分布式供能系统,设计规范

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1、分布式供能系统分布式供能系统, ,设计规范设计规范篇一：第 12 章 分布式供能系统第 1. 分布式能源的概念 12 章 分布式供能系统 分布式能源是一个用户端的或靠近用户端的能源利用设施，它必须是一个能源梯级利用或可再生能源综合利用的设施。分布式能源可以是绿色能源，也可以不是，它立足于现有的能源-资源配置条件和成熟的技术组合，追求资源利用效率的最大化，以减少中间环节损耗，降低对环境的负面影响。它是一个立足于用户现有条件和实际需求的综合化的能源转换设施。 因此，分布式能源不仅仅是指燃气轮机、燃气内燃机、微型燃气轮机、斯特林外燃机、余热制冷机组等设备，也不仅包括太阳能、太阳热、风电、小水电、微型

2、抽水蓄能电厂、燃料电池等绿色能源设备，同时，也涵盖了传统方式的燃煤热电和资源综合利用的小火电设施、小型微型蒸汽轮机、热气机、压差发电机、柴油机等非常广泛应用的能源转换设备。 分布式供能系统在欧美也称为分布式供电系统(DP)、分布式发电系统(DG)、分布式能源资源(DER)。美国能源部把分布式能源定义为：DP 是产生或储存电能的系统，通常位于用户附近，包括生物能发电、燃气轮机、太阳能发电和光伏电池、燃料电池、风能发电、微型燃气轮机、内燃机以及存储控制的技术；分布式能源可以连接电网，也可以独立工作；区别于大型集中式电厂，分布式能源系统一般的容量从小于 1kW 到几十兆瓦不等。美国能源部把 DER定

3、义为：DER 指的是一系列小型的、模块化的、产生电能的技术，容量范围从几千瓦到 50MW，包含许多供应侧的和用户侧的技术，一般位于需要能源的地点或附近。美国电力研究所(EPRI)认为，DER 是小型的能量产生及存储系统，一般在用户或配电厂附近，单个设备的容量在 20MW 以下，总容量 lkW 一 50MW，可采用供应侧及用户侧的管理技术。美国天然气协会把 DG 定义为：DG 是小型电能发生设备，建在用户附近或公共电网的变电厂附近，它包括多种技术，诸如燃气轮机、内燃机、燃料电池、微型燃气轮机、风力发电和光伏电池。欧洲热电联产促进组织认为：DG 是由一切连接分布式电网、拥有用户侧管理的发电装置组成

4、的，主要是可再生能源系统和热电联产系统，一般单个装置发电量不超过 10MW。国际能源组织的定义为：DG 是服务于当地用户或支持电网的发电厂，与公共电网以传输电压进行连接，主要采用的技术是内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏电池系统。由于风力发电场一般不面向当地用户需要，因此不包括这项技术。DP 是将 DG 加上能量储存技术，比如飞轮、大型再生燃料电池和空气压缩存储。DER是 DG 加上需求侧管理。 还有一种概念为 DE(分散供能)技术。该(decentralized energy)技术是在用户 当地或附近产生电能和热能，无论容量的大小，采用什么燃料或技术，它可以与电网相连也可不连。可以分

5、为两个主要部分：第一部分是高效率的热电联产，容量从 1kW到超过 400MW 不等，包括内燃机、燃气轮机、蒸汽轮机、斯特林机、燃料电池和微型燃气轮机。另一部分是可再生能源系统。可再生能源系统，包括光伏发电和生物能发电技术，当地的风力或水力发电设备，以及用气体压力降、工业过程废热或其他工业过程中产生的低热值可燃物驱动的发电系统。现在全世界供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。由于大电网中任何一点的故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果；而且这种大电网又极易受到战争或恐怖势力的破坏，严重时将危害国家的安全；另外

6、集中式大电网还不能跟踪电力负荷的变化。因此，当今社会对能源与电力供应的质量、安全与可靠性要求越来越高，而大电网由于自身的缺陷已经不能满足相关要求。 分布式供能主要指分布式供电及冷热电联供，是相对于传统的集中供电方式而言的，是指将发电系统以小规模、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出电、热或(和)冷能的系统。它能够有效降低电、热、冷等远距离能量输送损失和相应的输配系统投资，为用户提供高品质、高可靠性和清洁的能源服务。典型的家庭用分布式能源系统如图12-l 所示。该系统发出的电可以直接用于家用电器，还可以与电力公司的供电系统联网，当家庭所需电力大于发电能力时，不足部分可以从电力公司购买。系统的

7、余热可以加热厨房和浴室的热水，同时还可用于热水式地板采暖系统。微型热电联产提供的能源除电以外均是蒸汽、热水等热成品。 图 12-1 典型的家庭微型分布式能源系统 能源技术的发展要求燃料的多元化，设备的小型、微型化，冷热电联产化和加强环保，因此必须重视可再生能源的开发利用。分布式供能技术的建设与冷热电三联产系统的发展分布式供能系统(Distributed Energy System，简称 DES)是相对于集中式供能系统(Concentrated Energy System，简称 CES)而言的。这个系统集合了分布式供电、制冷、采暖、生活卫生用水以及其他形式的热能于一体，将 发电系统以小规模、分散

8、式布置在用户附近，可独立地输出电、热和冷能的系统。此系统中的主要部分就是分布式供电和冷热电联产系统，见图 12-2。分布式能源是世界能源工业发展的重要趋势，是人类可持续发展的一个重要组成部分。它通过减少能源中间环节损耗，以“按需供能”方式，在用户端实现能源的“温度对口，梯级利用” ，将能源利用效率提高到一个新的水平。 此外，分布式能源是信息时代的能源系统，它将电力生产、热力供应、制冷除湿、天然气合理利用和环境污染治理等因素，在信息化智能控制和通信遥控技术支持下，进行跨行业的优化整合。以此建立一个因特网式的能源-信息网络系统，将电力、燃气、热力和通信网络进行四维一体的整合，将“需求-生产-供应”

9、链置于信息化控制系统下，使资源效益最大化，资金和环境代价最小化，寻求一种多元的损益平衡。 图 12-2 分布式能量系统 2. 分布式热电联产的特点 分布式能源是相对于集中式能源来说的(目前，集中式能源主要是指国家级的大型电网)，分布式能源的基本目标与功能是产生电能供用户使用。分布式能源具有的一些特点能够弥补集中式能源的缺陷，如通过一次能源的综合利用和梯级利用提高能源利用效率，减少能源消费和污染排放；提高能源供应的可靠性和稳定性；提供用户一种更经济的用能选择。因此，在相当长的一段时间内，分布式能源将作为集中式能源的有益补充发挥作用。 分布式能源的容量大小指的是系统额定发电功率的大小，系统如果同时

10、还产生热量或冷量，那么需要另外指明。分布式能源的各种定义中，对于容量下限较为一致，最小的分布式能源可以小于 lkW。这是由于各种新型能源技术的应用，比如燃料电池、光伏发电、风能发电的单个模块设备都接近这个下限。而对于分布式能源的容量上限的规定变化较大，从 10MW 到 50MW，甚至 100MW。美国能源部将分布式能源的容量定义为从几千瓦到 50MW；美国电力研究所认为单个设备容量在 20MW 以下，总容量 1kW50MW 之间；欧洲热电联产促进组织认为分布式能源的机组容量上限为10MW，总容量范围为 1kW50MW。 分布式能源产生的能源无论是电力或是热量、冷量都优先供应当地或附近的 用户使

11、用。医院、校园、住宅区域内的大型分布式能源有多个用户，虽然用户与系统通过自建网络连接，但一般用户均在附近。这种能量传输模式，与集中式电厂将电力上网、用户接受电厂统一调配电模式是截然不同的。此外，有不少分布式能源将自发电力出售给公共电网，供给远程用户使用。比如在新西兰，一个分布式风力发电场白天产生的电力供当地居民和企业使用，但在夜间几乎没有当地需求，因此将全部电力出售给公共电网。分布式能源的一个典型特征就是，它是一种发电系统，以产生电能为最主要目标，作为集中式能源的补充发挥作用。系统根据用户需要来调配负荷，调配负荷的一种方式就是在用户需求下降时，将多余能量出售给公共网络，为用户获得最大的经济利益

12、。容量大小、采用何种技术、是否连接公共电网及其所有者等，不是定义分布式能源的决定性因素。另外，分布式能源必须优先满足当地用户需求和利益。 分布式热电联产并不是简单地将传统的热电联产技术小型化，它区别于传统的锅炉供热、电网供电模式，是一种全新的能源供应思路和技术，代表了未来区域能源供应的方向。其优点为： (1)安全可靠。分布式供电系统中各电厂相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，安全可靠性比较高。而且分布式供电的输配电损耗很低(甚至没有损耗)，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低。分布式热电联产系统的存在，可以有效降低电力负荷波动对大电网的影响，减少严重事故发生的

13、可能；电网一旦发生故障时，分布式热电联产系统可以保证用户的供电不受影响，避免一些灾难性后果的发生。同时，多数分布式热电联产系统电力仍部分依靠大电网，在自身出现问题，不能正常运行时，电网可以提供保障。因此，直接安置在用户近旁的分布式热电联产系统与大电网配合，可大大地提高整个热电联产系统，尤其是电力系统的运行可靠性。 分布式供电可以弥补大电网安全稳定性的不足，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充。直接安置在用户近旁的分布式发电装置与大电网配合，可大大提高供电的可靠性，在电网崩溃或意外灾害(如地震、暴风雪、人为破坏、战争等)发生时继续供电。 (2)能源利用率高。分布式热电联产系统通过能量的梯级利用，

14、特别是对中、低温余热的合理利用，可以使系统能源利用率相对于分产系统有大幅度提高。在目前的技术基础上，系统总的能量利用效率可超过 80；若系统在冷凝模式下运行，效率可达 95。系统将其中一部分能量转换为高价值的电能，有效地节约了资源，同时由于设备现场安装，邻近用户，可以将热、电在输送中的损耗降至最低，减少了能源的浪费。 分布式供能方式为可再生能源的利用开辟了新的方向。相对于化石能源而 言，可再生能源能流密度较低、分散性强，而且目前的可再生能源利用系统规模小、能源利用率较低，作为集中供电手段是不现实的。分布式供电方式为可再生能源利用的发展提供了新的动力。分布式供能可以满足特殊场合的需求。例如某些用

15、户对供电安全稳定性要求较高，如医院、银行等；而能源需求较为多样化的用户，需要电力的同时还需要热或冷能的供应。这种供能方式可按需要灵活地利用排气热量实现热电联产或热电冷三联产，提高能源利用率。 (3)可以减少污染排放。分布式热电联产系统一般采用清洁燃料做能源，并采用高效的燃烧技术，可以确保SO2、NOx、CO2 的排放量很低，因此其污染排放相当小。按照美国能源部“CCHP(冷热电联产 Combined cooling heating power)2020 纲领”的描述，部分新建建筑采用CCHP 后，美国 CO2 可以减排 19。此外，分布式热电联产系统适于与太阳能、地热、风能等系统规模小、能量密

16、度低的可再生能源相结合，为可再生能源的利用提供了新的思路。分布式能源系统的发展将伴随着可再生能源系统的发展，符合 21 世纪减少环境污染和温室气体排放、替代化石能源的要求。 (4)运行安全平稳，无噪声污染。分布式热电联产系统不但可以提高电力供应的安全性，而且避免了常规供能系统运行中所产生的振动和噪声。 (5)可以实现完全智能化运行。通过先进的微电脑测控系统，分布式热电联产系统还可实现自动调整运行负荷，实现智能化的长期稳定运行。系统更容易根据用户负荷灵活调节运行状态，维持系统部分负荷下的高效率。 (6)良好的综合经济效益。分布式热电联产系统具有较好的综合经济效益，除了减少各类能源项目的投资外，由于资源利用效率高，没有也无须承担电力的线损和热力的管损，减少了若干个经营环节，加上自身的高自动化程度可以实现无人值守，极大地降低了设备的运行成本。 (7)分布式供电调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动，而且适合多种热电比的变化。系统可根据热或电的需求进行调节，从而增加了年设备利用小时。 当今的分布式供电方式主要是用液体或气体燃料的微型燃气轮机、各种工程