分布式供能技術(shù)

　　

　　分布式供能技術(shù)是分布式能源系統的核心，其中包括各種發(fā)電技術(shù)及熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)等。例如，分布式光伏發(fā)電系統的基本模塊是進(jìn)行光電轉換的光伏陣列，分布式天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)系統的核心是燃氣輪機或者內燃機(也可以使用其他燃料或者技術(shù)，比如生物質(zhì)能和燃料電池)。技術(shù)創(chuàng )新使得光伏組件和天然氣燃氣輪機等分布式供能設備能夠適應各種用能需求，同時(shí)成本也大幅下降，為分布式能源的普及創(chuàng )造了客觀(guān)條件。

　　

　　天然氣分布式能源技術(shù)以燃氣輪機或燃氣內燃機等設備為核心，在發(fā)電的同時(shí)，利用燃機產(chǎn)生的余熱為用戶(hù)供熱和制冷。采用能源梯級利用的模式，天然氣冷、熱、電三聯(lián)供(CCHP)機組的綜合能源利用效率遠高于獨立的發(fā)電和供熱系統，如西門(mén)子SGT-300型燃氣輪機機組其冷熱電三聯(lián)供項目的燃料利用效率通?？蛇_到80%以上，同時(shí)用能成本可降低約40%。另一方面，更高的效率也意味著(zhù)更少的排放。相比于傳統的燃煤發(fā)電和燃煤鍋爐，天然氣分布式能源在氮氧化物、二氧化硫和煙塵的排放上具有先天優(yōu)勢，燃氣發(fā)電的二氧化碳排放量也僅為燃煤發(fā)電的一半。此外，燃氣輪機獨具的燃料靈活性也使其非常適用于分布式能源領(lǐng)域。近期，中電(成都)綜合能源有限公司位于四川省成都高新科技產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區西部園區的分布式能源站項目就采用了此種設備。由于四川有得天獨厚的天然氣資源，該公司計劃利用兩臺西門(mén)子SGT-800型燃氣輪機燃料靈活性的特點(diǎn)，進(jìn)一步降低能源成本。

　　

　　世界范圍內，發(fā)達國家在燃氣輪機、燃氣內燃機等核心動(dòng)力設備的設計、試驗和制造上仍占據主導地位，同時(shí)在關(guān)鍵零部件的制造過(guò)程中不斷引入新技術(shù)。其中，3D打印(又稱(chēng)“增材制造”)已經(jīng)成為燃機制造企業(yè)的下一個(gè)技術(shù)突破口。利用3D打印技術(shù)，西門(mén)子等企業(yè)完成了葉片等零部件的試制和滿(mǎn)負荷試驗，并有望將3D打印應用于其余燃機部件的設計和批量生產(chǎn)中。3D打印技術(shù)可以大幅縮短設備的研發(fā)周期，改善零部件的性能，提高設備的運行效率，充分發(fā)揮技術(shù)創(chuàng )新的潛能。

　　

　　分布式光伏發(fā)電領(lǐng)域，在技術(shù)創(chuàng )新的推進(jìn)下，“降本”和“增效”兩個(gè)光伏系統發(fā)展根本目標都取得了積極的進(jìn)展。得益于傳統的晶硅材料不斷研發(fā)以及碲化鎘、銅銦鎵硒、鈣鈦礦等新型材料技術(shù)的突破，光伏組件能量轉換效率不斷提高，抗老化、抗紫外、導熱、阻燃等性能也大幅提升。金剛線(xiàn)切割、鈍化發(fā)射區背面電池(PERC)技術(shù)等成為行業(yè)熱詞，得到市場(chǎng)的逐漸認可;與此同時(shí)，之前甚少企業(yè)介入的全背接觸式電池(IBC)、異質(zhì)結電池(HIT)以及金屬纏繞背接觸電池(MWT)等高效電池技術(shù)也受到了越來(lái)越多企業(yè)的關(guān)注和投入。“十三五”光伏技術(shù)創(chuàng )新規劃提出，2020年前將晶硅太陽(yáng)能電池效率提高到23%以上的目標，實(shí)現HIT、IBC等電池國產(chǎn)化等。從成本來(lái)看，同樣3KW規模的分布式戶(hù)用屋頂光伏電站成本已經(jīng)降低至3萬(wàn)元人民幣以?xún)?，較十年前成本下降了50%，分布式光伏“平價(jià)上網(wǎng)”的時(shí)代已經(jīng)越來(lái)越近。

　　

　　值得一提的是，分布式天然氣和分布式可再生能源的多能互補具有協(xié)同效益，將成為分布式供能技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要方向。以天然氣CCHP機組協(xié)同分布式光伏項目為例，可再生能源的加入使系統的綜合能源利用效率以及減排效益得到進(jìn)一步提升;多能互補的系統不受單一能源品種的限制，天然氣與太陽(yáng)能互為補充，增強了系統供能的安全性;在配備了儲能設施的系統中，光伏的波動(dòng)性得以抑制，燃氣機組也可以在適當范圍內進(jìn)行靈活調度，保證供能區域和電網(wǎng)的穩定運行。

　　

　　儲能技術(shù)

　　

　　儲能是分布式能源系統中至關(guān)重要的一環(huán)，儲能單元的存在使得原本只能“即發(fā)即用”的電、熱能的靈活應用成為可能。目前，儲能的應用場(chǎng)景主要分為熱能儲存(蓄冷和蓄熱)和電能儲存兩部分。蓄冷和蓄熱設施可以?xún)?yōu)化天然氣分布式系統的運行并提高項目的經(jīng)濟效益，而電能儲存則可以彌補分布式可再生能源波動(dòng)性和間歇性的不足，保證系統的穩定輸出。從儲能介質(zhì)來(lái)看，可以分為電池、氫、罐熱、地熱、冰熱等。

　　

　　風(fēng)電、光伏等可再生能源飛速發(fā)展，電能儲存的重要性不斷上升。飛輪、超級電容、鋰電池和液流電池等儲電技術(shù)可以平滑分布式光伏的輸出曲線(xiàn)，為系統的穩定運行提供支持。在光伏輸出大于用戶(hù)需求時(shí)，多余的電量可以被儲存。如果太陽(yáng)能電池板停止工作，或出現尖峰負荷、供電不足、電網(wǎng)斷電等情況，儲存的電能可以被釋放出來(lái)，滿(mǎn)足用戶(hù)的用電需求，提高分布式光伏的綜合利用率。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的推廣和能源互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，將電動(dòng)汽車(chē)納入儲能網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)也紛紛涌現。其中，動(dòng)力電池廠(chǎng)商、汽車(chē)制造企業(yè)以及高校已經(jīng)展開(kāi)相關(guān)研究，探索在分布式能源系統中利用廢舊動(dòng)力電池進(jìn)行儲能的技術(shù)可行性和經(jīng)濟效益。熱儲存是一種簡(jiǎn)單但基本的技術(shù)，該技術(shù)通常在建筑樓宇和工業(yè)過(guò)程中使用，一方面可以通過(guò)最優(yōu)化供暖、通風(fēng)和空調(HVAC)系統的方式來(lái)提高系統效率;另一方面，也可以避免高峰時(shí)段的電價(jià)溢價(jià)。

　　

　　此外，氫能源也逐漸成為儲能和分布式能源領(lǐng)域的下一個(gè)創(chuàng )新點(diǎn)。作為可再生能源利用的大國，德國目前已經(jīng)建成數十個(gè)“風(fēng)電制氫”項目：通過(guò)電解水設備，利用電網(wǎng)無(wú)法消納的風(fēng)電生產(chǎn)氫氣，隨后將氫氣按照適當比例混入當地的天然氣管道，供附近用戶(hù)使用。這種方式將龐大的天然氣網(wǎng)絡(luò )當做儲能介質(zhì)，進(jìn)一步降低風(fēng)電場(chǎng)的棄風(fēng)率。今年5月，國內首個(gè)風(fēng)電制氫項目的制氫站也正式開(kāi)工。在用戶(hù)側，電解水制氫可以與分布式光伏充分結合，在儲能的同時(shí)生產(chǎn)氫氣，整個(gè)過(guò)程中不排放任何污染物和溫室氣體。借助燃料電池、氫能源汽車(chē)等技術(shù)的推廣，以氫氣為核心的分布式能源網(wǎng)絡(luò )也會(huì )迎來(lái)更大的發(fā)展空間。

　　

　　信息及控制技術(shù)

　　

　　數據、通信及控制技術(shù)創(chuàng )新為智能化的綜合能源管理系統奠定了物理基礎。隨著(zhù)信息和控制技術(shù)在分布式能源系統中的廣泛應用，基于實(shí)時(shí)數據采集的監測、分析系統可以指導能源系統以最優(yōu)化的方式運行，實(shí)現高效發(fā)電、實(shí)時(shí)故障檢測、需求側管理等功能。新型智能電表和能效管理軟件如微網(wǎng)管理系統(MGMS)樓宇能源管理系統(BEMS)都是信息和控制技術(shù)在能源管理方面重要的硬件創(chuàng )新和軟件創(chuàng )新。良好的能源管理可以提高系統可靠性、幫助節能增效，從而為更多地部署分布式和可再生能源發(fā)電創(chuàng )造了可能性?？梢哉f(shuō)，能源控制和管理技術(shù)變革正在深刻推動(dòng)消費者改變其能源管理模式。

　　

　　在典型的集成多種供能技術(shù)及儲能設施的分布式能源系統中，作為神經(jīng)中樞的能源管理系統不可或缺。能源管理系統監測和控制供能設備的運行狀態(tài)，收集并分析用戶(hù)冷、熱、電能負荷的信息，并在不同系統狀態(tài)之間進(jìn)行切換。先進(jìn)的能源管理技術(shù)可以保證系統的能源供需平衡，提高綜合能源效率，并降低用戶(hù)的用能成本，這在樓宇和工業(yè)園區等大型分布式能源的應用場(chǎng)景中顯得尤為重要。例如，德國弗萊建筑集團聯(lián)合西門(mén)子公司在德國弗萊堡市開(kāi)發(fā)建設“智能綠塔”(SmartGreenTower)項目就是在當前最先進(jìn)的能源管理系統的綜合調度下實(shí)現了智能、高效、經(jīng)濟的穩定運行。這座商住綜合建筑的屋頂及幕墻覆蓋太陽(yáng)能電池板，為整座建筑提供可再生電力，并充當幕墻外的另一層隔熱材料。建筑內部安裝了容量為0.5MWh的鋰電池儲能單元，用來(lái)儲存分布式光伏產(chǎn)出的多余電力，平滑光伏系統的輸出曲線(xiàn)，并在尖峰負荷等情況下供電。智能綠塔配備的能源管理系統控制建筑內的光伏、儲能以及耗能設備。結合分布式光伏的輸出功率監測與當地電價(jià)的變化，能源管理系統將盡可能地提高分布式光伏的利用率，降低電網(wǎng)電力的使用比例，提升整個(gè)系統的經(jīng)濟性;儲能單元的開(kāi)關(guān)受能源管理系統的控制，系統將優(yōu)化太陽(yáng)能電池板與電池之間的充電循環(huán);根據運行人員的需求，系統還可以在提高能效、降低用能成本和降低二氧化碳排放等不同情景之間進(jìn)行切換。根據預測，這套能源管理系統將在建筑照明上節省80%的成本，供暖、通風(fēng)和空調系統的成本也可以減少20%。