分布式能源站在城市供暖中应用

分布式能源站在城市供暖中的应用

摘要：随着全国各大城市大气环境的日趋恶劣，如何采用高效率低污染的供热方式成为各个城市供热企业需要认真思考的问题，利用天然气燃气热电联供机组取代燃煤锅炉进行城市集中供暖对于改善城市大气环境质量，应对全球气候变化，共建生态文明具有重要的意义。

一、引言

目前，我国北方地区的大中城市采暖仍以污染严重的煤为主要燃料。随着环保意识的增强，如何调整采暖用能结构，改善环境，是这些城市面临的重大课题。为此，大批以电、天然气为能源的采暖方式开始出现，如电暖气、电热膜、电热泵、燃气锅炉、家用燃气炉等等。然而，这些采暖方式是否合理？是否有更理想的采暖方式呢？电采暖具有调节灵活、局部无污染的优点。但是，将电直接变为热的采暖方式能源浪费是很大。目前世界上最流行的热电联产技术方式是对燃气轮机进行余热利用，机组排烟管排出的废气温度高达560℃，通过热复用装置吸收废气的热能，同时把排烟温度控制在100℃～130℃左右，在生产热能的同时，也使发动机更有效，更经济地运行。

二、分布式能源简介

分布式能源站是指功率不大、小型模块化、分布在负荷附近的清洁环保发电设施。分布式发电区别于传统集中发电、远距离传输、大互联网络的发电形式，一般均直接安装在负荷所在的中高压配电

网中。适用对象是电、热、冷的区域集中用户，如商务中心、学校、医院、居民区等。小型、微型分布式能源站一般用于居民和独立商业机构的用户。大规模的分布式能源站一般进行热、电、冷三联产。

1、热电冷三联产节能的原理

刚才谈到天然气作为能源利用的最高效率是热电冷三联产。它的节能原理，从热力学第一定律来说，就是能把能量吃光榨尽，燃煤锅炉排烟温度都在130－160度以上。而且燃烧产物环保处理要耗费能量。天然气非常干净，它的排烟温度可以降到40度，所以第一定律的效率是更高。从热力学第二定律来说，由于在燃气轮机中有30~40％的能量直接转化为电能，一次的转化的效率就已经高于一般火电厂的锅炉--蒸汽轮机机组了。再加上排气的能量利用：加热，制冷，用于各种不同能级的用户，整个系统达到能量的梯级利用，就使能量利用效率达到最高80~90%了。这是天然气热电冷三联产的供能价格比烧煤还有竞争力的根本原因。

2、国外分布式能源站进展和技术现状

由于分布式能源站（即热电冷三联产系统）利用天然气可以达到很高的能量利用效率，所以在国外得到了非常快的发展。分布式能源站技术从七十年代末期以后开始发展起来，目前美国已经有6000多座分布式能源站。近几年科学技术发展非常快，燃气轮机技术、蒸汽透平、吸收制冷技术都得到了快速发展，分布式能源站的能源利用总效率已可达90％以上。估计在今后一段时间内会有更为成熟的发展。

随着城市天然气管线、管网的完善，分布式天然气热电联产成为最具发展潜力的能源市场。

三、分布式能源的优势

1、分布式能源可以为国家节约大量的发电和输配电投资：

以8~10%的输电线损计算，我国每年输电线损达三个三峡水电站全年的发电量。建在用户端的分布式能源系统由于不需要通过电网供能，因此可以避免输电线损和节约大量的输配电投资。如考虑建设电厂的费用，节约的资金将更为惊人。另外，分布式能源系统的投资出自用户，而电厂和输配电投资出自国家或投资方。

2、保障能源安全：

能源安全有两层含义：国家能源安全和用户能源安全。国家能源安全体系应是对最终用户能源安全的保障。美国纽约再次大面积停电的事实，进一步说明了集中供电系统的脆弱和对用户能源安全保障的不完整性。分布式能源系统实际上是对单一的集中供能系统的补充，它可以使用户更有效的计划能源消费和避免电网停电给自己带来的经济损失。在电网有供电的社会职责、却无断电赔偿责任的条件下，用户自由选择供能方式应是用户在市场经济原则下的基本权利。

3、分布式能源是国家电网的一种有益补充：

从国家角度看，分布式能源系统的全面发展，与电力部门没有根本的利益冲突，而且在很大程度上可以减轻发电和输配电部门的压力，应视为集中供能的一种有益补充，特别是在电网无力覆盖的边

远地区和其他公用事业领域。这一点在绝大多数国家都已得到了充分的验证。

4、高效、节能、减排

我国目前的能源利用效率仅为33.4%，而世界平均水平为43%，发达国家高达52～55%。大型燃煤超超临界发电机组热效率最高也不超过45%，燃气轮机联合循环热效率不超过57%，而分布式能源站能源利用效率一般在60～80%，最高的接近90%。我国占工业能耗73%的8个行业33种产品单位能耗平均比世界先进水平高47%。同时，以煤为主的一次能源结构造成了严重的环境污染，so2排放总量的90%都来自于燃煤，全国酸雨率达到40%。我国现有工业锅炉和热水锅炉约68万台，其中80%燃煤，其余大部分燃油，容量大于10t/h的工业锅炉仅占总数的8%，低效率、高污染的燃煤小锅炉是主要的污染源。分布式能源多采用天然气或可再生清洁能源，与燃煤火电机组相比，其so2和固体废弃物排放几乎为零，二氧化碳排放量减少50%以上。

四、城市供热建立的分布式能源站优势。

针对城市用电负荷及经济发展和用能的特点，在城市建设的分布式能源站可以有这样几种类型：

（1）城区商业中心。这些商业区域有大量高层商业建筑，主要负荷是夏季供冷，冬季供热。可以建立以冬夏两季集中供热、冷为主的季节运行分布式能源站。采用分布式能源站就可以减轻电网负担，同时降低商业中心的能耗费用（分布式能源站供冷比商业用电

便宜）。

（2）公用事业。如飞机场，大医院，大学校，大机关。这些机构的特点是组织性非常强，不是分散的居民，都是一个统一的机构。用能特点也是空调为主、伴有其他热、冷、热水、蒸汽等稳定负荷。（3）中小型离散制造业工业园区的分布式能源站。这部分用户需要冷，也需要热水和蒸气。现在他们多半是用烧油的小锅炉来提供。使生产成本高。如果在工业集中的一个镇或一个区建立分布式能源站，在燃气轮机发电的同时，用余热向他们提供蒸汽，热水，就可以提供廉价的能源，降低制造成本，同时能量利用效率得到很大提高。

（4）新开发的城区。现在我国正经历一个农村人口城镇化的过程。建设分布式小城镇，是一个必然趋势。在这些新开发的城镇过程中就不应当走烧煤污染或低效率单烧液化天然气的老路，而应在新建城市的规划中直接采用热电冷三联产技术，以达到能源的利用最大化。

（5）新建的过程工业园区。过程工业特点和离散制造业不一样，它是一天24小时开工。燃气轮机排出的烟气进锅炉产生蒸汽供给工业用， 24小时高效热电联产或热电冷联产。虽然没有调峰，同样能达到高效用能的效果。在大城市新建的过程工业园区里不可能再用烧煤来提供热电联产，采用燃气轮机的热电联产的能源站，也是很重要的一种形式。

（6）现有城区内的烧煤的热点联产的机组被燃气轮机的热电冷