多樣， 應(yīng)因地制宜，實(shí)行多種能源綜合利用，符合中國(guó)能源的實(shí)際國(guó)情，從而取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 與常規(guī)能源相關(guān)的技術(shù)解決方案 1) 鍋爐前置循環(huán)余熱利用方案 首先將鍋爐燃燒產(chǎn)生的大量的蒸汽作為汽輪機(jī)的動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)汽輪機(jī)的排汽或者部分抽汽通過(guò)熱 — 水交換器，冬季供暖以及全年供應(yīng)生活熱水，夏季通過(guò)雙效蒸汽溴化鋰吸收制冷機(jī)制冷。另外，系統(tǒng)還需備用一臺(tái)小型蒸汽鍋爐。 2) 燃?xì)廨啓C(jī)前置循環(huán)余熱利用方案 燃?xì)廨啓C(jī) — 余熱鍋爐 — 蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組方案： 燃?xì)廨啓C(jī)首先利用天然氣做功發(fā)電，其尾氣中的余熱通過(guò)余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換成蒸汽利用，冬季利用熱交換器轉(zhuǎn)換熱水采暖，夏季利用蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組制冷以及全年進(jìn)行生活熱水的供應(yīng)。另外，本方案還需要一臺(tái)小型蒸汽鍋爐 ，以便在燃?xì)廨啓C(jī)不運(yùn)行期間提供采暖和制冷用蒸汽，以及安全備用。 燃?xì)廨啓C(jī) — 煙氣直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組方案 ： 該方案也是由燃?xì)廨啓C(jī)首先利用天然氣做功發(fā)電，所不同的是將燃?xì)廨啓C(jī)與煙氣直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組直接對(duì)接，燃機(jī)尾氣中的余熱直接通過(guò)煙氣直燃 溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組回收利用，冬季采暖，夏季制冷。在燃?xì)廨啓C(jī)不運(yùn)行時(shí)段，可以通過(guò)溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組直燃供冷暖。 3) 內(nèi)燃機(jī)前置循環(huán)余熱利用方案 與新能源相關(guān)的技術(shù)解決方案 1) 燃?xì)廨啓C(jī) — 太陽(yáng)能輔助循環(huán) 2) 太陽(yáng)能（風(fēng)能） — 燃料電池聯(lián)合循環(huán) 3) 燃料電池 — 小型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán) 4) 燃?xì)廨啓C(jī) — 熱泵聯(lián)合循環(huán) 2. 分布式能源在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用 分布式能源系統(tǒng)作為一種新式的能源生產(chǎn)模式，在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展和研究已有近 20 年的歷史。特別是近幾年來(lái)，由于世界能源狀況的緊迫，各工業(yè)國(guó)都在積極推動(dòng)第二代能源系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)與建設(shè)，進(jìn)行立法準(zhǔn)備，抓緊相關(guān)設(shè)備的開(kāi)發(fā)。微 型 燃 氣輪 機(jī)、 小型燃?xì)廨啓C(jī)、 燃料電池、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、燃?xì)馔馊紮C(jī)、各種循環(huán)流化床鍋爐等先進(jìn)設(shè)備的陸續(xù)投產(chǎn)與應(yīng)用，以及小型燃?xì)廨啓C(jī)等傳統(tǒng)設(shè)備的不斷改進(jìn)和熱電聯(lián)產(chǎn)化，為第二代能源系統(tǒng)的建立，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 分布式能源 在 國(guó)外的應(yīng)用 分布式能源，尤其是天然氣分布式能源，在國(guó)外有多年的歷史，在國(guó)際上發(fā)展迅速，在很多國(guó)家如美國(guó)、 歐盟 、 日本 等得到大力發(fā)展和推廣。 美國(guó) ： 據(jù)美國(guó)能源部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2022 年， 分布式發(fā)電站數(shù)量達(dá)到 6000 多座，美國(guó)分布式熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)容量 為 8500 萬(wàn)千瓦，占全國(guó)總裝機(jī)容量的 ％。其中，以天然氣為原料的熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)容量達(dá)到 6180 萬(wàn)千瓦，占熱電聯(lián)產(chǎn)總裝機(jī)容量的 73%。美國(guó)能源部積極促進(jìn)天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)，利用這些系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展微電網(wǎng)，再將微電網(wǎng)連接發(fā)展成為智能電網(wǎng)。 圖 1 美國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)使用分布狀況 歐盟： 2022 年 ，歐盟分布式能源機(jī)組有 9000 多個(gè) ，熱電聯(lián)產(chǎn) 發(fā)電量 為365,943GWh， 占總發(fā)電量的 %。德國(guó)分布式能源在歐洲占有領(lǐng)先的地位，其中以天然氣為燃料的 熱電聯(lián)產(chǎn) 也占有相當(dāng)?shù)谋戎?。 從技術(shù)方面看，未來(lái)德國(guó)分布式能源系統(tǒng)占發(fā)電市場(chǎng)的份額有可能超過(guò) 50%，工業(yè) 熱電聯(lián)產(chǎn) 將占較大的份額。 圖 2 歐盟分布式能源機(jī)組分布狀況 日本： 日本的分布式發(fā)電以熱電聯(lián)產(chǎn)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電為主，總裝機(jī)容量約3,600 萬(wàn)千瓦，占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量 ％。其中商業(yè)分布式發(fā)電項(xiàng)目 6,319個(gè)，主要用于醫(yī)院、飯店、公共休閑娛樂(lè)設(shè)施等；工業(yè)分布式發(fā)電項(xiàng)目 7,473 個(gè)，主要用于化工、制造業(yè)、電力、鋼鐵等行業(yè)。 表 2 日本分布式能源類型分布狀況 % % % % % % % 法國(guó) 英國(guó) 意大利 比利時(shí) 西班牙 澳大利亞 葡萄牙 德國(guó) 匈牙利 捷克 荷蘭 芬蘭 丹麥 分布能源比重（%） 分布式能源在 國(guó)內(nèi) 的應(yīng)用 我國(guó)分布式能源發(fā)展 剛剛起步。 以天然氣分布式發(fā)電為例，目前裝機(jī)容量500 萬(wàn)千瓦左右，不到全國(guó)總裝機(jī)容量 1%。 圖 3 我國(guó)裝機(jī)容量對(duì)比 但是 ，我國(guó)以天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)建設(shè)已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開(kāi)發(fā)實(shí)施階段， 提升空間巨大。 在北京、上海、廣州等大城市的居民小區(qū)、商城樓宇、大學(xué)城都有一批熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)示范工程投運(yùn)。如：上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)能源中心 4000 kW 燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)供項(xiàng)目；上海黃埔區(qū)中心醫(yī)院 1000 kW 燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)供項(xiàng)目；北京中關(guān)村軟件園熱電冷聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目等。另外新的北京南站的能源中心使用的電力燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，單臺(tái)持續(xù)輸出功率 1 570 kW，并且和電網(wǎng)并聯(lián)，成為國(guó)家863 課題的示范工程之一。 預(yù)計(jì)到 2020 年，全國(guó)總發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到 9 億 kW 左右，熱電聯(lián)產(chǎn)將占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的 22％，在火電機(jī)組中的比例為 37％左右。 國(guó)家在若干個(gè)文件 中都 提到了對(duì)分布式能源的鼓勵(lì)，但是尚沒(méi)有實(shí)施細(xì)則。 3. 天然氣 分布式能源 我國(guó)是世界上污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一 ， 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó) SO2 排放量的 90％，NOx 排放量的 60％都來(lái)自于燃煤，其中電力行業(yè)的 SO2 排放量占總排放量的 40％左右。 這在很大程度上是由于我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)所造成的。我國(guó)政府明確承諾在 2020 年碳減排 40%45%的目標(biāo)，但如果不采取加速發(fā)展天然氣，優(yōu)化 能源 結(jié)構(gòu)，大規(guī)模提高能效等措施，是不可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)承諾的。 天然氣分布式能源 ，是天然