金東馬憲國(guó)

上海市能源研究會(huì)

上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院

國(guó)內(nèi)外分布式能源的發(fā)展

金東馬憲國(guó)

上海市能源研究會(huì)

上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院

以天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)為主，可再生能源為輔的分布式能源供應(yīng)形式迅速發(fā)展，對(duì)改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，抑制環(huán)境惡化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的意義重大。因此，大力推廣分布式能源已成為大多數(shù)國(guó)家的共識(shí)。介紹了美國(guó)、日本、中國(guó)分布式能源的發(fā)展情況，以及分布式能源的特點(diǎn)和分類(lèi)，提出了推進(jìn)分布式能源發(fā)展的建議。

分布式能源；可再生能源；熱電聯(lián)產(chǎn)；發(fā)展

1 國(guó)內(nèi)外分布式能源的發(fā)展

1.1 美國(guó)分布式能源的發(fā)展

美國(guó)在20世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展分布式能源，從小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)到如今廣泛應(yīng)用的冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)，分布式能源得到了快速的發(fā)展。美國(guó)為推動(dòng)分布式能源的發(fā)展，制定了很多成效顯著的能源政策。1978年，美國(guó)頒布《公用設(shè)備管理政策法案》以及相關(guān)的優(yōu)惠稅收政策，促進(jìn)了熱電聯(lián)產(chǎn)的迅速發(fā)展，提高了能源利用效率[1]；2001年，又頒布了《關(guān)于分布式電源與電力系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)草案》，正式允許分布式能源并網(wǎng)運(yùn)行，用戶可以向大電網(wǎng)出售多余電力；2007～2009年期間，美國(guó)又頒布了一系列的新能源的政策，大力發(fā)展可再生能源。2008年，該國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到世界第一。從小型、獨(dú)立的熱電聯(lián)產(chǎn)到可以并網(wǎng)售電的分布式能源系統(tǒng)，再到與可再生能源的結(jié)合，美國(guó)的分布式能源經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，如表1所示。

表1 美國(guó)分布式能源的發(fā)展階段

美國(guó)油氣資源豐富，油氣管道分布廣泛，分布式能源項(xiàng)目主要以天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目為主。截至2016年，美國(guó)已經(jīng)建設(shè)了超過(guò)6 000座分布式能源站，分布式發(fā)電市場(chǎng)高達(dá)10多億美元，到2020年分布式發(fā)電總裝機(jī)量計(jì)劃達(dá)到1.87億kW，占總裝機(jī)量的29%。

美國(guó)電力行業(yè)發(fā)生過(guò)幾次較大的停電事故，因此美國(guó)分布式能源的發(fā)展特別注重供電的安全可靠性。

1.2 日本分布式能源的發(fā)展

日本是一個(gè)能源資源短缺的國(guó)家，基本依賴(lài)進(jìn)口，能源成本昂貴，因此非常重視可再生能源的開(kāi)發(fā)，很早就開(kāi)始利用以太陽(yáng)能、風(fēng)能為代表的可再生資源，大力推廣太陽(yáng)能光伏發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電等。同時(shí)，日本也特別注重提高能源使用效率，頒布了一系列相關(guān)政策。

1974年，日本出臺(tái)了居民屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的補(bǔ)貼政策；1986年，發(fā)布了《并網(wǎng)技術(shù)要求指導(dǎo)方針》，為分布式能源的并網(wǎng)提供了依據(jù)；1995年，修訂了《電力法》及《并網(wǎng)技術(shù)要求指導(dǎo)方針》，允許分布式能源業(yè)主可以將多余的電力賣(mài)給供電公司，并享受政府的融資、補(bǔ)貼等優(yōu)惠政策；2005～2008年，制定京都議定書(shū)目標(biāo)計(jì)劃，確立熱電聯(lián)產(chǎn)的有效作用，將分布式熱電聯(lián)產(chǎn)確立為能源高度利用技術(shù)革新，并在醫(yī)院、賓館、石油化工、鋼鐵等領(lǐng)域大力推廣[2～3]；2010年，提出建設(shè)低碳社會(huì)方針，出臺(tái)促進(jìn)引進(jìn)天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃。2011年，東京地區(qū)發(fā)生大地震后，政府意識(shí)到能源安全的重要性，更加重視分布式能源的發(fā)展。

日本目前在可再生能源利用方面處于世界先進(jìn)水平，擁有如三菱重工，富士電機(jī)等先進(jìn)制造企業(yè)，這些企業(yè)提供了世界上大多數(shù)分布式能源的核心設(shè)備，在世界分布式能源消費(fèi)市場(chǎng)，占據(jù)著較大的優(yōu)勢(shì)。

1.3 中國(guó)分布式能源的發(fā)展

環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響了中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。2015年煤炭在能源消費(fèi)中的比重仍達(dá)到62%，火力發(fā)電的能源轉(zhuǎn)化效率僅在35%左右，大量的能源在轉(zhuǎn)化過(guò)程中損耗和浪費(fèi)，采用分布式能源發(fā)電，可以改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少能源浪費(fèi)，減輕環(huán)境污染問(wèn)題，有助于我國(guó)建立綠色能源體系。

2015年，中國(guó)的可再生能源消費(fèi)增長(zhǎng)20%，其中太陽(yáng)能增長(zhǎng)69.7%，風(fēng)能增長(zhǎng)15.8%，天然氣增長(zhǎng)4.7%，到2020年，分布式能源發(fā)電總的裝機(jī)容量計(jì)劃達(dá)到1.3億kW[4]。

結(jié)合美國(guó)、日本的分布式能源發(fā)展過(guò)程，可以看出，國(guó)家政策在分布式能源的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了主導(dǎo)性的作用。我國(guó)為了推動(dòng)分布式能源的發(fā)展，推出了一系列政策，如表2所示。

2 分布式能源概述

2.1 分布式能源的特點(diǎn)

所謂分布式能源，是指安置在用戶側(cè)的能源綜合利用系統(tǒng)。能源資源包括了太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等可再生能源，以及天然氣、煤氣、石油氣等化石能源。與傳統(tǒng)的集中式發(fā)供電相比較，分布式能源發(fā)電具有節(jié)能環(huán)保，能耗小的優(yōu)點(diǎn)。

表2 分布式能源政策及要點(diǎn)[5]

分布式能源發(fā)電的輸入能源為清潔能源或者是可再生能源，具有較低的污染排放，潔凈環(huán)保；能量供應(yīng)端位于用戶側(cè)，避免了輸配電損失和熱能損耗，具有節(jié)能性；分布式能源多采用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，向用戶提供不同品位的熱、電、冷負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了能源的多級(jí)利用，具有較高的能源利用率。

2.2 分布式能源技術(shù)種類(lèi)

根據(jù)能源種類(lèi)的不同，分布式能源技術(shù)可以分為兩大類(lèi)，可再生能源技術(shù)和熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)[4]。

目前我國(guó)的分布式能源系統(tǒng)主要以天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)為主。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)主要由動(dòng)力設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、余熱回收裝置等組成。圖1是北京南站的供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，此方案為典型的冷、熱、電聯(lián)供系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能、天然氣、污水的綜合利用。方案設(shè)計(jì)年發(fā)電量達(dá)到18萬(wàn)kWh，裝機(jī)容量3 MW，理論上可節(jié)約49%的電力[4]。

目前常用的分布式能源發(fā)電技術(shù)包括風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等（見(jiàn)圖2）。

（1）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)能資源是可再生資源，分布廣、儲(chǔ)量大、不會(huì)枯竭，風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能的主要利用形式。2015年，我國(guó)的風(fēng)電新增裝機(jī)容量和累計(jì)裝機(jī)容量位居世界第一。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相對(duì)成熟，發(fā)電過(guò)程清潔環(huán)保，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，小型分布式風(fēng)力發(fā)電廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中，比如城市、鄉(xiāng)村、牧區(qū)、海島、偏遠(yuǎn)山區(qū)等，只要風(fēng)速達(dá)到一定條件，就可以發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。因?yàn)轱L(fēng)力資源的不穩(wěn)定性，風(fēng)機(jī)的電力輸出也具有隨機(jī)性，容易受到氣象因素的影響。

（2）太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)

太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)是一種利用太陽(yáng)輻射能的發(fā)電技術(shù)，包括太陽(yáng)能熱電技術(shù)和太陽(yáng)能光伏技術(shù)。太陽(yáng)能熱電技術(shù)是將太陽(yáng)能先轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最后轉(zhuǎn)化為電能，整個(gè)過(guò)程中能量層層轉(zhuǎn)化，因此能量損失大，系統(tǒng)效率不高。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，整個(gè)過(guò)程沒(méi)有任何污染和排放。分布式光伏發(fā)電應(yīng)用廣泛，安裝方便，可以直接安裝在建筑屋頂上，只要有陽(yáng)光，就可以發(fā)電。但目前光伏發(fā)電建設(shè)成本較高，隨著技術(shù)的進(jìn)步，光伏發(fā)電必將成為市場(chǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

圖1 典型的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

圖2 常用的分布式能源技術(shù)分類(lèi)

（3）生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)能資源包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、以及城市垃圾和污水等，可以直接燃燒發(fā)電，也可以氣化后發(fā)電。沼氣發(fā)電技術(shù)是生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的一種，主要應(yīng)用在養(yǎng)殖廠、工業(yè)污水處理以及垃圾填埋場(chǎng)等。

（4）內(nèi)燃機(jī)

小型內(nèi)燃機(jī)技術(shù)成熟，快速啟動(dòng)，不受自然條件限制，應(yīng)用范圍廣，但維護(hù)成本高，噪聲大，余熱回收裝置復(fù)雜。

（5）燃?xì)廨啓C(jī)

燃?xì)廨啓C(jī)是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的理想選擇，燃?xì)狻羝啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有較低的污染排放，較高的能源利用率。

（6）微型燃?xì)廨啓C(jī)

微型燃?xì)廨啓C(jī)是分布式能源發(fā)電的最佳選擇之一，技術(shù)成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單，主要用于分布式能源系統(tǒng)中，綜合效率可達(dá)80%，適合在城市，鄉(xiāng)村等地區(qū)推廣使用，前景廣闊。

（7）燃料電池

燃料電池是指直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，轉(zhuǎn)換過(guò)程中，無(wú)噪聲、無(wú)污染、安全環(huán)保、應(yīng)用范圍廣，非常適合于分布式能源系統(tǒng)。

3 分布式能源的發(fā)展途徑

分布式能源發(fā)展?jié)摿Υ?，前景好，但在發(fā)展過(guò)程中依然存在政策不理、投資無(wú)序、缺乏長(zhǎng)期規(guī)劃等問(wèn)題。結(jié)合美國(guó)、日本的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，有效的政策引導(dǎo)依然是分布式能源發(fā)展的關(guān)鍵。其次，充分的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也將在分布式能源發(fā)展中起決定性的作用。

（1）政策主導(dǎo)

國(guó)家制定了一系列的能源政策，如表2所示，但只有政策得到真正的落實(shí)、不斷地修正和持續(xù)發(fā)展，才能推動(dòng)我國(guó)分布式能源的發(fā)展。

（2）市場(chǎng)開(kāi)放

發(fā)展分布式能源作為國(guó)家能源安全戰(zhàn)略的重要方向，不能過(guò)分的依靠財(cái)政補(bǔ)貼，應(yīng)該依靠技術(shù)優(yōu)勢(shì)、價(jià)格優(yōu)勢(shì)、安全可靠性取得市場(chǎng)。市場(chǎng)是分布式能源發(fā)展的唯一方向，也是打破行業(yè)壟斷，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)改革的有利武器。

（3）引進(jìn)技術(shù)

目前，我國(guó)分布式能源還處于初級(jí)發(fā)展階段，技術(shù)設(shè)備落后。上海漕河涇天然氣燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠建成后，三年間的檢修費(fèi)用高達(dá)3.83億元，已超過(guò)總投資額的13%；我國(guó)光伏發(fā)電規(guī)模已是世界第一，但相關(guān)的光伏電池生產(chǎn)設(shè)備卻嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率僅為10%。因此，要在引入國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和制造工藝的基礎(chǔ)上，加快吸收消化，研發(fā)創(chuàng)新，形成自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和競(jìng)爭(zhēng)力，才能在未來(lái)的國(guó)際市場(chǎng)中占有一席之地。

4 結(jié)語(yǔ)

發(fā)展分布式能源是解決能源利用與環(huán)境保護(hù)矛盾的有效途徑，盡管我國(guó)的分布式能源發(fā)展還存在著市場(chǎng)、設(shè)備、技術(shù)、政策等多方面的問(wèn)題，但隨著能源技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)家能源政策的不斷完善，這些問(wèn)題必將迎刃而解，分布式能源有著非常廣闊的發(fā)展前景。

[1]蔣慧琴.美國(guó)分布式能源發(fā)展及政策分析[J]科學(xué)管理研究,2014,(12):19-22.

[2]楊映.對(duì)日本分布式能源發(fā)展的分析與思考[J]發(fā)電與空調(diào),2012,(148):11-14.

[3] 應(yīng)光偉.我國(guó)發(fā)展分布式能源的對(duì)策解析[J]. 發(fā)電與空調(diào) 2012,(146): 5-8.

[4]肖鋼.分布式能源技術(shù)解析[M]. 武漢大學(xué)出版社,武漢,2015.

[5]牛剛.分布式發(fā)電政策綜述[J]電力與能源,2014,(35):12-18.

Domestic and Overseas Distributed Energy Development

Jin Dong,Ma Xianguo
Shanghai Energy Research Institute
Shanghai Science and Technology University Power Engineering College

The article is based on natural gas CCHP as main,renewable energy as sub-system,that is called distributed energy supply mode. Distributed energy supply mode has been developing rapidly,which improves energy consumption structure and control environment deterioration in order to realize meaningful sustainable development. Promoting distributed energy is well known to most countries. The author introduces distributed energy development situation in USA,Japan and China and characteristics and classification of distributed energy. Promoting distributed energy development suggestion has been put forward.

Distributed Energy,Renewable Energy,CCHP,Development

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.04.001