分布式能源



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分布式能源设计若干问题探索 分布式能源设计若干问题探索 设计
前 言
分布式能源是世界能源工业发展的重要趋势,是人类可持续发展的一个重要 组成部分。它通过减少能源中间环节损耗,以“按需供能”方式,在用户端实现 能源的“温度对口,梯级利用” ,将能源利用效率提高到一个新的水平。 分布式能源是以老百姓自己解决自己的能源综合供应的方式,通过一场人民 战争来实现资源的综合利用与可持续发展,同时达到治理环境污染和降低能源代 价的目标。 分布式能源是信息时代的能源系统,它将电力生产、热力供应、制冷除湿、 天然气合理利用和环境污染治理等因素,在信息化智能控制和通讯遥控技术支持 下,进行跨行业的优化整合。以此建立一个因特网式的能源?信息网络系统,将 电力、燃气、热力和通信网络进行四维一体的整合,将“需求??生产??供应” 链置于信息化控制系统下,使资源效益最大化,资金和环境代价最小化,寻求一 种多元的损益平衡。 虽然分布式能源在发达国家已经是一种比较成熟的技术,并正在得到大力推 广,但在中国仅仅才是刚刚开始,甚至联萌芽都称不上,这一先进理念和技术如 何在中国的土壤中生根发芽,茁壮成长,还需要中国的能源从业人员付出不断的 努力,进行不断探索。
  1、 分布式能源的定义: 关于分布式能源的定义是多种多样的,但是不同的定义都有相同的内容和特 征。首先,分布式能源一定是一个用户端的或靠近用户端的能源利用设施,它必 须是一个能源梯级利用或可再生能源综合利用的设施。分布式能源可以是绿色能 源,也可以不是,它立足于现有的能源??资源配置条件和成熟的技术组合,追 求资源利用效率的最大化,以减少中间环节损耗,达到降低对环境的负面影响。 它是一个立足于用户现有条件和实际需求的综合化的能源转换设施。 因此,分布式能源不仅仅是指:燃气轮机、燃气内燃机、微行燃气轮机、斯 特林外燃机、余热制冷机组等设备;也不仅包括:太阳能、太阳热、风电、小水 电、微型抽水蓄能电站、燃料电池等绿色能源设备;同时,也含概了传统方式的 燃煤热电和资源综合利用的小火电设施,小型微型蒸汽轮机、热气机、压差发电 机、柴油机等非常广泛应用的能源转换设备。 在国外分布式能源都是可以上网售电的,基本不需要参加电网的统一调度,
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更不需要参加“竞价上网” 。但是,这一点在中国目前还不可能,上网售电就要参 加统一调度,而所谓“统一调度”是一个非常复杂的管理系统,而且中国现行的 电力管理调度技术十分落后,基本只能通过人对人的指令实施,根本无法适应分 布式能源的现代化智能控制要求。所以,在中国发展分布式能源暂时不要考虑上 网售电的方式,这将是自找麻烦。但据了解,电网公司正在积极考虑分布能源上 网售电的可能性,以及技术要求和政策建议,以应对目前缺电和供电安全等问题。
  2、 分布式能源的合法性问题: 我们在一些分布式能源的项目中,用户经常对于它是否可以合法并网问题提 出质疑,某些电力部门也常常以此来吓阻用户,甚至有些设计机构也对此提出质 疑。实际上,热电(冷)联产多年来一直是受到国家法律明文保护和鼓励的技术, 以任何借口拒绝其并网都是与国家现行法律和行政规章的相左,因为分布式能源 就是热电(冷)联产或资源综合利用的一种形式。
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  1、与法律之间的关系:
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  1、 《中华人民共和国节约能源法》第三十九条:国家鼓励发展下列通用 节能技术: (一)推广热电联产、集中供热,提高热电机组的利用率,发展热能梯 级利用技术,热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术,提高热能综合利 用率;
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  2、 《中华人民共和国电力法》第五条:电力建设、生产、供应和使用应 当依法保护环境,采用新技术,减少有害物质排放,防治污染和其他公害。国家 鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源发电;第十二条:国家通过制定有关政策, 支持、促进电力建设。地方人民政府应当根据电力发展规划,因地制宜,采取多 种措施开发电源,发展电力建设;第二十二条:国家提倡电力生产企业与电网、 电网与电网并网运行。具有独立法人资格的电力生产企业要求将生产的电力并网 运行的,电网经营企业应当接受。并网运行必须符合国家标准或者电力行业标准。
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  2、与法规之间的关系: 分布式能源中凡是利用污水处理厂和垃圾填埋场沼气或煤层气、矿井瓦斯等 资源的,按《国务院批转国家经贸委等部关于进一步开展资源综合利用意见的通 知》国发(19
  96)36 号文件,第四条:综合利用电厂其单机容量在 500 千瓦以上, 符合并网调度条件的,电力部门都应允许并网,签订并网协议,对并网的机组免 交小火电上网配套费,并在核定的上网电量内优先购买。装机容量在
  1.2 万千瓦 以下(含
  1.2 万千瓦)的综合利用电厂,不参加电网调峰;装机容量在
  1.2 万千瓦 以上的综合利用厂,可安排一定的调峰容量,允许高峰满发,但低谷时发电负荷 不得低于发电设备额定功率的
  85%。
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  3、与行政规章之间的关系: 国家计委、 经贸委、 建设部和国家环保总局联合发布的 (急) 计基础[2000]1268 号《关于发展热电联产的规定》第八条:符合指标的新建热电厂或扩建热电厂的 : 增容部分免交上网配套费,电网管理部门应允许并网。第十三条:鼓励使用清洁 能源,鼓励发展热、电、冷联产技术和热、电、煤气联供,以提高热能综合利用 效率。第十四条:积极支持发展燃气??蒸汽联合循环热电联产。
  1、燃气?蒸汽
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联合循环热电联产污染小、效率高及靠近热、电负荷中心。国家鼓励以天然气、 煤层气等气体为燃料的燃气?蒸汽联合循环热电联产。
  2、发展燃气??蒸汽联合 循环热电联产应坚持适度规模。根据当地热力市场和电力市场的实际情况,以供 热为主要目的,尽力提高资源综合利用效率和季节适应性,可采用余热锅炉补燃 措施,不宜片面扩大燃机容量和发电容量。
  3、根据燃气燃气??蒸汽联合循环热 电厂具有大量稳定用气和为天燃气管网提供调峰支持特点, 合理制定天然气价格。
  4、以小型燃气发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统,适用于厂矿 企业,写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等较分散的公用建筑。它具有效 率高、占地小、保护环境、减少供电线损和应急突发事件等综合功能,在有条件 的地区应逐步推广。
  3、 分布式能源的设计原则: 设计原则的正确确立是分布式能源项目成功的基本保障。如何才能确定一个 正确的设计原则,必须坚持实事求是,从用户利益出发,因地制宜的解决用户需 求问题。应该在资源利用效率、资金使用效益和环境保护三方面寻求最佳平衡点。
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  1、从用户出发,采取灵活机动的设计原则: 在北京燃气集团控制中心大楼项目中,中国电机工程学会热电专业委员会王 振铭秘书长和我曾经建议采用: “以基荷电力定容量,不足电力从电网补充,不足 热量补燃解决”和电力“并网不上网售电”的设计原则。 。 而在北京某购物中心项目中,我们建议采用了截然相反的“能源岛设计方案, 即自己解决全部能源供应,除天然气和水利管网外不与外部能源设施联系,自给 自足。 ”的设计原则。 在北京某污水处理厂沼气利用项目的燃气轮机解决方案中,我们则按照“以 气定电”的设计原则提出建议。 原因在于三个项目有着完全不同的外部能源接入条件和侧重,前者的电力可 以接入系统,而某购物中心项目则需要投巨资建设变电站和施工电力接入工程, 与其投资建设变电输电系统,不如将资金节省下来自己保障供应。只需要采用可 靠性高的燃气轮机,并将机组设计为双燃料系统,在天然气供应中断后,能够作 为应急机组使用,保证部分电力和热力及制冷能力。污水处理厂项目用电用热极 大,所有沼气都发电供热,也远远不能满足它对电力和热力的需求,所以有多少 气就发多少电,并将余热全部回收用于供热成为设计原则的核心因素。
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  2、 “以热定电”还是“以电定热” : 我们在分布式能源项目方案中,常常有人问:是“以热定电”还是“以电定 热”?“以热定电”是 1268 号文件中要求的,但是在实际操作中,热满足了,电 可能不是多就是少,少了问题不大,多了就非常麻烦。也有提出分布式能源项目 应该先满足供电,以电定热,因为电的价值高。但往往电的需求是有曲线变化的, 多少容量才能算“满足” ,电满足了,余热可能会富裕,用不了就会造成浪费,经 济性也未必会好。所以面对分布式能源这一新生事物,不能教条化地套用我们传 统的原则和观念,应该采取一种与时俱进的态度,发挥大家的聪明才智和创造性。
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  3、 “能源岛”还是“能源网” :
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“岛??网”之争是一个世界性论题,支持发展分布能源各国专家一直存在 是建立“能源岛”还是建立“能源网”的不同看法。所谓“岛”就是系统完全独 立,自给自足,完全不依靠电网供电,甚至燃气也采用双燃料,不受制于任何人。 北京某购物中心项目就是这样一个典型的例子。而“网”则强调与电力和燃气管 网系统的积极融合,追求设备利用的最大化和能源供应的安全性。很多能源岛是 被电力垄断逼出来得,发展岛式能源系统,出于电器设备启动要求,装机容量需 要的比较大,投资比较浪费,同时因为完全不需要电网,电网一分钱也赚不到, 对谁都没有好处,是一种相对比较极端的作法。随着电力垄断被逐步打破,电力 改革进一步深入,电力部门和用户都应该选择投资更少,使用效率更高的能源网 系统。日本的经验是分布能源系统的发电容量最好在 25-33\\\\%之间,不足部分由电 网补充,友好供电,相互依存。当然,中国不是日本,中国的问题,特别是电力 公司的认识还需要一个比较长的过程才能达到发达国家的水平,所以在电力接入 条件有“问题”的项目上,采用能源岛方案可以减少扯皮,最后经济性未必不好。 安全性等问题,若采用模块化组合技术也是可以解决的。
  4、用户需求分析: 对于用户需求的正确分析是项目能否确立合理容量,能否有效节约资金,能 否有经济效益,能否满足用户的实际需要,能否安全正常运行的一个关键问题。
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  1、与建筑设计能源规范之间的矛盾: 我国现行的建筑设计的能源规范往往不加区别地留有极大的安全系数和预留 空间,这存在着一个矫枉过正的历史过程。50-60 年代建筑能源只有照明,最多 有个收音机, 每平方米建筑面积要几瓦电就可以。 只有少部分建筑才有暖气; 70-80 年代家庭逐渐增加了电视机、电冰箱和洗衣机等电器,用电负荷有所增加。同时 集中采暖得到了普及,但建筑节能问题还没有得到普遍的认同;90 年代,家庭开 始安装空调、电暖气、微波炉、电热水器、吸尘器和电脑等用电负荷比较大的电 器,每个家庭的用电容量直线上升,而且楼宇越建远高,电梯、水泵等用电比较 大的设备在建筑中大量使用,原有的能源设计规范已远远不能满足需要,所以大 大增加了建筑的用能指标;90 年代末到 21 世纪初,人们的节能环境意识在加强, 节能建筑材料、双层窗、节能灯、变频空调、变频水泵、变频电梯和笔记本电脑 等节能产品得以大量应用。同时,中央空调也在普及之中,使建筑对能源的需求 发生了很大结构性变化。中国改革开发 25 年,走过了西方 100 多年的路程,这样 的变化不足为奇,所以中国需要“与时俱进”的态度来面对社会和技术的不断进 步和变化,以应对我们所遇到的各种问题和挑战。
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  2、实际需求分析: 实际需求分析要首先搞清建筑的性质和节能标准,主要是不同的建筑有
 

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