分布式供電和冷熱電聯(lián)產(chǎn)的前景

1 前言
能源是人類生存的基本條件和人類社會發(fā)展的原動力。隨著人類文明的進(jìn)步，能源問題成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)問題。目前全世界都在推動第二代能源系統(tǒng)的建設(shè)，積極試點(diǎn)，認(rèn)真進(jìn)行立法準(zhǔn)備，抓緊開發(fā)配套相關(guān)設(shè)備。第二代能源系統(tǒng)具有六個方面的主要特征，一是燃料的多元化；二是設(shè)備的小型、微型化；三是冷熱電聯(lián)產(chǎn)化；四是網(wǎng)絡(luò)化：五是智能化控制和信息化管理；六是高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保水平。而其中燃料的多元化，設(shè)備的小型、微型化，冷熱電聯(lián)產(chǎn)化和環(huán)保要求則代表著能源技術(shù)發(fā)展的幾個重要方向：可再生能源的開發(fā)利用、分布式供電技術(shù)的興起與冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展。
本文通過對分布式供電特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢的闡述，強(qiáng)調(diào)分布式供電對電力工業(yè)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(fā)展前景；分布式供電技術(shù)發(fā)展的主要方向之一為冷熱電三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。
2 分布式供電
2.1 分布式供電概述及其特點(diǎn)
顧名思義，分布式供電是相對于傳統(tǒng)的集中式供電方式而言的，是指將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模(數(shù)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(dú)立地輸出電、熱或(和)冷能的系統(tǒng)。這個概念是從1978年美國公共事業(yè)管理政策法公布后正式先在美國推廣，然后被其它先進(jìn)國家接受的。當(dāng)今的分布式供電方式主要是指用液體或氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)和各種工程用的燃料電池。因其具有良好的環(huán)保性能，分布式供電電源與“小機(jī)組”己不是同一概念。
與常規(guī)的集中供電電站相比，分布式供電具有以下優(yōu)勢：沒有或很低輸配電損耗；無需建設(shè)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(tǒng)可根據(jù)熱或電的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)從而增加年設(shè)備利用小時；土建和安裝成本低；各電站相互獨(dú)立，用戶可自行控制，不會發(fā)生大規(guī)模供電事故，供電的可靠性高；可進(jìn)行遙控和監(jiān)測區(qū)域電力質(zhì)量和性能：非常適合對鄉(xiāng)村、牧區(qū)、山區(qū)、發(fā)展中區(qū)域及商業(yè)區(qū)和居民區(qū)提供電力；大量減少了環(huán)保壓力。
二十世紀(jì)初以來電力行業(yè)流行的觀點(diǎn)是，發(fā)電機(jī)組容量越大，則效率越高，單位kw投資越低，發(fā)明成本也越低，因而隨著能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電力工業(yè)發(fā)展方向是“大機(jī)組、大電廠和大電網(wǎng)”。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(bǔ)充：
● 分布式供電可以滿足特殊場合的需求 例如，而印瞞設(shè)電網(wǎng)的西部熟頃地區(qū)或散布的用戶：對供電安全穩(wěn)定性要求較高瞅糊昭戶，如醫(yī)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(yīng)。這種供電方式最大的優(yōu)點(diǎn)是不需遠(yuǎn)距離輸配電設(shè)備，輸電損失顯著減少，運(yùn)行安全可靠，并可按需要方便、靈活地利用排氣熱量實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)或熱電冷三聯(lián)產(chǎn)，提高能源利用率。
● 分布式供電方式可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)在安全穩(wěn)定性方面的不足 在世界上大型火電廠建設(shè)的趨勢有增無減之時，電網(wǎng)的急速膨脹對供電安全與穩(wěn)定性帶來很大威脅，而各種形式的小型分布式供電系統(tǒng)，使國民經(jīng)濟(jì)、國家安全至關(guān)重要而又極為脆弱的紐帶--大電網(wǎng)不再孤立和笨拙。直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置與大電網(wǎng)配合，可大大地提高供電可靠性，在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害(例如地震、暴風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)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(guī)的集中供電方式中，能量形式相對單-。當(dāng)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(yīng)時，僅通過電力來滿足上述需要時難以實(shí)現(xiàn)能量的綜合梯級利用：而分布式供電方式以其規(guī)模小、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過不同循環(huán)的有機(jī)整合可以在滿足用戶需求的同時實(shí)現(xiàn)能量的綜合梯級利用，并且克服了冷能和熱能無法遠(yuǎn)距離傳輸?shù)睦щy。
● 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(qiáng)，而且目前的可再生能源利用系統(tǒng)規(guī)模小、能源利用率較低，作為集中供電手段是不現(xiàn)實(shí)的。分布式供電方式為可再生能源利用的發(fā)展提供了新的動力。我國的可再生能源資源豐富，發(fā)展可再生能源是二十一世紀(jì)減少環(huán)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(fā)電，方便安全地向偏僻、少能源地區(qū)供電，建設(shè)可再生能源分布式供電應(yīng)受到高度重視。
還應(yīng)指出，對目前世界能源產(chǎn)業(yè)面臨亟待解決的四大問題：合理調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、進(jìn)一步提高能源利用效率、改善能源產(chǎn)業(yè)的安全性、解決環(huán)境污染，單-的大電網(wǎng)集中供電解決上述問題存在困難，而分布式供電系統(tǒng)恰好可以在提高能源利用率、改善安全性與解決環(huán)境污染方面做出突出的貢獻(xiàn)。因此，大電網(wǎng)與分散的小型分布式供電方式的合理結(jié)合，被全球能源、電力專家認(rèn)為是投資省、能耗低、可靠性高的靈活能源系統(tǒng)，成為二十-世紀(jì)電力工業(yè)的發(fā)展方向。這就是說，世界電力工業(yè)已經(jīng)開始向傳統(tǒng)電力工業(yè)的模式告別，走向依靠大型發(fā)電站和小型分布式供電廣泛結(jié)合的過渡的“分散式”電力系統(tǒng)，從而大大改善供電效率、供電品質(zhì)和減輕當(dāng)今電力行業(yè)對環(huán)境影響形成的負(fù)擔(dān)、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(jī)的影響，國外有的觀點(diǎn)甚至認(rèn)為今后在大力發(fā)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(fā)展趨勢
2.2.1分布式供電的主要方式
分布式發(fā)電方式多種多樣，根據(jù)燃料不同，可分為化石能源與可再生能源；根據(jù)用戶需求不同，有電力單供方式與熱電聯(lián)產(chǎn)方式(CHP)，或冷熱電三聯(lián)產(chǎn)方式(CCHP)；根據(jù)循環(huán)方式不同，可分為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電方式，蒸汽輪機(jī)發(fā)電方式或柴油機(jī)發(fā)電方式等。表1列出了主要的分布式供電方式。
在產(chǎn)業(yè)革命后的200年中，煤炭一直是世界范圍內(nèi)的主要能源，而隨著科技、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油在一次能源結(jié)構(gòu)中的比例不斷增加，于20世紀(jì)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(fā)展，形成了當(dāng)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(wěn)定性較差，需要蓄能調(diào)節(jié)，長期穩(wěn)定運(yùn)行困難，且由于技術(shù)不夠成熟，可再生能源一次投資較大，經(jīng)濟(jì)性差；而化石能源的發(fā)電技術(shù)不僅更加成熟，而且效率更高。因此，作為分布式供電的發(fā)電技術(shù)，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(fā)電技術(shù)

能源種類

內(nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù)
燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)
微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)
常規(guī)的燃油發(fā)電機(jī)發(fā)電技術(shù)
燃料電池發(fā)電技術(shù)

化石能源

太陽能發(fā)電技術(shù)
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)
小水利發(fā)電技術(shù)
生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)