国内外分布式能源的发展

金东马宪国

上海市能源研究会

上海理工大学能源与动力工程学院

国内外分布式能源的发展

金东马宪国

上海市能源研究会

上海理工大学能源与动力工程学院

以天然气热电联产为主，可再生能源为辅的分布式能源供应形式迅速发展，对改善能源消费结构，抑制环境恶化，实现可持续发展的意义重大。因此，大力推广分布式能源已成为大多数国家的共识。介绍了美国、日本、中国分布式能源的发展情况，以及分布式能源的特点和分类，提出了推进分布式能源发展的建议。

分布式能源；可再生能源；热电联产；发展

1 国内外分布式能源的发展

1.1 美国分布式能源的发展

美国在20世纪70年代开始发展分布式能源，从小型热电联产系统到如今广泛应用的冷、热、电三联供系统，分布式能源得到了快速的发展。美国为推动分布式能源的发展，制定了很多成效显著的能源政策。1978年，美国颁布《公用设备管理政策法案》以及相关的优惠税收政策，促进了热电联产的迅速发展，提高了能源利用效率[1]；2001年，又颁布了《关于分布式电源与电力系统互联的标准草案》，正式允许分布式能源并网运行，用户可以向大电网出售多余电力；2007～2009年期间，美国又颁布了一系列的新能源的政策，大力发展可再生能源。2008年，该国的风电装机容量达到世界第一。从小型、独立的热电联产到可以并网售电的分布式能源系统，再到与可再生能源的结合，美国的分布式能源经历了不同的发展阶段，如表1所示。

表1 美国分布式能源的发展阶段

美国油气资源丰富，油气管道分布广泛，分布式能源项目主要以天然气热电联产项目为主。截至2016年，美国已经建设了超过6 000座分布式能源站，分布式发电市场高达10多亿美元，到2020年分布式发电总装机量计划达到1.87亿kW，占总装机量的29%。

美国电力行业发生过几次较大的停电事故，因此美国分布式能源的发展特别注重供电的安全可靠性。

1.2 日本分布式能源的发展

日本是一个能源资源短缺的国家，基本依赖进口，能源成本昂贵，因此非常重视可再生能源的开发，很早就开始利用以太阳能、风能为代表的可再生资源，大力推广太阳能光伏发电，风力发电等。同时，日本也特别注重提高能源使用效率，颁布了一系列相关政策。

1974年，日本出台了居民屋顶光伏发电系统的补贴政策；1986年，发布了《并网技术要求指导方针》，为分布式能源的并网提供了依据；1995年，修订了《电力法》及《并网技术要求指导方针》，允许分布式能源业主可以将多余的电力卖给供电公司，并享受政府的融资、补贴等优惠政策；2005～2008年，制定京都议定书目标计划，确立热电联产的有效作用，将分布式热电联产确立为能源高度利用技术革新，并在医院、宾馆、石油化工、钢铁等领域大力推广[2～3]；2010年，提出建设低碳社会方针，出台促进引进天然气热电联产系统的规划。2011年，东京地区发生大地震后，政府意识到能源安全的重要性，更加重视分布式能源的发展。

日本目前在可再生能源利用方面处于世界先进水平，拥有如三菱重工，富士电机等先进制造企业，这些企业提供了世界上大多数分布式能源的核心设备，在世界分布式能源消费市场，占据着较大的优势。

1.3 中国分布式能源的发展

环境污染问题已经严重影响了中国的可持续发展战略。2015年煤炭在能源消费中的比重仍达到62%，火力发电的能源转化效率仅在35%左右，大量的能源在转化过程中损耗和浪费，采用分布式能源发电，可以改善能源消费结构，减少能源浪费，减轻环境污染问题，有助于我国建立绿色能源体系。

2015年，中国的可再生能源消费增长20%，其中太阳能增长69.7%，风能增长15.8%，天然气增长4.7%，到2020年，分布式能源发电总的装机容量计划达到1.3亿kW[4]。

结合美国、日本的分布式能源发展过程，可以看出，国家政策在分布式能源的发展过程中发挥了主导性的作用。我国为了推动分布式能源的发展，推出了一系列政策，如表2所示。

2 分布式能源概述

2.1 分布式能源的特点

所谓分布式能源，是指安置在用户侧的能源综合利用系统。能源资源包括了太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生能源，以及天然气、煤气、石油气等化石能源。与传统的集中式发供电相比较，分布式能源发电具有节能环保，能耗小的优点。

表2 分布式能源政策及要点[5]

分布式能源发电的输入能源为清洁能源或者是可再生能源，具有较低的污染排放，洁净环保；能量供应端位于用户侧，避免了输配电损失和热能损耗，具有节能性；分布式能源多采用热电联产系统，向用户提供不同品位的热、电、冷负荷，实现了能源的多级利用，具有较高的能源利用率。

2.2 分布式能源技术种类

根据能源种类的不同，分布式能源技术可以分为两大类，可再生能源技术和热电联产技术[4]。

目前我国的分布式能源系统主要以天然气热电联产为主。热电联产系统主要由动力设备、发电设备、余热回收装置等组成。图1是北京南站的供能系统设计方案，此方案为典型的冷、热、电联供系统，实现了太阳能、天然气、污水的综合利用。方案设计年发电量达到18万kWh，装机容量3 MW，理论上可节约49%的电力[4]。

目前常用的分布式能源发电技术包括风力发电技术、光伏发电技术、生物质能发电技术、内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机、燃料电池等（见图2）。

（1）风力发电技术

风能资源是可再生资源，分布广、储量大、不会枯竭，风力发电是风能的主要利用形式。2015年，我国的风电新增装机容量和累计装机容量位居世界第一。风力发电技术相对成熟，发电过程清洁环保，系统运行安全可靠，小型分布式风力发电广泛应用于人们的生产生活中，比如城市、乡村、牧区、海岛、偏远山区等，只要风速达到一定条件，就可以发展风力发电。因为风力资源的不稳定性，风机的电力输出也具有随机性，容易受到气象因素的影响。

（2）太阳能发电技术

太阳能发电技术是一种利用太阳辐射能的发电技术，包括太阳能热电技术和太阳能光伏技术。太阳能热电技术是将太阳能先转化为热能，再将热能转化为动能，最后转化为电能，整个过程中能量层层转化，因此能量损失大，系统效率不高。太阳能光伏发电技术是直接将光能转化为电能，整个过程没有任何污染和排放。分布式光伏发电应用广泛，安装方便，可以直接安装在建筑屋顶上，只要有阳光，就可以发电。但目前光伏发电建设成本较高，随着技术的进步，光伏发电必将成为市场的有力竞争者。

图1 典型的冷热电联供系统

图2 常用的分布式能源技术分类

（3）生物质能发电技术

生物质能资源包括农业废弃物、林业废弃物、以及城市垃圾和污水等，可以直接燃烧发电，也可以气化后发电。沼气发电技术是生物质能发电技术的一种，主要应用在养殖厂、工业污水处理以及垃圾填埋场等。

（4）内燃机

小型内燃机技术成熟，快速启动，不受自然条件限制，应用范围广，但维护成本高，噪声大，余热回收装置复杂。

（5）燃气轮机

燃气轮机是热电联产系统的理想选择，燃气—蒸汽轮机联合循环热电联产系统具有较低的污染排放，较高的能源利用率。

（6）微型燃气轮机

微型燃气轮机是分布式能源发电的最佳选择之一，技术成熟，设备简单，主要用于分布式能源系统中，综合效率可达80%，适合在城市，乡村等地区推广使用，前景广阔。

（7）燃料电池

燃料电池是指直接将化学能转化为电能的能量转换设备，转换过程中，无噪声、无污染、安全环保、应用范围广，非常适合于分布式能源系统。

3 分布式能源的发展途径

分布式能源发展潜力大，前景好，但在发展过程中依然存在政策不理、投资无序、缺乏长期规划等问题。结合美国、日本的发展经验，有效的政策引导依然是分布式能源发展的关键。其次，充分的市场竞争和先进的技术优势，也将在分布式能源发展中起决定性的作用。

（1）政策主导

国家制定了一系列的能源政策，如表2所示，但只有政策得到真正的落实、不断地修正和持续发展，才能推动我国分布式能源的发展。

（2）市场开放

发展分布式能源作为国家能源安全战略的重要方向，不能过分的依靠财政补贴，应该依靠技术优势、价格优势、安全可靠性取得市场。市场是分布式能源发展的唯一方向，也是打破行业垄断，促进能源结构改革的有利武器。

（3）引进技术

目前，我国分布式能源还处于初级发展阶段，技术设备落后。上海漕河泾天然气燃气轮机发电厂建成后，三年间的检修费用高达3.83亿元，已超过总投资额的13%；我国光伏发电规模已是世界第一，但相关的光伏电池生产设备却严重依赖进口，设备国产化率仅为10%。因此，要在引入国际先进技术和制造工艺的基础上，加快吸收消化，研发创新，形成自己的知识产权和竞争力，才能在未来的国际市场中占有一席之地。

4 结语

发展分布式能源是解决能源利用与环境保护矛盾的有效途径，尽管我国的分布式能源发展还存在着市场、设备、技术、政策等多方面的问题，但随着能源技术的不断进步，国家能源政策的不断完善，这些问题必将迎刃而解，分布式能源有着非常广阔的发展前景。

[1]蒋慧琴.美国分布式能源发展及政策分析[J]科学管理研究,2014,(12):19-22.

[2]杨映.对日本分布式能源发展的分析与思考[J]发电与空调,2012,(148):11-14.

[3] 应光伟.我国发展分布式能源的对策解析[J]. 发电与空调 2012,(146): 5-8.

[4]肖钢.分布式能源技术解析[M]. 武汉大学出版社,武汉,2015.

[5]牛刚.分布式发电政策综述[J]电力与能源,2014,(35):12-18.

Domestic and Overseas Distributed Energy Development

Jin Dong,Ma Xianguo
Shanghai Energy Research Institute
Shanghai Science and Technology University Power Engineering College

The article is based on natural gas CCHP as main,renewable energy as sub-system,that is called distributed energy supply mode. Distributed energy supply mode has been developing rapidly,which improves energy consumption structure and control environment deterioration in order to realize meaningful sustainable development. Promoting distributed energy is well known to most countries. The author introduces distributed energy development situation in USA,Japan and China and characteristics and classification of distributed energy. Promoting distributed energy development suggestion has been put forward.

Distributed Energy,Renewable Energy,CCHP,Development

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.04.001