多能互补分布式能源关键技术发展研究

发表时间：2019-12-27T16:51:52.270Z 来源：《中国电业》2019年第17期作者：丁阳[导读] 为了能够使中国能源清洁生产以及更加有效地发展，提高各个区域的能源使用效率摘要：为了能够使中国能源清洁生产以及更加有效地发展，提高各个区域的能源使用效率，促进区域稳定发展，对多功能互补分布式能源系统架构及综合能源管理系统进行讨论和分析是十分必要的。综述了目前中国国内外多能互补分布式能源主要技术的原理及特点，并重点介绍了燃气分布式能源、分布式光伏、蓄能系统、热泵技术等。

关键词：多能互补；燃气分布式；分布式光伏

能源的充足与多样性是当今社会经济发展以及进步的前提条件。但是，目前中国人口众多，人们越来越依赖能源，能源的消耗量也越来越大。就目前中国的发展形式而言，许多能源都是一次性的，这给中国的资源利用带来了很大的挑战，同时，还带来了许多垃圾和环境问题。所以，人们不能再依赖一次性的能源，要摒弃一部分不可再生能源。目前，中国面临着资源利用率较低、资源需求量较大和能源结构方面不合理等重大问题。面对这种状况，人们要大力发展可再生能源和一些节能环保的能源，构建多能互补分布式能源系统架构，实现能源结构的转型升级。 1中国国内发展现状多能互补包括终端一体化集成供能系统和风光水火储多能互补系统两种类型。为构建优良的多能互补分布式智慧能源系统，中国国内外研究团队不仅在多种能源组合方面尝试各种配置，在分布式电源、储能等方面也进行不断创新。分布式电源指规模容量较小，产生的电能不需要大规模、远距离输送，与用户就近布置，直接进行就地消纳的微小型发电系统，其一般包括传统发电模块、可再生能源发电模块等。相对于传统电源，分布式电源系统简单，各组件互相独立，容易控制，对负荷变动的适应性强，拥有很好的调峰能力。同时由于采用了新兴发电模块与引入了可再生能源，对温室气体及固体废弃物减排也有很大的促进作用。近年来，由于具有以上优点，分布式电源发展迅速，包括就近供电、海岛供电、保障供电、备用电源、“黑起动”电源等。

在研究综合能源系统的过程中，只有协同好各种能源之间的关系，才能够提高能源的利用效率，促进中国环境和经济的可持续发展。在构建协同互补关系时，需要考虑光伏、风机、天然气的关系，同时，要以低成本高效率为根本目标，制订出最优的模型和基本攻略；要深入研究冷热电联供系统的主动调度方法，对于化石燃料和光伏互补方面的内容也要进行全方面沟通，从整体上提高性能。另外，对以热定电和以电定热两种运行模式进行全面对比和分析，并针对不同的区域进行协同方法的规划。除此之外，还要深入研究可再生能源的不确定性以及差错，防范危险事故的发生，并针对冷热复合方面的内容进行针对性研究，以提高整个研究的精准度。 2多能互補分布式能源关键技术 2.1燃气分布式能源

燃气分布式能源指以天然气为主要燃料，在用户端就近布置，通过冷热电三联供技术实现能源梯级利用的能源供应模式。典型的燃气分布式能源系统包括原动机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机、制冷设备等。天然气在原动机（燃气轮机/内燃机/微型燃气轮机等）燃烧后，带动发电机进行发电，其中排出的高温烟气余热可以依据终端用户的需求采用多种利用形式，可以经过余热利用设备的换热过程，将水加热成高温水蒸气，高温水蒸气再进入蒸汽轮机内推动叶片旋转，然后通过发电机发电;从余热利用设备中排出的低温烟气可通过烟气驱动吸收式热泵来提供热水，而从蒸汽轮机排出的中温蒸汽可驱动热泵来提供冷量和热量。

2.2分布式光伏

光伏发电借助太阳能电池，利用光生伏特效应，把太阳光能直接转化为电能。分布式光伏是在用户侧就近布置，以自发自用、余电上网为原则，以平衡调节配电系统为特征的光伏发电装置。它以就近发电、并网、使用为原则，不仅可以有效提高光伏电站发电量，还能有效解决长距离传输的损耗问题。目前城市建筑物屋顶光伏应用最为广泛，同时光伏车棚、幕墙光伏等光伏建筑一体化也在不断推广。

目前，分布式光伏应用与新能源汽车紧密结合，利用车棚的屋面资源建设光伏车棚，同时同步配套建设充电桩，对新能源汽车进行充电。光伏车棚所发电量除供给车辆使用外，多余的电量供上网，从而减缓城市的用电压力，实现社会效益和环境效益的双赢。

2.3蓄能系统

蓄能其实就是指能量的储存，是把一种能量利用某种装置和介质转换成另一种形式的能量并储存的循环过程，在将来必要时以所需的能量形式释放使用。多能互补系统中由于供能侧与负荷侧的能源供求关系直接影响系统能否实现高效运行，蓄能系统可以保证能源系统的稳定运行，而且还能达到调和供需矛盾的作用。当用户负荷波动较大时，由于蓄能系统发挥了供需关系中的缓冲作用，可以使整个大系统仍然以高效率运行，确保全能量供应系统的整体性能。

2.4余热回收热泵

燃气分布式能源系统主要原动机设备有燃气轮机、燃气内燃机，也是系统主要的余热来源。就燃气内燃机而言，余热形式有烟气、高温缸套水、中冷水、滑油冷却热，烟气温度一般在300-500℃之间，高温缸套水温度一般在85-95℃，中冷水温度一般在40-50℃，滑油冷却热通过高温缸套水带走;就燃气轮机而言，余热形式为烟气，温度一般在450-600℃间。常见燃气分布式系统通过锅炉烟气余热利用设备可将排烟温度降低到80-120℃，这仍会造成部分能量浪费，影响系统综合能源利用效率。热泵技术作为一种可以将低位热能提升至高品位并加以再利用的设备，可进一步回收余热，在节能方面有良好应用前景。燃气分布式系统中，可通过烟气余热回收热泵技术，进一步挖掘余热潜力，将排烟温度可降低至40℃以下后将烟气排至室外;而热泵系统的进水由低温水提高至中温水后用于系統应用，由此提高系统综合能源利用效率，提高项目综合收益。

能源站在发电供热的同时，有大量的乏汽冷凝热（约20%）通过冷却塔排放到大气中，通过溴化锂吸收式热泵可有效回收乏汽冷凝热。由于吸收式热泵能将低温水的温度提升至比较高的温度，且机组单机供热量大，适合于北方集中供暖系统以及工艺用热和锅炉补水加热。在热泵加热一次网回水场景中，可抽取汽轮机低压蒸汽作为溴化锂吸收式热泵机组的驱动热源，回收发电系统乏汽冷凝热，将一次网回水温度从50℃提高至80℃供热。在不发生燃料消耗、不减少电厂发电量的情况下，可增加供热能力30%以上;在热泵加热锅炉给水场景中，可抽取汽轮机低压蒸汽作为溴化锂吸收式热泵机组的驱动热源，回收发电系统乏汽冷凝热来加热锅炉水，以减少锅炉能耗。

2.5污水源热泵