分布式清洁能源系统工程应用研究

钟晓梅

（江苏上田环境修复有限公司，常州 213100）

分布式（DES）清洁能源利用技术是一种以能源梯级利用和冷热电分布在用户端为显著特点的清洁能源利用技术，满足用户对冷热电的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，从而实现能源利用效能的最大化。分布式清洁能源系统的核心是通过能源的梯级利用来提高能源利用效率，实现节能减排可持续发展[1]。

近年来，随着清洁能源技术方面的政策扶持力度加大，分布式能源综合利用技术在我国具备实施的现实条件。在区域能源解决方案中，分布式能源技术也具有良好的发展前景。

1. 分布式清洁能源

1.1 分布式清洁能源的概念

分布式清洁能源系统是基于一系列能源技术进步和能源结构调整的产物，是指分布在用户端的能源综合利用系统。

分布式清洁能源系统一次能源以天然气等气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷联产为主，其它中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标[2]。

1.2 分布式清洁能源的优点

实现热电冷联产，通过余热回收技术可以实现蒸汽或热水供应，或使用吸收式制冷机组提供空调或工艺性用冷，可以将能源效率提高到90%；能源生产设备靠近用户，生产的热量、冷量和电量可直接使用，改进了供能的质量和可靠性，减少了输配电设备的投资和电网的输送损失；装置容量小，占地面积小，初投资少；机组分散，系统更加灵活，可以将其分解进行设备维护，对发电系统影响较小。

2. 分布式清洁利用技术在国内外发展情况

2.1 国内发展情况

国家建设部等部委联合发出了《关于发展热电联产的规定》的通知，明确了“统一规划、分布实施、以热定电和适度规模”的发展原则。鼓励使用清洁能源，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率。在有条件的地区逐步推广适用于厂矿企业、写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等较分散的公共建筑的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。

目前，国内分布式能源项目主要分布在北京、上海、广州等大中型城市，上海浦东国际机场、北京首都国际机场、上海中博会等项目在建或已投入运行，并体现出良好的节能、经济、环保效果。

2.2 国外发展情况

分布式能源系统的概念是从1978年美国公共事业管理政策法公布后，在美国开始推广，然后被其他发达国家所接受，现已在很多国家推广并加以应用。美国从1978年开始提倡发展小型热电联产。目前，正研究能源资源高效利用的小型热电冷三联产。美国能源部制订了详细的热电联产发展目标，宣布了一个在2010年使热电联产容量翻一番的目标，即美国要在2010年前再增加46000MW装机容量的热电联产能力。

欧洲从1974年开始大力发展热电联产，其制定的分布式能源系统的目标是：到2010年热电发电量从1994年占发电总量9%增加到2010年的18%，可再生能源能够提供22%的电能。欧洲委员会正在进行一个SAVE II的能效行动计划，包含许多不同的能效措施，来推动分布式能源系统的发展[3,4]。

图1 北京首都国际机场和上海中博会项目

3. 分布式清洁能源技术方案

分布式能源系统种类繁多，不仅包括以燃气轮机或内燃机为核心的冷热电联产系统，还包括太阳能、风能、生物能等可再生能源综合利用系统。本文主要介绍以燃气轮机和燃气内燃机为核心的分布式能源系统技术方案。

3.1 燃气轮机为核心

1）燃气轮机—余热锅炉—蒸汽溴化锂吸收式制冷机组

在燃气轮机发电后，将高温烟气中的余热通过余热锅炉回收转换成蒸汽利用，冬季依靠换热器提供热水供暖，夏季依靠蒸汽溴化锂吸收式空调机制冷以及全年进行生活热水的供应。另外还需要一台小型燃气锅炉在冬季和夏季燃气轮机不运行时段供暖、制冷，以及作安全备用。

本方案适合于蒸汽需要量比较大，蒸汽品质要求比较高的项目，例如医院等，还特别适合已经购买蒸汽锅炉和蒸汽溴化锂吸收式空调机的单位进行技术改造。不足之处在于系统比较复杂，运行维护成本比较高，增加了压力容器，安全要求也比较高。

2）燃气轮机—并联型余热/直燃溴化锂吸收式制冷机组

先利用天然气发电，所不同的是将烟气中的余热直接通过余热/直燃溴化锂吸收式空调机回收利用，冬季转换热水供暖, 夏季转换冷水制冷。

本方案中将其与溴化锂机组对接，利用燃气轮机的烟气余热制冷、供暖和提供生活热水以及其他形式的热能，将两个成熟的技术进行整合，减少了传统利用方式中的锅炉，换热器、化学水系统等，大大降低了造价、运行成本和维护难度。

3）燃气－蒸汽轮机联合循环+吸收式制冷机组

图2 燃气轮机—余热锅炉—蒸汽溴化锂吸收式制冷机组原理示意图

图3 燃气轮机—并联型余热/直燃溴化锂吸收式制冷机组原理示意图

燃气轮机排出的尾气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，注入蒸汽轮机发电，发电后的乏汽或抽汽供蒸汽制冷机制冷，其余部分可用于提供采暖或卫生热水。当然燃气轮机或余热锅炉的排气同样可以驱动排气直热型和排气再燃型制冷机。

本方案具有更高的发电效率，与汽轮机发电中的应用类似，溴冷机可以有效提高夏季发电量和发电效率，并且减小用电峰谷差。

3.2 燃气内燃机为核心

由内燃机首先利用石油/天然气发电,将内燃机的烟气和缸套冷却水中的余热, 由并联型余热/直燃溴化锂吸收式空调机组回收利用, 冬季供暖，夏季制冷，内燃机中的冷却水作为居民的生活用热水。

图4 燃气－蒸汽轮机联合循环+吸收式制冷机组原理示意图

图5 燃气内燃机-吸收式制冷机组原理示意图

表1 不同发电设备分布式清洁能源系统的综合利用效率

发电后的排气余热得到充分利用，冷温水机能耗最大限度降低；电力、空调、采暖和卫生热水几种负荷容量搭配灵活，可以满足不同场合的需要[5,6]。

4. 分布式能源系统能效分析

分布式清洁能源系统与热电冷分产系统在节能方面的差别，就要在不同的参数变化下进行供热期、制冷期的节能率进行分析，不同类型发电设备的冷热电能源综合利用效率见表1。

5. 分布式清洁能源综合利用技术节能和环保效益

分布式清洁能源系统运行减少了电力消耗，减轻了电网常年运行负荷。同时降低了一次能源消耗过程中产生的SO2、CO2等污染物排放，减少ODS(消耗臭氧物质)排放缓解温室效应，具有很好的节能效益。

由国家能源局公布的污染物排放定额可知，假设年节约用电1000MWh，相当于年节约标准煤40t，相当于CO2减排99.7t，粉尘27.2t，SO2减排3t，NOx减排1.5t，环保效益十分显著。

6. 结论

国内外工程应用实践表明，分布式清洁能源系统在温室气体排放、环境保护、能源的高效利用等方面表现出了极大的优势，拥有巨大的市场潜力和商业价值。利用各种热工设备进行分布式供电，与常规燃煤火力发电相比能更有效地控制有害气体的排放是可持续发展最有希望的技术之一。

[1]徐建中.分布式供电和冷热电联产的前景.节能与环保, 2002 (3): 1014.

[2]吴大为，王如竹. 分布式能源定义及其与冷热电联产关系的探讨，制冷与空调，2005，5（5）：2～3

[3]黄锦涛，丰镇平，袁劲松，分布式冷热电联供系统经济性分析，沈阳工程学院学报（自然科学版），2005，1（1）：18.

[4]段洁仪，冯继蓓，梁永建，楼宇式天然气热电冷联供技术及应用，煤气与热力，2003，23（6）：339～341.

[5]吴锡琴，潘军松，小型热电联产项目方案优化简析，上海煤气，2004，3：1～2.

[6]陆耀庆，实用供热空调设计手册[M],北京：中国建筑出版社，1998.