云南省分布式供能系统发展潜力分析

肖蔚然，杨振纲，冯天瑞，安晓华，欧阳森

（1.南方电网综合能源有限公司，广州　510075；2.中国南方电网有限责任公司，广州　510623；3.华南理工大学 电力学院，广州　510640）

◆研究与探讨◆

云南省分布式供能系统发展潜力分析

肖蔚然1，杨振纲2，冯天瑞3，安晓华3，欧阳森3

（1.南方电网综合能源有限公司，广州510075；2.中国南方电网有限责任公司，广州510623；3.华南理工大学 电力学院，广州510640）

1　背景

发展分布式供能系统（Distributed Energy Supply System）不仅可以提高云南电网供电安全性及削峰填谷能力，还可有效缓解云南省能源紧缺和环境压力问题，推进节能减排工作开展；同时，随着中缅天然气输送管道的投产运行，云南省具备了大力发展分布式供能系统的重要基础，因此，在云南省发展分布式供能系统，具有十分重要的现实意义。

一方面，云南具有丰富、稳定的天然气供应源。2013年，中缅天然气管道投产运行，平均每年将有120亿m3天然气输送到我国西南地区。该输送管线在中国境内共穿过3省13市，其中有6个城市位于云南省。该管线的投产，对云南省优化能源结构，转变能源生产和利用方式，提高能源利用效率，提高能源保障能力，具有重要意义［1］。同时可以看出，天然气冷热电联供形式，将成为云南省分布式综合供能系统的主要形式，云南省分布式综合供能系统装机容量的绝大部分将为天然气冷热电联供形式。

另一方面，云南省用电负荷峰谷差巨大。根据多年数据显示，云南电网负荷的峰谷差在40%左右［2］。截至2011年，云南省尖峰负荷达20 580 MW，在2015年可能突破30 100 MW，而由于夏季空调冷负荷需求大，而在冬季冷负荷需求迅速减小，使云南电网面临着尖峰负荷大、电网负荷峰谷差大的问题［3—4］，严重时会威胁到电网的安全运行。分布式供能系统装机容量小且能量传递可进行智能控制，在负荷高峰期自主发电，并利用排热进行制冷供热，不仅可以直接提供电能满足负荷需求，还可通过排烟尾气余热对冷热负荷进行弥补，起到双重的削峰效果；同时，该系统还可以装设蓄冷蓄热装置，具有一定程度的填谷能力。因此，发展分布式供能系统对缓解云南负荷需求压力，提高电网的削峰填谷能力具有十分积极的作用。

此外，随着云南省的经济的快速增长，能源消贾量迅速增加。2012年全省能源消耗达10 433.68万tce；同时，原煤消贾占能源总消贾比例达59.33%，大量的有害气体排放造成了严重的大气污染问题。而分布式供能系统可实现对能源的梯级利用，能源利用率达70%以上，碳排放和氮氧化物的排放较燃煤电厂大幅减小，故分布式供能系统的推广对云南省能源的高效利用及节能减排工作的推进尤为重要。

随着云南省经济的迅速发展，云南省内有百余处工业类热电联产项目和数十处民用类热电联产项目正在规划，数量众多的适用场所和相对低廉的天然气价格，为分布式供能系统的推广奠定了基础。从目前应用场所统计情况看，各场所的热电比均高于50%。

综上，云南省具有发展分布式供能的客观需求，以及相关的经济、能源发展条件，因此，分析分布式供能的发展条件及发展规模，为云南省科学发展分布式供能系统提出科学依据，就具有十分重要的意义。本文首先通过工业园区和医院2个典型分布式供能应用场所的分析，得到分布式供能系统潜在应用场所应具备的用能条件。然后，选取国内经济生产总值（GDP）、单位GDP电耗及分布式供能系统发电量占总发电量比例共3个因素作为相关因素，在情景分析法的基础上，构建分布式供能系统的发展规模预测分析方法。最后，根据云南省的经济和电耗特点并借鉴国外发展经验，构造9个情景，利用本文提出的预测分析方法对云南省分布式供能系统发展规模的潜力进行研究。

2　分布式供能系统应用场所分析

分布式供能系统可分为区域型和楼宇型2种，以小规模、小容量、分散式的方式分布于用户端。要实现能源梯级利用，充分发挥分布式供能系统的优势，用户就必须同时包含冷、热、电负荷中的至少2种，并达到一定热电比。因此，只有满足一定条件的场所才具有建设分布式供能系统的潜力。

2.1主要的典型应用场所

美、日、德等发达国家分布式供能系统的研究及建设起步较早。美国于1978年即提倡发展小型热电联供系统，现在主要发展小型冷热电联产系统，发展目标客户以大型工业企业及大型公共建筑为主，但规模上以楼宇型供能系统居多［5］。日本在分布式供能系统项目中进行了大量研究，分布式供能系统在居民、商业、工业和国防等领域均有广泛应用［6］，其中以东京新宿区的区域供热和制冷中心最有代表性。在2011年地震后，日本工业企业掀起了建设分布式供能系统的高潮。德国政府目前正在积极推动分布式供能系统的发展［7］，重点发展对象是医院、宾馆、商业建筑和化工类工业企业，同时针对家庭的需求，开发了5 kW系统，但政府办公楼等公共建筑由于一般接入公共供热系统，很少单独安装分布式供能系统。

根据国外的发展经验并结合云南省经济及气候等特点，本文挑选云南省有发展分布式功能系统潜力的典型应用场所详细介绍。其中，以工业园区为代表对区域型应用场所进行分析，以医院为代表对楼宇型应用场所进行分析。

2.2云南省适合发展分布式供能系统的用能条件及潜在应用场所

发展分布式供能供能系统应具备的用能条件为：①应存在冷热电负荷中至少2种，保证系统可以实现能源梯级利用；②冷负荷或热负荷应易于集中供应且供应范围不宜过大；③冷热负荷应存在长期需求，以提高设备的利用率；④热电比应达到50%以上，以提高系统的经济效益；⑤分布式供能系统的发电量可就地消纳。

因此，云南省适合发展分布式供能系统的区域型和楼宇型潜在场所如下：

区域型：海岛、旅游园区、大学城或高校区、居民小区、飞机场和区域商业中心或金融中心、原有燃煤系统改造区等。

楼宇型：计算机中心、写字楼、机关大楼、酒店宾馆、商场等。

2.3典型应用场所分析

分布式供能系统典型应用场所可分为区域型应用场所和楼宇型应用场所。下面分别进行分析。

（1）区域型应用场所

工业园区中由于工艺流程的需要，不仅对电能和热量的消耗极大，而且热电负荷密度高，需求稳定，年利用时间长，因此，工业园区具有发展分布式供能系统的优势条件。下面以云南某工业园区对区域型应用场所的用能特点进行分析。

该工业园区全年生产350天，要求连续供热供电，同时还要兼顾一定的冷负荷和热水负荷，热负荷用气量如图1所示。

图1 热负荷用气量

由图1可知，由于该工业园区内工厂全年运行，因此，其热负荷较为平稳，季节波动不明显。该工业园区的热负荷需求如表1所示。

表1　某工业园区热负荷需求表

表1中，热负荷为工业生产工艺提供了高品质的蒸汽需求；低一级品质的制冷蒸汽用于溴化锂冷水机组制冷，为工厂企业提供冷量；更低一级品质的制冷热水用于分布式供能系统厂区的汽机房、控制楼、办公楼等制冷；生活用水则用于员工宿舍。因此，发展分布式供能系统可以实现工业园区的能源的梯级利用，提高整体热效率。

在夏季最大负荷方式下，该工业园区2012年电力负荷缺口达138 MW，因此若投产利用容量为69 MW的分布式供能系统，将把负荷缺口减少一半，缓解电力需求紧张的问题。在冬季最小负荷方式下，该工业园区2012年电力负荷缺口为76 MW，因此若投产利用容量为69 MW的分布式供能系统，分布式供能系统在工业园区电网也可基本消纳。

工业园区的连续热电负荷为建设分布式供能系统提供了良好的条件，分布式供能系统的建设将实现能源的高效利用，减少热能浪贾和燃煤粉尘污染，缓解当地的电力负荷紧张等问题。因此，工业园区具有发展分布式供能系统的优势。

（2）楼宇型应用场所

医院的用能特点以空调制冷为主，且对电负荷的可靠性要求极高，同时还需要大量的生活热水或蒸汽供取暖、杀菌、治疗、洗衣等。其中全年电负荷较为平稳，冷负荷季节性明显，热负荷全年变化具有明显的波动性。下面结合云南地区5家医院来分析云南地区医院的用能特点。

这5家医院的单位面积电耗不尽相同，最大值为每年242 kWh/m2，最小为每年107 kWh/m2，平均值为每年151.4 kWh/m2，如表2所示。

表2　5家医院单位面积电耗

5家医院2011年逐月平均冷、电负荷如图2所示。

图2　5家医院的逐月平均冷、电负荷变化

由图2可知，5家医院的逐月电耗季节性特征显著，电耗与气候的变化密切相关，用电高峰为夏季8、9月，低谷为3月。5家医院的逐月用电量占比的均值中，8月份用电量占全年用电量的12.2%，为各月最大，9月次之，为12.1%，3月最小，仅占5.5%。5家医院空调用电约占全部用电量平均比例为50%左右，且逐月用电量的季节性明显，最小值一般出现在1月份，峰值出现在7—9月份之间。

3　分布式供能系统发展规模预测分析

分布式供能系统可以实现能源梯级利用，且能源利用率高，但其并没有在全国大规模推广建设，说明能源紧缺及环境问题在现阶段并不是分布式供能的主要驱动因素。分布式供能系统单位投资大、经济效益较差，只有经济发达的地区能承受建设分布式供能系统带来的经济压力，因此，它的发展规模和速度需与当地经济发展状况相协调。例如：美国约50%的分布式供能系统集中在经济和工业发达的纽约、加利福尼亚和宾夕法尼亚3个州［8］；我国的分布式供能系统也集中在北京、上海和广州等经济发达地区。我国分布式供能系统的发展速度也会受到能源规划及政策影响。因此，虽然影响分布式供能系统发展的因素众多，但本文主要通过GDP、单位GDP电耗及分布式供能系统发电量占总发电量的比例，在情景分析法的基础上构建分布式供能系统的发展规模预测分析方法，如式（1）所示

式中：DESS为分布式综合供能系统装机容量，万kW；GDP为地区生产总值，亿元，体现了经济因素的影响；单位GDP电耗体现了能源使用效率因素的影响，万kWh/亿元；而DESS发电量占总发电量比例则体现了能源政策及规划因素；T为分布式综合供能系统年运行时间，h。

情景分析法是通过假设、预测、模拟等手段生成未来情景，并分析情景对目标影响的方法［9—10］。情景分析法一般包括以下4个步骤：①目标影响因素筛选；②情景构建；③模型计算；④结果分析。

本文将情景分析法应用于云南省分布综合供能系统发展潜力的分析中，以GDP、单位GDP电耗及分布式供能系统发电量占总发电量的比例作为相关因素构建不同的发展趋势情景，通过预测分析方法，计算云南省在多种情景下的实际分布式供能系统发展规模。

4　云南省分布式供能系统发展规模的潜力分析

4.1情景构建

改革开放的30年间，云南省经济得到较快发展。2011年，全省生产总值达到8 893.12亿元。2005年至2011年经济年均增长率约为15.32%，比全国平均水平高1.6个百分点。2011年，云南省的单位GDP电耗为1 247.74 kWh/万元，2005年至2011年的年均增长率为-2.59%［10］。

根据云南省经济发展特点及参考文献［11］，把未来云南经济增长设为高、中、低3个经济情景。而单位GDP电耗设定只设定了一个情景。由于国内分布式供能系统发展刚刚起步，可用于预测的历史数据极少，故对于分布式供能系统的发电量占总发电量的比例，只能在充分借鉴国外发展经验的基础上，结合规划人员的经验进行合理假设。此处把发电量占比分为高、中、低3个情景来进行分析。

具体情境参数设置，如表3所示。

表3　各情景参数设置

其中，考虑到节能空间越来越小，所以单位GDP电耗的情景下降速度设置逐年降低。此外，分布式供能发电量占比参数为2025年占比，同时以0.4%为2011年分布式供能发电量占比（根据云南分布式能源规划研究，2011年云南各类分布式能源装机容量占总装机容量的比例为0.4%左右），据此得到占比年均增长率，进而得到历年分布式供能发电量占比。

同时，考虑分布式综合供能系统在每天用电高峰期8：00～20：00阶段投入，在其它阶段退出，每年按365天算，年运行时间设置为4 380 h。

由以上各分类情景，构建了9个假定的情景对分布式供能系统规模进行预测分析，预测的时间区间为2012—2025年。9个假定的情景特征描述见表4。

表4　9个假设情景的特征描述

4.2计算过程

运用式（1）对9个情景进行计算，则2012年、2020年和2025年分布式供能系统的装机容量如表5所示。

表5　9个情景下分布式供能系统装机容量预测结果

9个情景下2012年到2025年分布式功能系统的装机容量走势图如图3所示。

图3　情景1—情景9下云南省分布式供能系统装机容量走势图

4.3结果分析

由图3可知，云南省分布式供能系统在2012年至2015年将在原来的发展基础上增长，此时虽有政策支持，但由于发展刚起步，技术和市场条件较为薄弱，故增长趋势较为平缓，增长速度较慢，各情景设置下的分布式供能规模差别不明显。2015年至2020年，云南省分布式供能系统增速加快。2021年至2025年，由于相关技术和分布式综合供能市场已有较多积累，再加上政府的政策支持，云南省分布式供能系统将进入快速增长阶段，各情景设置下的分布式供能规模差别越来越明显。在不同情景设置下，分布式供能发展方式均近似于指数增长方式。

5　结论

（1）文中通过对典型分布式供能系统应用场所进行深入分析，得到潜在应用场所应具备的用能条件，从而得出了云南省适合发展分布式供能系统的潜在场所。

（2）选取了3个影响因素来构建了基于情景分析的国内生产总值单位电耗的分布式供能系统发展规模预测分析方法，该算法很好地考虑了不同情景下，分布式供能系统在的发展情况。

（3）根据云南省2005年到2011年的经济和电耗特点并借鉴国外发展经验，设计了9个情景来分析云南省分布式供能系统的发展规模潜力，结果表明，到2020年云南省分布式供能系统装机容量最小为48.20万kW，最大为79.68万kW；到2025年云南省分布式供能系统装机容量最小为112.57万kW，最大为230.61万kW。D

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The analysis of the distributed energy supply system development potential in Yunnan province

XIAO Wei-ran1，YANG Zhen-gang2，FENG Tian-rui3，AN Xiao-hua3，OUYANG Sen3
（1.China Southern Power Grid Synthesis Energy Co.，Ltd.，Guangzhou 510075，China；2.China Southern Grid Corp.，Guangzhou 510623，China；3.South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

发展分布式供能系统是缓解能源紧张、促进节能减排、提高电网供电安全性和削峰填谷能力的重要举措。通过对工业园区和医院的用能特点分析，得到分布式供能系统潜在应用场所应具备的用能条件；在情景分析法的基础上提出了一种新的分布式供能系统发展潜力的预测分析方法；根据云南省的经济和电耗特点并借鉴国外发展经验，设计了9个情景，并利用文中提出的预测分析方法对云南省的分布式供能系统的发展潜力进行分析。

分布式供能系统；应用场所；情景分析法；发展潜力

It is an important measure to develop the distributed energy supply system（DESS）in the field of relieving the energy tension，promoting energy conservation and improving the safety and load shifting capabilities of the power grid.Firstly，the energy conditions of DESS potential application areas are gotten by analyzing the energy use characteristics of industrial parks and hospitals. Secondly a new forecasting analysis method for the development potential of DESS is put forward on the basis of scenario analysis. Then，nine scenarios are designed according to the economic and power consumption characteristics of Yunnan province and the foreign development experience.Finally，the new forecasting analysis method is used to forecast the DESS development potential in Yunnan province.

distributed energy supply system；application areas；scenario analysis；development potential

TM714；TM715

A

2014-08-28；

2014-11-28