国内外分布式能源发展现状与趋势

1 分布式能源系统的国内外发展现状一、分布式能源系统介绍分布式能源的起源可追溯到二十世纪的 80 年代。 早在 1982 年， 美国纽约出现了以工厂余热发电满足自身及周边建筑电热负荷的需求， 成为分布式能源最早的雏形。以后，热电联供（ CHP）进一步发展起来，成为经历了长期历史验证的可靠的技术， 主要应用于大型电厂和工业领域。 后来， 当热源驱动的吸收式制冷机发展起来， 发电后余热除供热外还可用于建筑空调或工业制冷， 冷热电三联供（ CCHP）得到了发展，一次能源利用效率进一步最高可达到 95%以上。原理图见附录。所谓“ 分布式能源系统 ” （ Distributed Energy System ，简称 DES） 是指分布在用户端的能源综合利用系统， 是一种直接满足用户多种需求的能源梯级利用系统， 旨在结合电力、 热力和制冷等技术， 使每一级能源发挥最大效用。 通过多种渠道生产能源， 通过分散式生产、 大电网统筹的方式， 实现能源的多渠道供应和多层次开发， “ 藏能于民 ” ，是分布式能源的核心理念。分布式能源系统并不是简单的采用传统的发电技术， 而是在建立在自动控制系统， 先进的材料技术， 灵活的制造工艺等新技术的基础上， 具有低污染排放， 灵活方便， 高可靠性和高效率的新型能量生产系统，相关技术见表 1。表 1 分布式能源系统的相关技术相关技术 主要内容1、 动力与能源转换设备（ 1）小型燃气轮机； （ 2）微型燃气轮机；（ 3）燃气内燃机；（ 4）斯特林发动机；（ 5）燃料电池；（ 6）微型蒸汽轮机；（ 7）微型水轮机和微型抽水蓄能电站；（ 8）太阳能发电和太阳热发电；（ 9）风能； （ 10）余热制冷系统； （ 11）热泵；（ 12）能量回收系统。2、 一次和二次能源相关技术（ 1）天然气系统的优化利用，以及管道输送技术； （ 2）液化天然气的生产和利用； （ 3）煤层气和矿井瓦斯利用；（ 4）可燃冰；（ 5）煤地下气化；（ 6）地热；（ 7）深层海水冷能；（ 8）水能；（ 9）沼气；（ 10）甲醇；（ 11）乙醇；（ 12）氢；（ 13）压缩空气。3、 智能控制与群控优化技术（ 1）分布式能源机组和系统自身的智能化控制；（ 2）分布式能源与载体的信息互动；（ 3）分布式能源机组的联合控制；（ 4）远程遥控；（ 5）群控优化；（ 6）智能电网技术；（ 7）信息化计量与结算系统；（ 8）自动信息发布系统。4、 综合系统优化技术（ 1）多种能源系统整合优化；（ 2）将分布式能源与交通系统整合优化；（ 3）分布式能源系统电网接入研究；（ 4）蓄能技术；（ 5）地源蓄能技术；（ 6）网络式能源系统。5、 资源深度利用技术（ 1）天然气凝结水技术；（ 2）将分布式能源与大棚结合的技术；（ 3）利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术；（ 4）空调系统废热回收技术；（ 5）污水水源热泵系统；（ 6）小型生物质沼气生产技术。就分布式能源系统特征而言， 有以下八大特征： 一是燃料利用多源化。 二是设备系统小型化。 三是运行控制智能化。 四是调度管理网络化。 五是排放环保性好 — 使用燃料清洁化。六是梯度利用高能效 — 热电（冷）联产化。七是多系统整2 合优化 — 能源供应系统集成化。 八是能源企业从生产型转向服务型 — 投资经营市场化。某种意义上说分布式供能就是一局域的智能能源网。作为 21 世纪科学用能的最佳方式， “分布式能源的发展利用”在 30 年间已逐渐得到世界各国的广泛重视。 分布式能源系统是一种高效、 节能、 环保的用户端能源综合利用系统， 分布式能源技术已成为世界能源技术的发展潮流。 国际分布式能源联盟主席汤姆 · 卡斯顿曾说过： “分布式能源的革命即将发生，将像 30年前发生的绿色革命一样产生深远的影响。 而在这样一场革命中， 最先认识到它的人将获得最大的收益。 ”随着新能源革命和智能电网的发展再次将分布式供能系统赋予更多的新意。二、分布式能源系统的国外现状分布式供能系统具有多重社会效益和经济效益， 是世界能源供应方式发展的一个重要方向， 美日、 欧盟等国已将发展分布式供能作为能源安全、 节能和能源经济发展的重要战略。 美国、 欧洲和日本在先进的分布式发电基础上推动智能电网建设， 为各种分布式能源提供自由接入的动态平台； 为节能和需求侧管理提供智能化控制管理平台； 为高效利用天然气冷热电联供梯级利用； 为因地制宜地利用小水电资源、 生物质资源及可再生能源； 为清洁回收利用各种废弃的资源能源来增加电力和其他能量供应提供支撑。 美国和西欧目前基本不再建设大型电源及大型能源设施， 正是这些依附于用户终端市场的能源梯级利用系统、 可再生能源系统和资源综合利用系统， 将他们的能源利用效率不断提高， 排放不断减少， 能源结构不断优化。在欧盟，欧洲委员会正在进行一个 SAVE Ⅱ的能效行动计划，包含许多不同的能效措施，来推动分布式能源系统的发展。多年来， 英国政府一直试图通过能源效率最佳方案计划 （ EEBPP） 促进分布式能源系统的发展。 英国在过去 20 年中， 已超过 1000 个分布式能源系统被安装，遍布英国的各大饭店、休闲中心、医院、综合性大学和学院、园艺、机场、公共建筑、商业建筑、购物商城及其它相应场所。美国新能源战略的实施核心就包括力推分布式能源系统和建立与之相适应的强大的智能电网。美国从 1978 年开始提倡发展分布式能源系统，现在美国能源部（ U.S.DOE）的 Distributed Energy Resources计划是带领全国共同努力发展下一代洁净、高效、可靠、用户能够买的起的分布式能源系统。具体的操作方式是与能源设备的制造商、能源服务者、能源项目的开发者、州政府和联邦机构、公众利益组织、 用户进行合作， 研究、 开发一系列先进的、 能够进行就地生产的、小规模、模块化设计的发电、储能技术，用于工业、商业和民用方面，这些技术包括先进的燃气轮机、微型燃气轮机、内燃机、燃料电池、热驱动技术和能量储存技术，同时也进行先进的材料、电力电子、复合系统以及通讯、控制系统等方面技术的开发。美国能源部提出 2020 年的长期目标：通过最大程度地使用具有3 良好成本效益的分布式能源系统， 使美国的电能生产和输送系统成为世界上最洁净、最有效、最可靠的系统。美国关于 CCHP 作了许多研究，并本着开发和商业化的目的，在天然气、电力和暖通空调等行业的制造业进行了广泛深入的合作。工业界提出了 “CCHP创意 “和 “CCHP2020 年纲领 “，以支持美国能源部的总体商用建筑冷热电联供规划。规划中倡导增加综合利用多项技术，包括先进的燃气轮机、微型透平机、先进的内燃机、燃料电池、吸收式制冷机和热泵、干燥及能源回收系统、引擎驱动及电驱动蒸汽压缩系统， 热储备和输送系统以及控制及系统集成技术， 不仅满足建筑物的热和电力负荷的需求，也从整体上提高了从矿物燃料到能源的转换效率。到 2020 年，在美国 CCHP 将成为商用建筑高效使用矿物能源的典范，通过能源系统的调整， 将极大地推动经济增长和提高居民生活质量， 同时最大限度地降低污染物的排放量。美国加州大学、 ELCOM 、 Siemens Distribution Automation等机构，针对分布式能源系统制定了宏伟的研究规划：通过对来自 CEC、 IEEE、 IEE（英国） ， IE（澳大利亚） 、 CIGRE 的信息以及对来自欧洲各国有关正在进行放松管制的文献的研究， 确定阻碍分布式能源系统发展的工业和市场阻力。将 Siemens的分布式自动监测通讯调度系统用于分布式能源系统，来改善分布式能源系统的安全性、经济性，减少设备的维修时间。建立控制中心，研制分布式能源系统的设备模型和负荷预测模型，对分布式能源系统的可调度性、 可靠性、 特别是系统的完善性进行模拟研究。将从电压的稳定性、负荷流、电能质量、频率变化、故障电流的变化、系统的安全、 稳定性等方面研究分布式能源系统和储能设备对电网的影响。日本根据本国的自然资源情况， 积极发展可再生能源， 通过优化研究确定分布式能源系统的“岛”运行方案。澳大利亚联邦科学与工业研究机构正在纽卡斯尔建立能量中心（ CNC） ，CNC 的目的就是提供能量方面最新的研究成果和开发设施，对 100 多个研究课题组提供技术支持，展示新能源技术的应用案例。 CNC 的具体目标是：CNC 将成为澳大利亚最先进的分布式能源系统研究、开发中心。进行与建筑物一体化的分布式能源系统的示范性研究与实践对政府、工业、民众展示新型能量技术。建立一个包括分布式能源系统和微型电网在内的实验场所。建立一个测试、评估新技术、新产品的平台。研制一套具有低成本，高质量的分布式能源系统的优化控制系统。研制一套具有高回报率的分布式能源系统。利用分布式能源系统， 研制一套对用户和企业来说具有成本节约的调峰系统。研制分布式能源系统与电网连接的接口系统。4 发展可再生能源的综合利用技术。开发一个大规模的电池储能系统，能够提供高质量不间断电能，并具有电网调峰能力。三、分布式能源系统的国内发展现状我国电力体制的改革， 政府职能与企业职能的分离， 发电与输配电网彻底分离，发电侧竞争市场机制的建立，为分布式能源系统的发展奠定了坚实的基础。“西部大开发”战略的实施， 陕甘宁天然气送达北京、 天津等地， “西气东输”工程的实施，为分布式能源系统的发展提供了机遇。 《国家中长期科学和技术发展规划纲要》 将分布式供能技术作为与氢能、 核能等并列的 4 项能源领域前沿技术。 2011 年 10 月四部委的《发展天然气分布式能源指导意见》指出十二五”期间我国将建设 1000 个左右天然气分布式能源项目， 2015 年前完成天然气分布式能源主要装备研制。 通过示范工程应用， 当装机规模达到 500 万千瓦， 解决分布式能源系统集成，装备自主化率达到 60%；当装机规模达到 1000 万千瓦，基本解决中小型、微型燃气轮机等核心装备自主制造，装备自主化率达到 90%。到2020 年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到 5000 万千瓦，初步实现分布式能源装备产业化。同时，由国家能源局起草的《分布式电源上网管理办法》 、 《分布式发电管理办法》 也正在征求意见中， 各地政府亦积极响应。国家能源局也正在对《电力法》的修改进行相关工作，通过小范围修改，支持我国分布式能源发展。 2011年 11 月 11 日，国际分布式能源联盟（ WADE）宣布在中国设立分支机构，并举行了“ WADE 中国”启动揭牌仪式。启动仪式上还发布了《分布式能源在中国的潜力》白皮书 (摘要 )。中国的天然气储藏量足以支持中国文明发展 150 年， 因此， 按照 2020 年达到 5000 万千瓦装机容量测算，天然气分布式能源发展未来 10 年的市场规模超过 2000 亿元 ,其中各类燃机约1500 亿元，余热锅炉约 250 亿元。当前， 对分布式能源系统的研究在国内已开始启动， 一些科研机构， 大学已经投入人力、财力进行分布式能源系统的研究。中国科学院工程热物理所从事分布式冷热电联供系统研究已有 20 多年， “十一五” 期间部署了分布式供能专题进行重点研究， 在分布式冷热电联供系统集成与设计、 燃气轮机和余热利用装置等关键技术及设备研发、 系统运行与控制等方面展开了深入研究， 整体处于国内领先水平， 部分研究达到国际先进水平。 目前正在承担一项“ 973”项目“多能源互补的分布式冷热电联供系统基础研究” ，两项“ 863”目标导向性分布式供能系统项目示范研究。上海理工大学配合 “西气东输 “工程，受上海市重点学科建设项目经费的资助，以 CAPSTONE 公司生产的微型燃气轮机为核心，结合直燃型吸收式溴化锂制冷机、余热锅炉，正在建设示范型“能源岛”，用于分布式能源系统的研究。西安交通大学， 在进行的 2002国家高新技术研究发展计划课题中， 以 100kW微型燃气轮机为核心，正在建立了以酒店为应用对象的分布式能源系统。5 除了通过科技计划部署专门的研究与示范以外， 企业、 市场对分布式供能技术的期望度也非常高， 许多企业也在积极参与技术和应用的探索。 北京、 上海和广州等地率先开展了多个分布式冷热电联供系统的示范性建设项目， 比如华南电力集团、 华北电力集团、 北京天然气集团、 广东宏达集团、 四川希望集团、 申能、新奥、 佰融机械等都在做。 主要设备品牌： 美国通用电气 GE 颜巴赫、 卡特彼勒、德国 MAN 、瓦锡兰等。目前，国内已建和在建的分布式能源项目不到 30 个。建成运行项目装机容量不到 200 万千瓦， 主要集中在特大城市 ,如 :广州大学城 ,上海理工大学、中关村软件园等。国家能源局首批启动的 “ 十二五 ” 天然气发电调峰项目共 5 个， 其中江苏省有3 个。 2012 年 2 月 9 日， 江苏省发改委称， 国家能源局发文同意江苏省华电扬州燃机项目 (2 × 40 万千瓦级 )、 华电戚墅堰燃机扩建项目 (2 × 40 万千瓦级 )、 东亚电力无锡燃机项目 (2 × 40 万千瓦级 )三个项目开展前期工作。到 2015 年，江苏省天然气供应总量将达到 270 亿方，其中用于天然气发电厂的天然气气量 81 亿方，天然气发电总装机达到 1500 万千瓦， 占全省装机 (含区外来电 )比重提高到 13.6%以上。分布式供能系统在我国是起步阶段， 在上海仍处于示范阶段。 目前上海的示范项目有：黄埔中心医院、浦东国际机场、环球国际金融中心。2011年 12 月 25 日， 湖南省发展和改革委员会以 “ 湘发改能源 [2011]2207 号 ”文件下发了《关于同意华电湘潭九华分布式能源项目开展前期工作的通知》 ，标志着湖南湘潭九华分布式能源项目取得了实质性进展。2011年 10 月 31 日， 河北省发改委以 “ 冀发改能源 [2011]2064 号 ” 文件下发 《关于华电河北迁安新能源发电有限公司迁安市分布式能源站项目核准的批复》 ，正式核准该项目。 至此， 该项目成为河北省首个获得核准的天然气分布式能源项目。长沙黄花国际机场分布式能源项目黄花机场分布式能源项目是为满足 2015年旅客吞吐量 1560 万人次的要求， 能源站长 90m， 宽 33m， 为地下负一层布置，总建筑面积 3075m2。2011年 12 月 8 日，中国华电集团公司与美国通用电气 (GE)公司在上海宣布成立一家新的合资公司，以共同推动中国“分布式能源领域”的发展。目前存在某些个别设计或运行不合理的工程项目，造成系统节能性不理想，同时用户对环境、 经济性、 可靠性还存在疑虑， 分布式供能技术还缺乏标准和准入门槛。应该看到，分布式能源系统不仅是一种技术、一种能源利用方式，更是一项新兴的战略产业和经济发展重要的着力点。 目前， 我国分布式能源系统的发展还存在着不少问题和障碍， 其中包括了技术、 经济及市场等方面的障碍， 但最主要的障碍还在制度和政策层面。以目前的技术，分布式能源在电网连接、电网安全、供电质量、能量储备、燃料供应等方面确实存在不少的问题， 这也成为拖延乃至反对分布式能源发展的主要依据。 但这些问题都是发展中的问题， 更应从落后的电网不能适应分布式能源发展需要的角度来理解， 由此也反映出智能电网对于分布式能源系统具有不可6 或缺的作用。 而智能电网的核心就在于构建具备智能判断与自适应调节能力的分布式管理的智能化网络系统， 并有强大高效的储能技术相配合， 从而为各种分布式能源提供自由接入的动态平台、为节能和需求侧管理提供智能化控制管理平台。在市场和经济方面， 由于我国分布式能源系统还处于起步阶段， 尚未形成经济化的产业规模， 技术和装备也有待改进以进一步降低成本， 因此尽管发展前景光明， 但分布式能源系统在目前还离不开政府阶段性的扶持和政策倾斜。 而电力上网困难且售价过低，相比现行未计入环境成本的电力价格缺乏足够的竞争力等，都是分布式能源系统所面临的现实问题。在体制上， 我国的发电由几家大的电力集团所主导， 而电网更是被两家规模巨大的电网公司所强力垄断。 出于利益考虑， 这些垄断性集团也许并不热衷于分布式能源的发展， 甚至可能借用技术、 规范、 标准等理由人为地拖延或者不作为，从而客观上阻碍了分布式能源系统的发展。 相比于技术和市场方面的障碍， 体制上的阻力更难突破，而且也难以通过发展取得“水到渠成”般的效果。在政策法规方面， 相比于可再生能源领域， 分布式能源系统的界定和鼓励政策并非太清晰。 对分布式能源系统的原则性鼓励规定多散布于 《节约能源法》 和《可再生能源法》 等法规的相关章节内， 并不系统且更主要的是缺乏具可操作性的实施细则、 技术标准和配套政策。 此外， 相关产业严格和繁复的项目审批制度，更是扼杀了许许多多现实的或者潜在的分布式能源发展项目。 事实上， 政策法规方面的滞后是分布式能源系统难以获得快速发展的最根本的原因。四、发展分布式能源科技园区的意义（摘抄供参考）2011年 1 月 26 日四川省首个分布式能源试点园区项目在大邑工业区启动。这是我国为数寥寥的、 在工业园区试点分布式能源系统的项目。 目前集科研、 检测、装备制造、市场应用、交易、教学研等于一体的分布式能源科技园区尚属市场空白，行业规范急待形成，市场需求前景广阔。推动天然气分布式能源，具有重要的现实意义和战略意义。 目前， 我国天然气供应日趋增加， 智能电网建设步伐加快， 专业化服务公司方兴未艾， 天然气分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。一是有利于经济增长和环境保护。二是有利于提升园区当地高新技术产业比重，引领新能源产业发展，从而推动产业升级换代，同时带动相关产业发展、解决就业、贡献利税。三是有利于增加电力供应 ,改善电源结构。 缓解电力紧张、 提高供电保障度 ,也能改善电源结构、削峰填谷。四是促进全国示范性项目建设，加速推动市场培育和高端产业发展。因此，必须加大技术投入，推动产、学、研、用相结合，建立有效的研制和发展机制， 加强核心技术研究与验证， 促进成果转化， 加大分布式能源基础研究7 和应用研究投入， 紧密跟踪世界前沿技术发展， 加强交流合作， 提升技术创新能力。五、结束语从我国当前分布式能源系统的发展情况来看， 分布式能源系统的研究还处在初期阶段。 但是我国有巨大的分布式能源系统发展潜力， 随着经济发展， 人民生活水平的不断提高， 用能源需求的不断增长将成为中国分布式能源系统发展的主要动力。特别是我国正在实施的西部大开发战略、 “西气东输 “工程和城镇化建设将为分布式能源系统的应用提供巨大的市场。分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向， 分布式能源与公用电网或热网等基础设施是相互依存和支撑的关系。 今后， 随着我国分布式能源数量的增多和总容量的逐步扩大， 智能电网 （或智能网络） 将成为分布式能源与公用设施间必不可少的纽带。 “十二五”期间，分布式供能将为我国智能电网建设提供重要的技术支持。分布式供能产业发展成败有赖于咨询、系统集成设计、项目管理、检测、评估、认证、融资等各个环节的支撑，建设标准化、信息化、合作交流、培训服务平台，促进能源服务公司（ ESCO）多样化、专业化发展是未来的必然选择。为此，建议聚焦六大重点研究：一是基于现有技术规程， 研究编制相关设计导则和运营管理规范、 细则。二是是设备技术研发上重点突破微燃机设备国产化。 研究原动机技术与系统匹配优化集成设计，逐步实现撬装成套装备即插即用。三是工程应用上重点以新建项目为主， 建立一套具有普遍意义的分布式供能系统模式和具可复制性的模板。四是能效评估上重点研究分布式供能系统的运行监测、数据采集方法，建立网络智能化监控、能效评估仿真平台，达到能效可测可评估。五是经济性评价上重点从设计源头抓起，对全过程进行经济性分析，建立经济评价模型及评价方式。六是能源服务上重点依托示范工程，结合各服务公司特色，从整合人才资源、技术市场诸多方面，开展政策支持效应，能源服务产业运作模式等综合研究。附录 1：会议信息1. 由中国电机工程学会热电专业委员会、中国分布式能源产业联盟、北京电机工程学会、联合主办，德维斯国际展览（北京）有限公司承办的第二届中国国际分布式能源及储能技术设备展览会 (CDEE 2012)将于 2012年 3 月 28-30 日在国家会议中心举行。2. 第十五届科博会 2012 中国智能电网产业与清洁能源发展高峰论坛即将在 2012 年 5 月 23 日至 24 日北京国际会议中心隆重举行。8 第十五届科博会 2012 中国智能电网产业与清洁能源发展高峰论坛即将在2012 年 5 月 23 日至 24 日北京国际会议中心隆重举行。科博会中国能源战略高层论坛组委会获悉 2012 年中国智能电网建设与清洁能源发展将全面提速， 2011年底《国家电网公司绿色发展白皮书》颁布，按照规划，到 2015 年，我国特高压将形成 “ 三纵三横一环网 ” ，基本建成具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网，形成以华北、华中、华东为受端，以西北、东北电网为送端的三大同步电网，初步建成世界一流电网。科博会中国能源战略高层论坛组委会从国家电网公司科技部智能处获悉，“ 到今年底，全国将有 25 个智能小区、楼宇实现智能用电双向交互，人们的日常生活会因为智能电网而更加低碳环保。 ” 国家电网公司科技部智能处处长林弘宇告诉记者，智能电网涉及发电、输电、变电、配电、用电、调度 6 大环节。过去两年，国家电网公司全面推进智能电网试点工程建设，全面启动了 21 类 228 项试点工程，在智能变电站、配电自动化、用电信息采集系统、电动汽车充换电设施、智能电网调度技术支持系统、电力光纤到户等六个领域取得了重要突破。科博会中国能源战略高层论坛组委会获悉 2012 年用户侧光伏发电项目补助标准原则上为 7 元 /瓦，而 2011 年补贴标准原则上由 9 元 /瓦调整为 8 元 /瓦。此次补贴虽下调， 但延续了往年的补贴力度， 且招标规模或将扩大； 关键设备招标要求提高，将提升光伏发电效率；国内光伏应用市场加速启动。2012 中国智能电网产业与清洁能源发展高峰论坛将权威系统解析新能源与可再生能源发电产业政策、 新能源与可再生能源在友好接入协调控制方面市场机遇、 分布式能源解决并网技术路线途径、 国际和国内智能电网技术标准体系完善的最新进展、 发电输电变电配电用电智能化技术市场最新需求、 调度智能化技术与通信信息技术最新进展、 未来智能微网发展趋势与机遇、 风光储输工程 —— 破解新能源发电难题。9 附录 2：冷热电三联供原理图 1 能源的综合梯级利用图 2 冷热电三联供结构图10 图 3 冷热电三联供示意图