分布式供電和冷熱電聯產的前景

分布式供電和冷熱電聯產的前景

1 前言
能源是人類生存的基本條件和人類社會發展的原動力。隨著人類文明的進步，能源問題成為人們日益關注的焦點問題。目前全世界都在推動第二代能源系統的建設，積極試點，認真進行立法準備，抓緊開發配套相關設備。第二代能源系統具有六個方面的主要特征，一是燃料的多元化；二是設備的小型、微型化；三是冷熱電聯產化；四是網絡化：五是智能化控制和信息化管理；六是高標準的環保水平。而其中燃料的多元化，設備的小型、微型化，冷熱電聯產化和環保要求則代表著能源技術發展的幾個重要方向：可再生能源的開發利用、分布式供電技術的興起與冷熱電三聯產系統的發展。
本文通過對分布式供電特點及其發展趨勢的闡述，強調分布式供電對電力工業的重要作用，指出可再生能源為分布式供電提供了更廣闊的發展前景；分布式供電技術發展的主要方向之一為冷熱電三聯產技術。
2 分布式供電
2.1 分布式供電概述及其特點
顧名思義，分布式供電是相對于傳統的集中式供電方式而言的，是指將發電系統以小規模(數千瓦至50MW的小型模塊式)、分散式的方式布置在用戶附近，可獨立地輸出電、熱或(和)冷能的系統。這個概念是從1978年美國公共事業管理政策法公布后正式先在美國推廣，然后被其它先進國家接受的。當今的分布式供電方式主要是指用液體或氣體燃料的內燃機、微型燃氣輪機和各種工程用的燃料電池。因其具有良好的環保性能，分布式供電電源與“小機組”己不是同一概念。
與常規的集中供電電站相比，分布式供電具有以下優勢：沒有或很低輸配電損耗；無需建設配電站，可避免或延緩增加的輸配電成本；適合多種熱電比的變化，系統可根據熱或電的需求進行調節從而增加年設備利用小時；土建和安裝成本低；各電站相互獨立，用戶可自行控制，不會發生大規模供電事故，供電的可靠性高；可進行遙控和監測區域電力質量和性能：非常適合對鄉村、牧區、山區、發展中區域及商業區和居民區提供電力；大量減少了環保壓力。
二十世紀初以來電力行業流行的觀點是，發電機組容量越大，則效率越高，單位kw投資越低，發明成本也越低，因而隨著能源產業的發展，電力工業發展方向是“大機組、大電廠和大電網”。但是，在許多特殊情況下，分布式供電是集中供電不可缺少的重要補充：
● 分布式供電可以滿足特殊場合的需求 例如，而印瞞設電網的西部熟頃地區或散布的用戶：對供電安全穩定性要求較高瞅糊昭戶，如醫院、銀行等；能源需求較為多樣化的用戶，需要電力的同時還需要熱或冷能的供應。這種供電方式最大的優點是不需遠距離輸配電設備，輸電損失顯著減少，運行安全可靠，并可按需要方便、靈活地利用排氣熱量實現熱電聯產或熱電冷三聯產，提高能源利用率。
● 分布式供電方式可以彌補大電網在安全穩定性方面的不足 在世界上大型火電廠建設的趨勢有增無減之時，電網的急速膨脹對供電安全與穩定性帶來很大威脅，而各種形式的小型分布式供電系統，使國民經濟、國家安全至關重要而又極為脆弱的紐帶--大電網不再孤立和笨拙。直接安置在用戶近旁的分布式發電裝置與大電網配合，可大大地提高供電可靠性，在電網崩潰和意外災害(例如地震、暴風雪、人為破壞、戰爭)情況下，可維持重要用戶的供電。
● 分布式供電方式為能源的綜合梯級利用提供了可能 在常規的集中供電方式中，能量形式相對單-。當用戶不僅僅需要電力，而且需要其它能量形式如冷能和熱能的供應時，僅通過電力來滿足上述需要時難以實現能量的綜合梯級利用：而分布式供電方式以其規模小、靈活性強等特點，通過不同循環的有機整合可以在滿足用戶需求的同時實現能量的綜合梯級利用，并且克服了冷能和熱能無法遠距離傳輸的困難。
● 分布式供電方式為可再生能源的利用開辟了新的方向 相對于化石能源而言，可再生能源能流密度較低、分散性強，而且目前的可再生能源利用系統規模小、能源利用率較低，作為集中供電手段是不現實的。分布式供電方式為可再生能源利用的發展提供了新的動力。我國的可再生能源資源豐富，發展可再生能源是二十一世紀減少環境污染和溫室氣體排放以及替代化石能源的必然要求，因此為充分利用量多面廣的可再生能源發電，方便安全地向偏僻、少能源地區供電，建設可再生能源分布式供電應受到高度重視。
還應指出，對目前世界能源產業面臨亟待解決的四大問題：合理調整能源結構、進一步提高能源利用效率、改善能源產業的安全性、解決環境污染，單-的大電網集中供電解決上述問題存在困難，而分布式供電系統恰好可以在提高能源利用率、改善安全性與解決環境污染方面做出突出的貢獻。因此，大電網與分散的小型分布式供電方式的合理結合，被全球能源、電力專家認為是投資省、能耗低、可靠性高的靈活能源系統，成為二十-世紀電力工業的發展方向。這就是說，世界電力工業已經開始向傳統電力工業的模式告別，走向依靠大型發電站和小型分布式供電廣泛結合的過渡的“分散式”電力系統，從而大大改善供電效率、供電品質和減輕當今電力行業對環境影響形成的負擔、減少興建和改善輸配電線路。而且，由于近來美國加州供電危機的影響，國外有的觀點甚至認為今后在大力發展分布式供電的情況下，大型中心電站將走向衰落。
2.2 分布式供電發展趨勢
2.2.1分布式供電的主要方式
分布式發電方式多種多樣，根據燃料不同，可分為化石能源與可再生能源；根據用戶需求不同，有電力單供方式與熱電聯產方式(CHP)，或冷熱電三聯產方式(CCHP)；根據循環方式不同，可分為燃氣輪機發電方式，蒸汽輪機發電方式或柴油機發電方式等。表1列出了主要的分布式供電方式。
在產業革命后的200年中，煤炭一直是世界范圍內的主要能源，而隨著科技、經濟的發展，石油在一次能源結構中的比例不斷增加，于20世紀60年代超過煤炭。此后，石油、煤炭所占比例緩慢下降，天然氣比例上升；同時，新能源、可再生能源逐步發展，形成了當前的以化石燃料為主和新能源、可再生能源并存的格局。然而，雖然可再生能源是取之無盡的潔凈能源，但其能源密度低，穩定性較差，需要蓄能調節，長期穩定運行困難，且由于技術不夠成熟，可再生能源一次投資較大，經濟性差；而化石能源的發電技術不僅更加成熟，而且效率更高。因此，作為分布式供電的發電技術，化石能源目前仍是國際上的主要方向。
表1 主要的分布式供電方式

發電技術

能源種類

內燃機發電技術
燃氣輪機發電技術
微型燃氣輪機發電技術
常規的燃油發電機發電技術
燃料電池發電技術

化石能源

太陽能發電技術
風力發電技術
小水利發電技術
生物質發電技術