燃气分布式能源和智慧能源系统

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1、908陌赢鬲磊森面磊一燃气分布式能源和智慧能源系统冯江华(中国燃气协会分布式能源专业委员会)结构最优化和智能化理念为基础的综合能源规划 l引言 技术，使智慧能源系统的建立成为可能。为了实现中国在节能减排方面对外的庄严承2分布能源在优化区域能源结构中的诺，国家即将出台新兴能源产业规划，提出作用从2011年至2020年，将累计增加对新兴能源产 业投资5万亿元，每年将可增加产值15万亿。规划中，包含了先进核电、风能、太阳能和生物21雪灾带来的启示 质能这些新的能源资源的开发利用，还包括了传2007年我国南方的雪灾，直接暴露了我国 统能源的升级变革、洁净煤、智能电网、分布式 电力建设中的问题：重视主干

2、电网建设，忽视地 能源、车用新能源等技术的产业化应用的具体实 区电网建设。主干电网一趴下，地区电网就不能 施路径、发展规模和重大政策举措。 独立运行。在电源建设方面近年来大力发展大电作为新兴能源产业规划的重要元素，我 源，忽视了分布式电源建设。但是，雪灾中最终 国分布式能源正处于快速发展的前夜，特别是燃 保下来的两个省会大城市贵州的贵阳和江西 气分布式能源，随着近年来我国天然气产业的加 南昌，在一片黑暗中成为仅有的亮光，都是靠保 速发展，已开始受到广泛的重视。国家能源局提 留下来的分布式电厂。在供电方面重视跨区供 出了发展我国分布式能源的规划和指标，国内各电而忽视就地供电。如果要把电网的抵御灾

3、害地方政府、各类开发区正在制定本地的规划，将天气能力提高到50年一遇，电力设备建设造分布式能源建设纳入地方总体能源规划的范畴。价要翻8倍，这是我国国力无法承受的。因此电力、燃气、石油等行业和各大能源产业集团都发展分布电源和地区电网是保证能源安全的在制定分布能源产业的发展战略，正在成立各种 关键。 形式的能源服务公司。为了保证我国新兴能源产 业实现有序和健康的发展，我们必须对燃气分布22北京天然气和电力的不和谐体系式能源在国家能源整体结构中的地位和作用有一北京2009年夏季电力最高负荷已达1500万 个明确的定位。千瓦，其中40用于电空调。也就是说电力公 要实现节能减排不仅需要采用新型能源技司要

4、多投资几百亿元建电厂来解决调峰问题。而 术，更注重要的是必须有一个合理的能源结构。燃气年用量近60亿立方米，70以上用于冬季 分布式能源技术在优化能源结构方面的作用是巨采暖。这意味着燃气公司几百亿元建的城市燃气 大的。管网年利用率不超过40。这种不合理的能源发展燃气分布式能源的意义不仅是对天然气 结构给北京市的燃气和电力行业带来的损失是巨 的高效利用，同时由于其具有可输送、可储存、 大的，而多年来得不到解决。大力发展燃气分布 可调节和可中断的特点，对太阳能、风能、热泵 式能源系统，不仅在夏季通过燃气冷热电三联供 和水电等可再生能源的利用还可以提供重要的支 提供制冷，大规模减少了空调用电，而且所

5、发的 持和调节作用，他是形成区域智慧能源系统的黏 电力补充了供电的需求。燃气三联供系统相率可 合剂。区域智慧能源系统是完全针对负荷需求， 达80以上，而大电网供电在用户端次能源 整合传统供能方式和新型能源技术，根据最经 效率不足30。分布能源不仅在节能减排方面济、节能、安全、可靠、环保、具有可实施性等贡献显著，而且弥补了北京燃气和供电结构的不 诸多目标建立的能源系统。以区域能源一体化、合理，每年至少可以减少几十亿元的损失。1爵森磊赢磊磊磊9世界气候变化的先导者，规划到2020年，降低3智慧能源系统的定义 60的排放量；同时维持能源供应的可靠性，控智慧能源系统是一种崭新的区域能源系统，制能源成本

6、，解决燃料匮乏。 它是在综合考虑了区域或城市的各种能源的输规划指出只有通过提高能源效率和分散供能 入、生产、转化、传递、转化、消耗、排放和输相结合，也就是说，在用户端附近建立能源供应 出(等)全过程后构建的一个在结构、规模、效中心，才能使以上这些相互关联的目标得以充分 果和经济诸方面最优化、高度智能化、具有充分实现。伦敦现有的集中式发电系统存在相当大的 可实施性的区域能源体系。能源浪费，电站有65的热能排放到大气、湖泊或海洋中；在输配电的过程中有9的能源损4构成智慧能源系统的主要技术耗；在发电站，约有50的水资源用于蒸发余 41分布式能源技术热。分布式能源有不同的技术形式：包括冷、411分布能

7、源的定义 热、电三联供系统，太阳能、风能、氢和燃料电 分布能源是一种建在用户端的能源供应方池等可再生能源，从城市垃圾、厨房垃圾和污水 式，其能效高、节能、环保，目前许多发达国家 获取能源的新型清洁技术。比如城市热电联产系 已可以将分布式能源综合利用效率提高到80统(CHP)则充分利用了余热，从根本上减少90以上，大大超过传统用能方式的效率。国际 了输电和配电的损耗，同时节约了水资源。 分布式能源联盟WADE对“分布式能源”的定伦敦目前每年能源消费超过130TWh，其 义为：位于用户端发电系统同时可以实现：高中约25来自电力，60为城市热力。规划对 效利用发电产生的废能进一步生产热、电和冷；发展

8、集中式核电和分布能源的4种方案进行了比与可再生能源系统有效的结合；包括利用废 较。结果表明： 气、废热以及多余压差来发电或供热的能源循环分布式能源较之核电站可以降低17的二 利用系统。这些系统归为分布式能源系统，而不 氧化碳排放； 考虑项目的规模、燃料或技术及该系统是否联网分布式发电在升级和更新中央输电网方面， 等条件。每年可节约10亿英镑的资本开支(不包括核废412案例：丹麦发展分布能源料的管理成本)，进而可降低零售供电成本； 丹麦的能源供应结构从集中式改为分布 伦敦集中式发电系统需要消耗大量的天然 式能源星罗棋布的局面(如图所示)。能源结构 气，而高分布式能源方式则可节约天然气的使用 的改

9、变带来了明显的效果，近年来随着GDP的 量降低14；分布式零售电价将低于核电 增长，能源消耗反而有所降低，环境得到进一步 站6；的改善。分布式能源发电系统的多元化，增加了发电 结构的可靠性和灵活性，缓解了用电高峰，降低 Devel。pmenI。f Danish P。wer syste刍f19802000)电网的投资，降低输配电的损失和于电网维护的 投资；分布式能源发电系统使电网更加稳固安全； 在降低运行成本和输配电损失方面可获得30英矮镑兆瓦的效益；减少了装机容量、能源和排放 的成本。42燃气分布式能源和可再生能源的耦合譬!霾技术分布式能源可以利用天然气等清洁燃料和各 种可再生能源，各种能源都

10、需要经过不同的转化 413案例：伦敦市以分布式能源为主体装置、具有不同的工作特性。天然气作为燃料时 的新能源规划一般通过热力循环和相应的热工转换装置将燃料 2006年伦敦市市长发布了今后五十年的城化学能转化成电能或机械功(如燃气轮机组或内 市能源规划报告，提出伦敦应成为解决英国乃至燃发电机组)，转化后的排气余热再加以利用，910 l节能减排和政策管理领域用于供热或制冷。这种传统的化石能源利用和转 稳定运行。 化方式可以连续稳定的方式进行，满足用户的基独立系统集成的耦合是将可再生能源及其转 础负荷或备用负荷。化设备在一个独立能源系统中与燃气三联供装置耦可再生能源是在自然界可以不断再生并有规 合起

11、来，共同满足用户的冷热电负荷。如建筑领域 律地得到补充的能源，如太阳能、风能地热、生 燃气三联供与屋顶和墙板的太阳能集热或发电装置 物质能、海洋能等。这些能源根据地理条件可以 相结合。北京铁路南站动力中心把燃气三联供与污 大规模集中利用(如海上平台大风场和直接送电水源热泵结合，污水源热泵的供热制冷能力超过了 到输电网的大规模太阳能电厂等)，也可就近以热负荷总量的一半以上。这种独立系统中的耦合是 分布式能源的形式利用。实践证明以分布式能源依靠自控系统进行优化运行实现的。 形式的可再生能源利用是一种成本低、更灵活的在多个能源站构成的微能源网中，燃气三联 方式，显示了广阔的发展前景。常用的可再生能供

12、和各种当地可再生能源都可以单独构成自己的 源，如风能、太阳能等受大气环境和季节的影能源站。在工业生态园、校园、休闲中心、公用 响，其做功能力是波动的、间断性的，往往需要建筑及大型社区中都可以根据当地的可再生资源 与蓄能装置和各种电力电子设备结合使用，增加规划，由多个不同类型的能源站组成一个微能源 了投资和运行上的难度，不利于单独满足用户连网。微能源网是一个智能型网络，是微电网的扩 续稳定负荷的需要。国外已经越来越多地采用燃展和发展，它不仅要解决网络中电力的优化控制 气三联供与太阳能或风能相耦合的装置，特别在运行，还要解决网络中热力、燃气、通信各系统 工业生态园和区域民用建筑中已经大量推广应控制

13、和运行，这是当前国内外能源领域正在发展 用，很多项目以燃气联供和可再生能源通过自控 中的前沿课题。 系统的耦合，形成了高效、低成本、低污染的稳 案例：丹麦分布能源与配电网形成细胞结构 定供能系统。 在欧洲，越来越多的分布能源系统由配电公这种多能源间的耦合是多层次的，包括设备 司和输电公司管理。运行者必须特别注意分布能 本身的耦合、独立系统集成的耦合、及微能源网 源系统供能的间歇性特征和运行特点(如风能和 中的耦合。设备本身的耦合如将燃气和太阳能作 热电联供)。2006年11月4日电力输送协调联 为混合能源共同驱动吸收式空调机组。日本大阪 盟在欧洲所有区域的电力系统受到主要来自德国 燃气中心应用

14、的太阳能空调系统，太阳能利用率 北部输电网的严重干扰。许多高压线路跳闸，导 达5070，电力转换利用率为10 致严重的电力不平衡和频率偏差。分布能源的发 17。太阳能产生热水的能量占总能量的80 电机组本应该为电网的频率调节做出贡献，但是90。一般可在早晚间用煤气、中午用太阳能， 当时大量的分布能源，主要是风电和热电联供， 可节约煤气1640。这种装置以控制燃气 在低频率区被自动断开，同时，在高频率区自动 补燃克服了太阳能随时间和季节的变化，实现了 重新连接。这样的运行形式增强了供需之间的不-_-_-。_。_-_d_-。_。 燃气分布式能源和智慧能源系统l 911平衡，从而对电网的频率波动(如

15、一定数量或在43 智能电网 一定时间段用户从电网的退出)产生了负面的电网的智能化，它是建立在集成的、高速双 干扰。 向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技在智能电网技术的开发中丹麦提出的“细胞 术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进 结构”体现了一种先进的理念和方法，值得借 的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、 鉴。丹麦西部是分布式发电最集中的地区，大部 安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目分是由中小型燃气联供和风力发电两者组成的标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵 60kV以下的微电网。由于丹麦的分布发电总容御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、 量和穿透率较大，加之燃气联供系统大多根据当容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以 地基础热负荷的变化运行，而风力发电是按当地及资产的优化高效运行。 可用的自然风力运行，从而给上游输电网控制中44 系统优化控制技术 心的电力预测和控制总发电量造成了困难