鐘曉梅

（江蘇上田環(huán)境修復(fù)有限公司，常州 213100）

分布式（DES）清潔能源利用技術(shù)是一種以能源梯級利用和冷熱電分布在用戶端為顯著特點(diǎn)的清潔能源利用技術(shù)，滿足用戶對冷熱電的不同需求，實(shí)現(xiàn)溫度對口供應(yīng)能源，將輸送環(huán)節(jié)的損耗降至最低，從而實(shí)現(xiàn)能源利用效能的最大化。分布式清潔能源系統(tǒng)的核心是通過能源的梯級利用來提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展[1]。

近年來，隨著清潔能源技術(shù)方面的政策扶持力度加大，分布式能源綜合利用技術(shù)在我國具備實(shí)施的現(xiàn)實(shí)條件。在區(qū)域能源解決方案中，分布式能源技術(shù)也具有良好的發(fā)展前景。

1. 分布式清潔能源

1.1 分布式清潔能源的概念

分布式清潔能源系統(tǒng)是基于一系列能源技術(shù)進(jìn)步和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的產(chǎn)物，是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。

分布式清潔能源系統(tǒng)一次能源以天然氣等氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端的熱電冷聯(lián)產(chǎn)為主，其它中央能源供應(yīng)系統(tǒng)為輔，實(shí)現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補(bǔ)充；在環(huán)境保護(hù)上，將部分污染分散化、資源化，爭取實(shí)現(xiàn)適度排放的目標(biāo)[2]。

1.2 分布式清潔能源的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)熱電冷聯(lián)產(chǎn)，通過余熱回收技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)蒸汽或熱水供應(yīng)，或使用吸收式制冷機(jī)組提供空調(diào)或工藝性用冷，可以將能源效率提高到90%；能源生產(chǎn)設(shè)備靠近用戶，生產(chǎn)的熱量、冷量和電量可直接使用，改進(jìn)了供能的質(zhì)量和可靠性，減少了輸配電設(shè)備的投資和電網(wǎng)的輸送損失；裝置容量小，占地面積小，初投資少；機(jī)組分散，系統(tǒng)更加靈活，可以將其分解進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，對發(fā)電系統(tǒng)影響較小。

2. 分布式清潔利用技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展情況

2.1 國內(nèi)發(fā)展情況

國家建設(shè)部等部委聯(lián)合發(fā)出了《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》的通知，明確了“統(tǒng)一規(guī)劃、分布實(shí)施、以熱定電和適度規(guī)?！钡陌l(fā)展原則。鼓勵使用清潔能源，發(fā)展熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣聯(lián)供，以提高熱能綜合利用率。在有條件的地區(qū)逐步推廣適用于廠礦企業(yè)、寫字樓、賓館、商場、醫(yī)院、銀行、學(xué)校等較分散的公共建筑的小型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組和余熱鍋爐等設(shè)備組成的小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)分布式能源項(xiàng)目主要分布在北京、上海、廣州等大中型城市，上海浦東國際機(jī)場、北京首都國際機(jī)場、上海中博會等項(xiàng)目在建或已投入運(yùn)行，并體現(xiàn)出良好的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效果。

2.2 國外發(fā)展情況

分布式能源系統(tǒng)的概念是從1978年美國公共事業(yè)管理政策法公布后，在美國開始推廣，然后被其他發(fā)達(dá)國家所接受，現(xiàn)已在很多國家推廣并加以應(yīng)用。美國從1978年開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)。目前，正研究能源資源高效利用的小型熱電冷三聯(lián)產(chǎn)。美國能源部制訂了詳細(xì)的熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展目標(biāo)，宣布了一個在2010年使熱電聯(lián)產(chǎn)容量翻一番的目標(biāo)，即美國要在2010年前再增加46000MW裝機(jī)容量的熱電聯(lián)產(chǎn)能力。

歐洲從1974年開始大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，其制定的分布式能源系統(tǒng)的目標(biāo)是：到2010年熱電發(fā)電量從1994年占發(fā)電總量9%增加到2010年的18%，可再生能源能夠提供22%的電能。歐洲委員會正在進(jìn)行一個SAVE II的能效行動計(jì)劃，包含許多不同的能效措施，來推動分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展[3,4]。

圖1 北京首都國際機(jī)場和上海中博會項(xiàng)目

3. 分布式清潔能源技術(shù)方案

分布式能源系統(tǒng)種類繁多，不僅包括以燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)為核心的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，還包括太陽能、風(fēng)能、生物能等可再生能源綜合利用系統(tǒng)。本文主要介紹以燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為核心的分布式能源系統(tǒng)技術(shù)方案。

3.1 燃?xì)廨啓C(jī)為核心

1）燃?xì)廨啓C(jī)—余熱鍋爐—蒸汽溴化鋰吸收式制冷機(jī)組

在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電后，將高溫?zé)煔庵械挠酂嵬ㄟ^余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換成蒸汽利用，冬季依靠換熱器提供熱水供暖，夏季依靠蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)制冷以及全年進(jìn)行生活熱水的供應(yīng)。另外還需要一臺小型燃?xì)忮仩t在冬季和夏季燃?xì)廨啓C(jī)不運(yùn)行時段供暖、制冷，以及作安全備用。

本方案適合于蒸汽需要量比較大，蒸汽品質(zhì)要求比較高的項(xiàng)目，例如醫(yī)院等，還特別適合已經(jīng)購買蒸汽鍋爐和蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)的單位進(jìn)行技術(shù)改造。不足之處在于系統(tǒng)比較復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)成本比較高，增加了壓力容器，安全要求也比較高。

2）燃?xì)廨啓C(jī)—并聯(lián)型余熱/直燃溴化鋰吸收式制冷機(jī)組

先利用天然氣發(fā)電，所不同的是將煙氣中的余熱直接通過余熱/直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)回收利用，冬季轉(zhuǎn)換熱水供暖, 夏季轉(zhuǎn)換冷水制冷。

本方案中將其與溴化鋰機(jī)組對接，利用燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣余熱制冷、供暖和提供生活熱水以及其他形式的熱能，將兩個成熟的技術(shù)進(jìn)行整合，減少了傳統(tǒng)利用方式中的鍋爐，換熱器、化學(xué)水系統(tǒng)等，大大降低了造價、運(yùn)行成本和維護(hù)難度。

3）燃?xì)猓羝啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)+吸收式制冷機(jī)組

圖2 燃?xì)廨啓C(jī)—余熱鍋爐—蒸汽溴化鋰吸收式制冷機(jī)組原理示意圖

圖3 燃?xì)廨啓C(jī)—并聯(lián)型余熱/直燃溴化鋰吸收式制冷機(jī)組原理示意圖

燃?xì)廨啓C(jī)排出的尾氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換為蒸汽，注入蒸汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電后的乏汽或抽汽供蒸汽制冷機(jī)制冷，其余部分可用于提供采暖或衛(wèi)生熱水。當(dāng)然燃?xì)廨啓C(jī)或余熱鍋爐的排氣同樣可以驅(qū)動排氣直熱型和排氣再燃型制冷機(jī)。

本方案具有更高的發(fā)電效率，與汽輪機(jī)發(fā)電中的應(yīng)用類似，溴冷機(jī)可以有效提高夏季發(fā)電量和發(fā)電效率，并且減小用電峰谷差。

3.2 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為核心

由內(nèi)燃機(jī)首先利用石油/天然氣發(fā)電,將內(nèi)燃機(jī)的煙氣和缸套冷卻水中的余熱, 由并聯(lián)型余熱/直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組回收利用, 冬季供暖，夏季制冷，內(nèi)燃機(jī)中的冷卻水作為居民的生活用熱水。

圖4 燃?xì)猓羝啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)+吸收式制冷機(jī)組原理示意圖

圖5 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)-吸收式制冷機(jī)組原理示意圖

表1 不同發(fā)電設(shè)備分布式清潔能源系統(tǒng)的綜合利用效率

發(fā)電后的排氣余熱得到充分利用，冷溫水機(jī)能耗最大限度降低；電力、空調(diào)、采暖和衛(wèi)生熱水幾種負(fù)荷容量搭配靈活，可以滿足不同場合的需要[5,6]。

4. 分布式能源系統(tǒng)能效分析

分布式清潔能源系統(tǒng)與熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)在節(jié)能方面的差別，就要在不同的參數(shù)變化下進(jìn)行供熱期、制冷期的節(jié)能率進(jìn)行分析，不同類型發(fā)電設(shè)備的冷熱電能源綜合利用效率見表1。

5. 分布式清潔能源綜合利用技術(shù)節(jié)能和環(huán)保效益

分布式清潔能源系統(tǒng)運(yùn)行減少了電力消耗，減輕了電網(wǎng)常年運(yùn)行負(fù)荷。同時降低了一次能源消耗過程中產(chǎn)生的SO2、CO2等污染物排放，減少ODS(消耗臭氧物質(zhì))排放緩解溫室效應(yīng)，具有很好的節(jié)能效益。

由國家能源局公布的污染物排放定額可知，假設(shè)年節(jié)約用電1000MWh，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤40t，相當(dāng)于CO2減排99.7t，粉塵27.2t，SO2減排3t，NOx減排1.5t，環(huán)保效益十分顯著。

6. 結(jié)論

國內(nèi)外工程應(yīng)用實(shí)踐表明，分布式清潔能源系統(tǒng)在溫室氣體排放、環(huán)境保護(hù)、能源的高效利用等方面表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢，擁有巨大的市場潛力和商業(yè)價值。利用各種熱工設(shè)備進(jìn)行分布式供電，與常規(guī)燃煤火力發(fā)電相比能更有效地控制有害氣體的排放是可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術(shù)之一。

[1]徐建中.分布式供電和冷熱電聯(lián)產(chǎn)的前景.節(jié)能與環(huán)保, 2002 (3): 1014.

[2]吳大為，王如竹. 分布式能源定義及其與冷熱電聯(lián)產(chǎn)關(guān)系的探討，制冷與空調(diào)，2005，5（5）：2～3

[3]黃錦濤，豐鎮(zhèn)平，袁勁松，分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析，沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，1（1）：18.

[4]段潔儀，馮繼蓓，梁永建，樓宇式天然氣熱電冷聯(lián)供技術(shù)及應(yīng)用，煤氣與熱力，2003，23（6）：339～341.

[5]吳錫琴，潘軍松，小型熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目方案優(yōu)化簡析，上海煤氣，2004，3：1～2.

[6]陸耀慶，實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M],北京：中國建筑出版社，1998.