区域能源与分布式能源-许文发

区域能源与分布式能源全国区域能源专业委员会理事长许文发教授1区域能源1.1、什么是区域能源？区域供暖、区域供冷、区域供电以及解决区域能源需求的能源系统和它们的综合集成统称为区域能源。这种区域可是：行政划分的城市和城区；也可是一个居住小区或一个建筑群；还可是特指的开发区、园区、等等。能源系统可以是锅炉房供热系统；冷水机组系统；热电厂系统；冷热电联供系统；热泵供能系统；等等。所用的能源还可以是：燃煤系统；燃油系统；燃气系统；可再生能源系统（太阳能热水系统，地下水源热泵系统，地表水源热泵系统，污水源热泵，土壤源热泵系统。光伏发电系统，风力发电系统；等等。）生物质能系统等等。总之，人类社会发展至今所有一切用于生产和生活的能源，在一个特指的区域内得到科学的、合理的、综合的、集成的应用，完成能源生产、供应、输配、使用和排放全过程，称之为区域能源。1区域能源1.1.1区域：一个特指的范围；可以是一个城市、一个城区、一个街区、一个建筑群、一栋建筑；还可以是开发区、生态区、低碳区。1区域能源1.1.2能源：可以是一次能源，自然形成的不可再生的化学矿物能源，如煤碳、石油、常规天然气（石油天然气）、非常规天然气（页岩气、煤层气）；二次能源，由一次能源转换出了电能、热水、蒸汽、各种热媒等；可再生能源、太阳能、风能、水力位能、地热能等；以及各种余热废热；还包括各种高品位能源和各种低品位能源。1区域能源1.1.3供能系统：可以是燃煤锅炉房供热系统、燃气锅炉房供热系统、燃煤发电厂系统、燃气发电厂系统、各种热电厂系统、冷热电联供系统、各种热泵供能系统等。1区域能源1.1.4区域能源用户：可以是建筑用能，包括建筑用电、暖通、空调、热水、蒸气；还可以是产业用能，包括在区域中各种产业需要的能源、冷、热、电等；还可以是交通用能，包括在区域中为交通工具提供的各种能源，例如为电动车辆充电系统等等。1区域能源1.2国际上对区域能源的认识国际区域能源协会是1908年成立的，它致力于促进它的会员在提供可靠的、经济的、高效率的、对环境有利的、正确的区域能源方案方面，成为行业领先者。通过区域供冷、供热与热电联产的先进技术，促进能源效率和环境质量的提高。20世纪中期发达国家就已经认识到了区域能源所带来的经济效益，欧洲很多国家就大力发展区域供热，到70年代开始发展区域供冷，同时推进热电联产。20世纪末，世界各国都已经认识到能源消耗带来的环境问题，同时也在认识到了能源供应和使用的科学合理会带来更好的环境效益。一些发达国家已经开始综合的集成的使用能源。以这样的观点来认识和发展区域能源，就使得区域能源在21世纪初进一步得到发展的机遇。美国的学者认为：美国是否能实现减少二氧化碳排放的目标，取决于增加应用区域能源的幅度和可行性。欧洲的经验证明，建立区域能源系统是减少二氧化碳排放不可或缺的方法、并且经济实惠节省开销1区域能源1.2.1人类社区发展、生产生活的主观需求：人类自产生那一刻就是群居，随着人类社会的进化，为满足这种群居的需求，出现了各种形式区域，发展至今天就出现了，功能越来越完善的种种区域，这些区域要满足人类生产、生活的需要就必须有能源的供应。1区域能源1.2.2中国的城市化进程需求发展区域能源，当今在中国，老城区的改造，新城区的建设，新的城镇在建设发展，这些建设中都离不开能源的建设。1区域能源1.2.3区域能源以它对各种能源的综合、集成、科学、合理的应用受到青睐。区域能源可以使各种高低品位能源在它的区域内科学、合理、综合、集成、梯级应用，以达到节能、减排的效益。1区域能源1.2.4区域能源以它对区域内各种能源用户需求，综合、集成分析，将各种负荷、错时、错峰及不同入住率同时考虑以降低能源系统的装机容量，增加系统的运行时间和能源综合利用率，达到节能减排效果。1区域能源1.2.5区域能源的综合节能减排效益，现已被世界各国公认，纷纷采取不同的方式应用，而且推广越来越广泛。区域供热、区域供冷、区域供电、区域综合供冷、供热、供电等等。1区域能源1.3我国区域能源的发展在建国初期，我国北方地区就开始开发、建设、发展区域能源系统，只不过是以区域供热为主，经过六十多年的发展，在全国六百多个城市中，已有四百多个热力公司在从事着区域供热——单一的供热的区域能源系统。而大多又是以燃煤系统为主。在近三十年来，由于空调事业的发展，由分散供冷向集中供冷，现又向区域供冷发展，已形成一个趋势，特别是在我国长江以南地区已经出现几十万平方米甚至上百万平方米的区域供冷项目。这是区域能源供需市场发展的必然结果。1区域能源近十年来，由于节能减排形势的紧迫。由原来的冷热分供，发展为冷热联供。特别是在黄河以南，长江流域，区域能源系统发展为冷热联供：夏季供冷——空调，冬季供热——采暖。使得区域能源向综合方向发展。近年来，由于热泵技术的应用，冷热电三联供的应用，使得能源的使用更加科学合理，逐步实现品位对应、温度对口、梯级利用。使得更多低品位、低温的能源得到充分利用。区域能源向着集成方向发展。1区域能源1.4.区域能源对节能减排的重要意义1.4.1合理用能、科学用能、综合用能、集成用能人们在利用大自然提供的能源进行生产生活，这能源包括一次性的化石能源；煤炭、石油、天然气等等；也包括可再生能源：太阳能、水利位能、风能、地热能等等。不论利用那一种能源，都存在着怎么才能利用得更好，就是利用率最高，产生的危害最少。存在着合理利用、科学利用的方式方法问题；要实现合理、科学利用能源，就要综合考虑，采用集成的手段。什么是合理用能、科学用能、综合用能、集成用能呢？1区域能源1.4.2品位对应能源是分品位的，不论是一次能源，还是二次能源（经一次能源转换产生的；电、蒸汽、热水，冷水等等）。能源依据他在自然界里的存量，它所产生能量的多少，它所产生能量的级别（温度），它所能转换成其它能源形式的多少，他能被梯级利用得次数多少，它对自然环境所造成的影响，利用它所需成本等等。来分为高低品位的。例如：天然气比煤炭的品要高；因为天然气的利用成本较低，可梯级利用次数多，产生的污染少等等。再如：电能比50℃热水品位要高；因为电能可转成许多其它形式的能源：光能、化学能、机械能、热能等等；而50℃热水只能用来采暖空调或做生活热水。合理用能、科学用能、综合用能、集成用能就是高品位能源用在高品位处。低品位能源用在低品位处，不能高能低用。1区域能源1.4.3温度对口人们在生产生活中对用能的温度的需求是不同的，例如：对环境舒适温度需求，夏季是24-26℃；冬季是18-20℃；对生活热水的需求是50℃左右；对烹饪温度是100℃-几百度；对发电需求是几百度到上千度；对各种生产工艺要求的温度也是由几十度到几百度再到上千度不等的。合理用能、科学用能、综合用能，集成用能就是根据实际生产生活需求来供应温度对口的能源。做到高温能源用到高温处，低温能源用到低温处，不能高能低用。1区域能源1.4.4梯级利用自然界中有存在很多高品位的能源，他们可以产生温度很高的二次能源，但在人们利用的初始阶段，都被忽视了。例如20世纪40-50年代，在燃煤发电的能源系统中，燃煤的发电效率只有30-35%左右，剩余的能量完全排放掉了，煤炭在发电过程中只被利用了一次。后来人们发明了热电联产，将发完电的余热用来解决区域供热，燃煤的利用率提高到了70-80%左右，实现了燃煤的两次利用。一次用高温段发电，再一次用余热段供热，实现梯级利用。1区域能源现代技术的发展，特别是热泵的技术的应用，可以使高品位的能源梯级利用四次或更多。例如：燃气蒸汽联合循环发电，——冷热电联供——热泵区域能源系统。它先用天然气在燃气轮机里燃烧高温烟气推动涡轮机发电，后再将发完电的乏气——温度500-600℃左右送入余热锅炉产生水蒸气，再送入蒸汽轮机发电，之后发完电的水蒸气换热制冷、供热，最后再用热泵将冷凝水热量提升用来采暖或生产生活热水。这是一个非常典型梯级利用技术，现在已经有很多项目利用这一技术，实现能源的梯级利用。1.4.5综合利用由于节能减排形势的紧迫，目前很多项目中出现了各种形式能源的综合利用，取长补短，共同达到保护环境节约资源的目的。例如用一次能源为主，可再生能源为辅的区域能源系统；或是可再生能源为主，一次能源为辅的区域能源系统；冷热电三联供系统与热泵系统综合的区域能源系统等。所有的这些综合利用能源系统的初衷和目标就是以最小的能源消耗，最少的排放达到最佳的能源利用效果。例如：天然气锅炉一次燃烧采暖排放NOx为几百到上千PPm，天然气冷热电三联供梯级利用排放NOx为几个到几十个PPm。1.4.6集成利用若达到最佳的节能减排效果，仅单独用一种设备，用一个系统，用一种技术是不能完全实现的。节能减排来到二十一世纪，要求进行对各种设备系统、技术进行综合，集成，互相补充完善达到最优的效果。例如：冷热电三联供系统与热泵系统集成，达到经济，节能，减排的理想效果。1区域能源2分布式能源2.1什么是分布式能源2.1.1世界分布式能源联盟的定义分布式能源是分布在用户端的独立各种产品和技术，包括：1、高效的热电联产系统，功率在3kW——400MW的燃气轮机、蒸汽轮机、内燃机、燃料电池、微型燃气轮机等；2、分布式可再生能源，包括光伏发电系统，小水电、生物能发电以及风力发电。2分布式能源2.1.2我国发改委的定义分布式能源是利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式。与传统的集中式能源相比，分布式能源接近负荷，不需要建设大电网进行远距离高压或超高压输送，可大大减少线损，节省输配电建设投资和运行费用；由于兼备发电、供热等多种能源服务功能，分布式能源可以有效的实现能源的梯级利用，达到更高的能源综合利用率2.1.3我国行业标准cjj145-2010定义布置在用户附近，以燃气为一次能源用于发电，并利用发电余热制冷,供热，同时向用户输送电能，热（冷）的能源供应系统。(发电容量小于或等于15MW)2.1.4上海市标准DG/TJ08-115-2008定义在用户内部或靠近用户，联合供应电，热（冷）能的系统，系统输入的能源可以是燃气，轻柴油，生物质能，氢能或太阳能，风能等。(单机容量6.0MW及以下)2分布式能源2.2为什么要发展分布式能源调整能源结构，转换能源利用方式；增加清洁能源用量；限煤改气，提高能效，降低排放。发展分布式能源，建设区域能源，改革能源供应和利用方式，向国际先进水平学习，应该是我国能源发展与建设的基本方针。2.2.1分布式能源可以提高能源综合利用率24能源形势中国能源环境形势：能耗高、环境压力大世界能源平均利用效率：50.32%，我国36.81%；世界平均每百万美元GDP耗能：2.49吨油当量，我国7.18吨油量；为应对全球气候变化我国政府承诺：到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40％-45％，其中节能提高能效贡献率要达到85％以上。关键问题：提高能效、减少排放（节能减排）2分布式能源燃煤发电厂发电的利用效率一般在35%；热电联产机组的利用效率一般在45%以上；燃气蒸汽联合循环机组利用效率一般在55%以上；天然气分布式冷热电联供，实现了能源梯级利用，利用效率可达70%~95%。2分布式能源2.2.2分布式能源排放低低排放，对大气环境影响小与燃煤电厂比，基本没有烟气和SO2排放，NOx排放降低80%，CO2排放降低50%以上；与燃气锅炉和直燃机比，Nox排放至少低一个数量级PPm以上；2分布式能源2.2.3调整能源结构、限煤改气必须发展分布式能源，中国的能源结构与世界水平比较“十二五”能源规划2分布式能源我国能源消费结构的国际比较35.0%24.0%29.0%5.5%6.5%18.9%3.6%70.0%0.8%6.6%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%石油天然气煤炭核电水电及其它世界平均中国2020/5/18282分布式能源“十二五”能源规划与“十一五”的