分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

近年來(lái)，分散能源系統(tǒng)在國(guó)際上被廣泛使用，研究也有很多。在中國(guó)也有這樣的趨勢(shì)。越來(lái)越多的廣告和具體項(xiàng)目準(zhǔn)備好了。在此對(duì)分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行一些思索，以供領(lǐng)導(dǎo)、工程師、動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的學(xué)者、廠家們參考。1分布式能源系統(tǒng)的協(xié)同性分布式能源系統(tǒng)，是相對(duì)于能源集中生產(chǎn)（主要代表形式是大電廠加大電網(wǎng)）而言的。電在已知的二次能源中最為有用，且占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。如果沒(méi)有電，就沒(méi)有了絕大多數(shù)的先進(jìn)生產(chǎn)力。一切高新技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用都要在電力運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行。所以，保證充足、安全、有效的電力供應(yīng)是非常重要的事情。然而，在目前，我國(guó)只有大電廠加大電網(wǎng)才能夠比較好地完成此任務(wù)。估計(jì)這種狀態(tài)在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。分布式能源與上述比較集中的大電廠加大電網(wǎng)正好相反，它是把二次能源供能點(diǎn)分散到很多企業(yè)、社區(qū)、大廈、醫(yī)院、學(xué)校、寫字樓……，甚至到個(gè)別家庭住宅中去。由于分散，所以每個(gè)系統(tǒng)的出力都不會(huì)太大，需根據(jù)用戶的具體要求而定，一般在成百上千kW以下。正如上述，電是最主要的二次能源，所以目前通稱的分布式能源系統(tǒng)都至少有電力輸出；而只出熱、出冷的簡(jiǎn)單小型供能系統(tǒng)，如僅供熱的小鍋爐裝置、僅供冷的獨(dú)立空調(diào)設(shè)備，是極少有人稱之為分布式能源系統(tǒng)的。但是，最大多數(shù)的分布式能源系統(tǒng)，是除了供電之外，還同時(shí)供熱及/或供冷，是多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。當(dāng)然，也許還可能是多功能系統(tǒng)（意指除多聯(lián)產(chǎn)輸出外，輸入的能源也是多種的，例如可以同時(shí)有化石能源與可再生能源輸入）。2與分布式能源系統(tǒng)的比較由于大電廠加大電網(wǎng)將會(huì)長(zhǎng)期存在，因此有必要將其與分布式能源系統(tǒng)作一比較；而對(duì)分布式能源系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的分析，可以幫助我們更好地理解集中與分散式能源系統(tǒng)各自的優(yōu)劣勢(shì)和適用范圍。2.1兩種能源系統(tǒng)的比較我們認(rèn)為，分布式能源系統(tǒng)的最主要的優(yōu)點(diǎn)是用在冷熱電聯(lián)產(chǎn)中。聯(lián)產(chǎn)符合吳仲華先生提出的總能系統(tǒng)的“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的準(zhǔn)則，會(huì)得到很好的能源利用率，具有很大的發(fā)展前景。但是熱，尤其是冷，不像電能那樣可以較長(zhǎng)距離有效地輸送。所以，除非事先特殊設(shè)計(jì)、安排好，否則，難以達(dá)到輸送冷、熱能的目的。因?yàn)榇箅姀S設(shè)址有其自身的要求，一般來(lái)說(shuō)，附近難以有足夠大量的、合適的冷、熱能用戶，無(wú)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(méi)有遠(yuǎn)距離輸送冷、熱能的問(wèn)題，大電網(wǎng)的輸電損失問(wèn)題也不存在了。所以，雖然分布式能源系統(tǒng)純動(dòng)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)，體現(xiàn)出它的優(yōu)越之處。為了保證使用單位的各種二次能源能夠充分供應(yīng)，分布式能源系統(tǒng)還可以讓使用單位本身有較大的調(diào)節(jié)、控制與保證能力。這也是一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)。2.2大機(jī)組和小機(jī)組的效率是提升經(jīng)分布式能源系統(tǒng)的主要不足在于，由于它是分散供能，單機(jī)功率很小，比起最大電廠單機(jī)功率有百萬(wàn)kW以上、單廠功率近千萬(wàn)kW而言，發(fā)電效率顯然比不上后者。這是因?yàn)楝F(xiàn)有動(dòng)力設(shè)備都是機(jī)組越大，效率越高。40萬(wàn)kW的、以燃?xì)廨啓C(jī)為主的聯(lián)合循環(huán)裝置效率比40kW回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)的效率要高1倍?！奥槿鸽m小，五臟俱全”，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(jí)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(duì)純發(fā)電成本和單位kW初投資作比較，分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)費(fèi)投入肯定要大大高于現(xiàn)在的大電力系統(tǒng)。另外，分布式能源系統(tǒng)對(duì)當(dāng)?shù)厥褂脝挝坏募夹g(shù)要求要比簡(jiǎn)單使用大電網(wǎng)供電來(lái)得高，要有相應(yīng)的技術(shù)人員與適合的文化環(huán)境。3．以ddk為代表的分布式能源系統(tǒng)正如前述，分布式能源系統(tǒng)首先得有一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備。經(jīng)典蒸汽動(dòng)力裝置不適合用于出力較小的情況，所以一般不用?，F(xiàn)在文獻(xiàn)上提到的有燃?xì)廨啓C(jī)、活塞式內(nèi)燃機(jī)、燃料電池與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。其中燃料電池與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在工程應(yīng)用上嚴(yán)格說(shuō)都還不夠成熟，未達(dá)到廣泛商業(yè)實(shí)用的程度，只可作為示范中試裝置。燃料電池適合用于小機(jī)組，且變工況性能也好。但比較成熟的技術(shù)對(duì)燃料要求較高，正在研制中的高溫燃料電池則要與熱機(jī)聯(lián)合才能獲得較高效率。目前，實(shí)際廣泛應(yīng)用的是廣義的內(nèi)燃機(jī)-葉輪機(jī)械式（燃?xì)廨啓C(jī)）與活塞式的，尤其是回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)。應(yīng)該說(shuō)，燃?xì)廨啓C(jī)與活塞式內(nèi)燃機(jī)相比，前者較適宜于功率較大的情況，后者則正相反。在適用于分布式能源系統(tǒng)的功率范圍內(nèi)，目前二者能達(dá)到的發(fā)電效率均在30%以上。從價(jià)格上來(lái)看，活塞式內(nèi)燃機(jī)造價(jià)會(huì)便宜一些。但實(shí)際應(yīng)用還是以燃?xì)廨啓C(jī)為多，原因可能是使用分布式能源的地方都是經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，能夠承受昂貴的費(fèi)用。而燃?xì)廨啓C(jī)在減振、消音、降低排放污染、重量輕、占地小等方面都有潛在的優(yōu)勢(shì)。另外，它的供熱能力也比活塞式內(nèi)燃機(jī)大。分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于冷熱電聯(lián)產(chǎn)，所以除了動(dòng)力設(shè)備外，還得有一個(gè)系統(tǒng)。例如，最常規(guī)的辦法是利用廣義的內(nèi)燃機(jī)的排氣余熱通過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽供熱，同時(shí)通過(guò)吸收式制冷設(shè)備供冷。通常是簡(jiǎn)單或回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)。但要保證聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能滿足很大范圍變工況下的任意冷、熱、電輸出需求（這是聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵科技課題之一），上述系統(tǒng)是難以做到的。這時(shí)可用程循環(huán)（回注蒸汽循環(huán)，有時(shí)也稱STIG循環(huán)）加上補(bǔ)燃，就可以使熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠在電為設(shè)計(jì)點(diǎn)的5/3倍到0、熱為設(shè)計(jì)點(diǎn)的近3倍到0的任意熱、電數(shù)值的匹配要求下，高效安全運(yùn)行。對(duì)冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)的情況，為達(dá)到廣闊范圍的冷、熱、電輸出，上述程循環(huán)加補(bǔ)燃在原則上也是合適的，但可用范圍的具體數(shù)字尚待研究。我國(guó)目前已有人正在進(jìn)行此項(xiàng)工作。對(duì)以燃?xì)廨啓C(jī)為核心的各種循環(huán)，實(shí)際上以聯(lián)合循環(huán)最為成功。但是它只適合用在較大功率等級(jí)機(jī)組中。如前所述，分布式能源系統(tǒng)功率不會(huì)大，因此不宜用聯(lián)合循環(huán)。近期被認(rèn)為較有前途的HAT循環(huán)（濕空氣透平循環(huán)），它的追求目標(biāo)主要在以濕化空氣來(lái)盡量利用未充分利用的低溫?zé)?，也不適合同時(shí)供熱、供冷的目標(biāo)。而且它的冷、熱、電變工況可控性也比不上程循環(huán)。所以，按目前所了解的情況，現(xiàn)有HAT循環(huán)也不宜用在分布式能源系統(tǒng)，除非將其加以改動(dòng)，例如再與程循環(huán)結(jié)合起來(lái)。程循環(huán)與HAT循環(huán)中都要消耗不少清潔的給水，會(huì)浪費(fèi)水資源，原則上可以采取冷卻排氣回收。這項(xiàng)技術(shù)并不難，我國(guó)不少用戶也已采用；但用戶附近最好還是有可用的普通冷卻用水。對(duì)活塞式內(nèi)燃機(jī)，還很少聽到有關(guān)它在分布式能源系統(tǒng)中使用不同循環(huán)形式的研究報(bào)道，也許因?yàn)樵诜植际侥茉聪到y(tǒng)中用活塞式內(nèi)燃機(jī)較少之故。不過(guò)活塞式內(nèi)燃機(jī)可利用余熱相對(duì)較少，采用補(bǔ)燃可能對(duì)它更為適用。與燃?xì)廨啓C(jī)不同，對(duì)活塞式內(nèi)燃機(jī)補(bǔ)燃一般還要補(bǔ)空氣。由于分布式的能源系統(tǒng)用廣義的內(nèi)燃機(jī)，所以一般只能燃用氣、液燃料，而另一方面也使得它比較易于達(dá)到環(huán)保要求。4分布式能源系統(tǒng)的未來(lái)研究方向由于分布式能源系統(tǒng)的初投資大，要用好燃料；同時(shí)要有比較穩(wěn)定的冷、熱、電用戶，主要是第三產(chǎn)業(yè)和住宅用戶；要求具有環(huán)保性能較好的特點(diǎn)等等，所以，它在我國(guó)比較適合應(yīng)用的地區(qū)顯然是經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)。從地域分布來(lái)說(shuō)，主要是珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲、環(huán)渤海地區(qū)等等。這些地方是我國(guó)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的黃金寶地，也是應(yīng)該“先環(huán)保起來(lái)”的地區(qū)，而且經(jīng)濟(jì)上也確是有可能適宜使用分布式能源系統(tǒng)的地方。另外，分布式能源系統(tǒng)既然是“分布”，也就是說(shuō)與大電廠、大電網(wǎng)不一樣，不是由一小批經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員集中運(yùn)行管理，而是分散式運(yùn)行管理，這就要求使用區(qū)域的總體科技文化水平和素養(yǎng)較高。上述看法并不是說(shuō)其它地方就不能裝配使用分布式能源系統(tǒng)，而只是對(duì)最先發(fā)展它的可能區(qū)域作了一個(gè)判斷。其它地方，例如在天然氣產(chǎn)地附近、天然氣價(jià)格特別便宜的地方，分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用可能也會(huì)是適合的。就如同經(jīng)濟(jì)上“先富起來(lái)”，應(yīng)該帶動(dòng)其它地方“共同富?！币粯樱植际侥茉聪到y(tǒng)在“先富起來(lái)”的地區(qū)發(fā)展了，也會(huì)以其取得的成效與經(jīng)驗(yàn)帶動(dòng)這種系統(tǒng)在其它地方發(fā)展起來(lái)。不過(guò)，以我們的看法，分布式能源系統(tǒng)是能源利用的一個(gè)新的發(fā)展方向，但在可預(yù)見的較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，大電廠與大電網(wǎng)仍是我國(guó)電力供應(yīng)的主流。5分布式能源系統(tǒng)的組成及發(fā)展1）分布式能