（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(shí)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(xiǎn)，日益受國(guó)內(nèi)外青睞。通過(guò)對(duì)分布式能源起源、發(fā)展優(yōu)劣性的分析，結(jié)合新疆獨(dú)特的地域特點(diǎn)：多風(fēng)、日照時(shí)間長(zhǎng)，天然氣豐富，煤炭?jī)?chǔ)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(shì)，改善局部能源生產(chǎn)方式和環(huán)境保護(hù)，最大限度地實(shí)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(shí)現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級(jí)利用，并通過(guò)中央能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補(bǔ)充；在環(huán)境保護(hù)上，將部分污染分散化、資源化，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)適度排放的目標(biāo)；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長(zhǎng)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(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)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(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應(yīng)對(duì)式設(shè)計(jì)和模塊化配置新型能源系統(tǒng)，是相對(duì)于集中供能的分散式供能方式。

1 國(guó)內(nèi)外理論研究

1.1 國(guó)際研究及發(fā)展情況

國(guó)際分布式能源聯(lián)盟WADE對(duì)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(fèi)地點(diǎn)（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(chǎng)端可再生能源系統(tǒng)包括利用現(xiàn)場(chǎng)廢氣、廢熱以及多余壓差來(lái)發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。據(jù)國(guó)際分布式能源聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，截止2004年底，美國(guó)分布式供能系統(tǒng)裝機(jī)容量占總裝機(jī)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(guó)內(nèi)總發(fā)電量的52%、38%、36%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平。迄2009年底為止，全美熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總裝機(jī)容量約8 500萬(wàn)千瓦，占全美發(fā)電裝機(jī)容量的9%，發(fā)電量占美國(guó)總發(fā)電量的12%。

1.2 國(guó)內(nèi)理論研究及規(guī)劃

國(guó)內(nèi)由于分布式能源正處于發(fā)展過(guò)程，對(duì)分布式能源認(rèn)識(shí)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(dú)立地輸出冷、熱、電能的系統(tǒng)。能源包括太陽(yáng)能利用、風(fēng)能利用、燃料電池和燃?xì)饫?、熱、電三?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(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用，并通過(guò)公用能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。

《中國(guó)分布式能源行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告前瞻》數(shù)據(jù)顯示，“十二五”期間，我國(guó)將建設(shè)1 000個(gè)左右天然氣分布式能源項(xiàng)目，并擬建設(shè)10個(gè)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(guó)規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5 000萬(wàn)千瓦，初步實(shí)現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化。

2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況

2.1 技術(shù)分析

我國(guó)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(diǎn)為機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、寫字樓和大學(xué)城等，由于技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、利益、法規(guī)等方面的問(wèn)題，主要采用“不并網(wǎng)”或“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的方式運(yùn)行。智能電網(wǎng)是近年來(lái)美國(guó)和歐盟相繼提出的概念，它是以高級(jí)傳感裝置為核心，集合各種最先進(jìn)的信息技術(shù)形成的高效電力自動(dòng)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(yáng)能、風(fēng)能、燃料電池、電動(dòng)汽車等。信息技術(shù)、測(cè)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(jì)優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)而以更經(jīng)濟(jì)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(guó)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(shí)例及經(jīng)濟(jì)分析

國(guó)內(nèi)小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組已投運(yùn)項(xiàng)目（見表1）：

與燃煤電廠等電源造價(jià)投入比較，小型燃?xì)廨啓C(jī)三聯(lián)供在造價(jià)上還是有優(yōu)勢(shì)的，分析表2：

2.3 準(zhǔn)入條件

分布式能源具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、減少排放等優(yōu)點(diǎn)，但是這些優(yōu)點(diǎn)都是外部影響，很難在市場(chǎng)中體現(xiàn)，而分布式能源的投資吸引力相對(duì)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(lì)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(hù)和經(jīng)濟(jì)效益，以節(jié)能減排為目標(biāo)，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(zhǔn)入條件應(yīng)包括以下三個(gè)方面：

（1）鼓勵(lì)清潔環(huán)保的分布式能源發(fā)展，重點(diǎn)對(duì)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(xiàng)目類型進(jìn)行鼓勵(lì)。

（2）針對(duì)化石燃料類的分布式能源設(shè)立能效標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)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(lì)先進(jìn)能源利用技術(shù)。對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電等進(jìn)行鼓勵(lì)，對(duì)小煤電、柴油發(fā)電等污染大、技術(shù)落后技術(shù)不予鼓勵(lì)。

2.4 燃?xì)廨啓C(jī)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(yuǎn)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(guó)內(nèi)小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組已投運(yùn)項(xiàng)目

表2 小型燃?xì)廨啓C(jī)三聯(lián)供造價(jià)

圖1 微型燃?xì)廨啓C(jī)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(shì)：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(duì)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(zhǎng)達(dá)半年，最低氣溫也接近零下40℃，最高氣溫又達(dá)40℃，城市生活對(duì)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(dòng)輒數(shù)千萬(wàn)元，甚至過(guò)億元，而用戶對(duì)能源的需求總量并不大，造成投資回收期漫長(zhǎng)，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?xì)鉄犭娎渎?lián)供

機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、高檔別墅小區(qū)、大型場(chǎng)館等單位多遠(yuǎn)離人口密集區(qū)（高等級(jí)醫(yī)院除外），為其建設(shè)供電、供熱管線（網(wǎng)）距離長(zhǎng)、損耗大，如熱網(wǎng)供回水管道每米綜合造價(jià)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(duì)價(jià)格不敏感、對(duì)供電（熱）可靠性更關(guān)注，一臺(tái)3 000～12 000千瓦的燃?xì)廨啓C(jī)不過(guò)數(shù)10噸，沒(méi)有多少附屬設(shè)備，占地?cái)?shù)百平方米即可，排放尾氣以二氧化碳和水為主，無(wú)污染物質(zhì)，環(huán)保沒(méi)有障礙。體積小，啟停靈活（幾分鐘內(nèi)可完成啟、停操作），自動(dòng)化/智能化程度高，無(wú)人值守或少人值守即可完成日常工作，這些用戶對(duì)電、熱、冷源都有需求，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電后的高溫尾氣再用于加熱供暖水、制冷水，據(jù)查燃?xì)廨啓C(jī)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(dá)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(shí)（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(lái)，烏魯木齊市大力推廣采暖鍋爐煤改（天然）氣工程，對(duì)改善大氣環(huán)境起到了顯著的成績(jī)，據(jù)烏魯木齊晚報(bào)2015年09月25日?qǐng)?bào)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(jì)2015～2016年度采暖期，全市用熱面積將達(dá)到1.78億m2，較上年度增加300余萬(wàn)平方米。按每平方米面積一個(gè)采暖期用氣13m3測(cè)算，烏魯木齊市每年用于采暖的氣量將超過(guò)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?xì)鈾C(jī)組，先發(fā)電，再供熱，年可發(fā)電70億千瓦時(shí)以上，完全可替代因煤改氣后退出市區(qū)的幾個(gè)燃煤電廠的發(fā)電量，對(duì)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(shí)間長(zhǎng)、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(chǔ)能蓄電池，保障24小時(shí)電能供應(yīng)，或與大電網(wǎng)相聯(lián)進(jìn)行能源互補(bǔ)），或生產(chǎn)熱水供應(yīng)建筑物內(nèi)部使用，減少了對(duì)外部電、熱能的供應(yīng)依賴，電能在400V供電時(shí)損耗最大，因?yàn)殡娔艿膿p耗與電流的平方有關(guān)，電壓高時(shí)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(zhǎng)距離輸送既需求消耗大量的動(dòng)能（電能），還由于長(zhǎng)距離管線的散熱又無(wú)謂地?fù)p失熱能，對(duì)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(yuǎn)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(zhǎng)距離架設(shè)供電線路經(jīng)濟(jì)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(yáng)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(píng)價(jià)結(jié)果，我國(guó)陸上煤層氣資源量36.8萬(wàn)億立方米，與陸上常規(guī)天然氣資源量（38萬(wàn)億立方米）相當(dāng)，僅次于俄羅斯和加拿大。新疆煤炭資源儲(chǔ)量占全國(guó)的40%，以煤電東送、煤化工等資源就地轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)對(duì)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(dá)到5%－16%時(shí)，遇明火就會(huì)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(dá)到保護(hù)生命、保護(hù)資源、保護(hù)環(huán)境的多重目標(biāo)。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(jī)組采用電控燃?xì)饣旌掀骷夹g(shù)，可以自動(dòng)控制空燃比，以適應(yīng)瓦斯的濃度變化，同時(shí)，低濃度瓦斯安全輸送技術(shù)，采用細(xì)水霧技術(shù)，解決了低濃度瓦斯的地面安全輸送問(wèn)題。建設(shè)瓦斯電站可實(shí)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(guó)內(nèi)規(guī)模比較大的一個(gè)就是山西省寺河電廠，裝機(jī)容量12萬(wàn)千瓦，有60臺(tái)機(jī)組，2012年發(fā)電9.075億千瓦時(shí)。新疆煤炭資源豐富，礦區(qū)都遠(yuǎn)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(xiǎn)性較大，常常被迫停產(chǎn)整治，經(jīng)濟(jì)損失很大，國(guó)家在多年前就出臺(tái)政策，鼓勵(lì)煤礦抽采煤層中的瓦斯用于發(fā)電，實(shí)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(chǔ)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(duì)環(huán)境的污染，是國(guó)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(diǎn)，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(wèn)題，而且能有效地改變木屑、秸稈等的燃燒特性，實(shí)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(guò)粉碎、干燥、機(jī)械加壓等過(guò)程，將松散、細(xì)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(yùn)，燃燒后排放的煙灰和SO2遠(yuǎn)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(xiàng)目運(yùn)行情況可知，二氧化硫排放濃度低于50mg/Nm3，而國(guó)家合格標(biāo)準(zhǔn)為100mg/Nm3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家允許值)。是一種新時(shí)代的適用于工業(yè)鍋爐的新潔凈能源。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(shí)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(jī)組集中發(fā)供電、熱的模式，在新疆地廣人稀、生產(chǎn)、生活點(diǎn)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(lái)生活的安康和經(jīng)濟(jì)效益的回報(bào)。

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1008-0899（2016）02-0009-04