分布式能源供能系统经济运行场景研究

分布式能源供能系统经济运行场景研究

赵刚

华润燃气投资（中国）有限公司 广东省深圳市 518000

摘要：随着国民经济水平的不断提高，我国对能源的需求不断增加。同时，世界各国对环境保护的要求逐渐增加。为了满足我国对能源和环保的双向需求，驱动社会的良性发展，保证电力供给的安全可靠，能源结构的转型升级。区别于传统的发电模式，指以满足特定用户需要并可以与现有电网系统进行匹配联动运行的一种供能系统。分布式能源的发展离不开政策对其的推动，支持力度也是由最初的宏观鼓励到实质性的支持。本文以分布式能源在应急供能领域应用，对其经济性进行分析，为类似项目提供参考。

关键词：分布式能源；供能系统；微电网；经济；运行场景

1分布式能源系统概述

分布式能源系统(Distributed Energy Resources，DER)是世界能源工业发展中的一个重要方向，在发达国家技术己较成熟并得到了大力推广应用。分布式能源系统是相对于传统集中供电方式而言的，指将系统安装在用户侧，根据用户能源需求进行冷、热、电供给，使系统高效地利用能源。由于分布式能源省去了电网及供热管网的投资，经济性较好。分布式供能系统适合多种燃料，具有环保、可靠和灵活等优点，化石能源，太阳能、水能.生物质能、沼气、风能等都可以实现分布式能源系统进行冷热电三联供。其中以天然气为燃料的热电冷三联供方式发展最快，在我国的分布式能源领域占有较大比例。采用天然气为燃料的分布式能源系统，一般采用燃气轮机或燃气内燃机作为发电设备，在发电的同时，利用发电产生的烟气余热生产冷热产品就近满足用户电冷热需求。

2、分布式能源系统的发展现状

2.1、国外发展现状

美国是分布式能源发展最早的国家（1978年），截至2016年已建成6000座分布式能源电站，预计2020年分布式电站装机的总容量达到1.87亿千瓦，占全国总装机容量29%，目前已发展到多能互补分布式能源阶段。日本分布式能源项目以热电联产和太阳能光伏发电为主，装机容量约3600万千瓦，占全国总装机量的13.4%。日本计划在2030年前达到分布式发电量占总发电量20%的目标。截至2019年4月，日本已通过Ene-Farm项目安装30万个家用燃料电池—微型热电联供单元，在商业上取得了极大的成功。欧盟分布式能源发展处于世界领先水平，德国预计2020年前投资30000个项目，总装机达到277万千瓦，使燃气分布式发电量翻一番，达到全国总发电量的25%。英国通过大量激励政策扶持联供系统的发展，已建成1000余座分布式冷热电联供系统。截至2019年4月，欧盟通过Ene-fielld和PACE等项目安装1万个燃料电池—微型热电联供单元，将在2022年增至10万个。

2.2、国内发展现状

我国的分布式能源起步较晚，截至2019年底，我国天然气分布式装机容量约2400万千瓦，主要分布在京津唐、长三角和珠三角地区。比如广州大学城、上海浦东机场，北京燃气集团调度中心大楼、上海黄浦中心医院等。预期到2020年天然气分布式发电机容量达到５000万千瓦，在目前基础上翻一番。从发展质量上而言，区域分布式能源项目较多还是在热电联产层面，没有考虑冷热电三联供和多能互补。

3、分布式能源供能系统运行的经济性分析

分布式发电是指接入配电网运行，发电量就近消纳的中小型发电设施，以及有电力输出的能源综合利用系统。分布式能源因变负荷性灵活、初投资低、供电可靠性高、输电损失小和适合可再生能源发展等特点，在国内外得到大力发展，技术成熟性已得到广泛的项目验证。分布式能源就近负荷端分散布置，可对传统大电网形成有效的补充，在灾害多发地区的负荷中心建立分布式能源微网，可以提高供电备用，有利于故障后黑启动，提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力。作为大电网的一种补充形式，在特殊情况下（例如发生地震、暴风雪、洪水、飓风等意外灾害情况），分布式能源微网可作为备用电源向受端电网提供支撑；同时，分布式能源微网系统可以迅速与大电网解列形成孤网独立运行，从而保证重要用户的不间断供电。在自然灾害多发地区，通过布置建设不同形式和规模的分布式能源微网，能够在发生灾害后迅速就地恢复对重要负荷的供电。

分布式能源系统可加强与现有公共突发事件应急系统的集成，实现应急能源和信息的共享，构建协调互动的城市应急能源联动机制，将城市供电应急处理纳入城市总体应急管理体系之中。针对应急供能需求，根据能否移动分布式能源站可分为固定式能源站，以常规的地面固定分布式能源站为主；移动式能源站，适应灾害发生后电力应急救援工作的特点；

应急移动电源装备的选型和设计应重点考虑以下原则；体积小，重量轻，机动灵活，能满足多种复杂路况下的道路通过性；功率大，功率密度高，能在一定范围内恢复必要的电力供应；环境适应性强，运行安全可靠。从某种意义而言，灾后应急救援工作是对“时间就是生命”这一古训最好诠释。因此，应急移动电源装备必须具备上述技术特点才能够有效满足其使用需求。

移动电源可采用运输方式有多种，如货车、挂车或拖车运输，也可采用船运或空运。对于大功率轻型燃气轮机移动电源，可采用单元体模块化运输、现场快速组装的方式实现远距离调用ａ常见的移动分布式能源站包含以下两种：

1）车载移动式能源站

移动式能源站的研究是从移动发电车开始，在欧美等发达国家，多采用高附加值的多功能商用车。在我国，电源车多为利用国内现有厢式改装车技术开发，主要应用在电力抢修、通信维修、市政建设、突发事件处理、抢险救灾等方面。目前，国内使用的电源车是将发电系统、照明系统等应急工作需要的设备，进行组装，实现车载化。

2）海上分布式能源站

将分布式能源设备布置于船上，装有成套发电及变输电设备，并且可移动的水上电站或称发电船．可用于向某一地区或港口供电，是一种清洁能源的供应技术，可以快速填补地区电力缺口，在应急情况下可向港口、岛屿或近水工业区域提供能源，也可以作为沿江沿湖中小城市的应急电源，从技术特点上分类，现在已有的发电船的发电方式通常有两种，一是采用高效双燃料发电机组，热效率可以达到45%。其优势在于从待机状态加载至满载可以控制在数分钟以内，同时可以使用多种燃料二是采用燃气轮机，可以采用简单循环，也可以采用联合循环，采用联合循环整体效率接近55%。采用联合循环时通常需要两个或更多的驳船来容纳所需的设备，位于多米尼加共和国普拉塔港的史密斯热电联产／安然工厂是这方面的典型案例该工厂的净发电功率为185MWe，由一艘驳船上的75MWGEFrame7燃气轮机和另一艘驳船上的118MWe蒸汽轮机共同完成发电。

结束语

总而言之，分布式能源在发达国家已经具有数十年的历史，在我国也已经具有20多年的历史。从早期新能源的简单利用，到提出系统的部署能源微网络，世界各国正在积极寻求能源结构最优化的形式。我国也在近年来加快了分布式能源的发展步伐，通过出台一系列国家及地方政策，扶持相关产业的发展。根据国际能源署的研究，中国将会成为继俄罗斯、德国之后分布式能源占比最高的国家，预计2030年可达到28%。与此同时，分布式能源的发展具有客观的制约因素，包括能源利用稳定性、安全性以及经济性等。解决制约因素，促进相关产业由粗放到精细化高质量的发展，将是我国分布式能源行业未来一段时间内的发展重点。

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