主講人：黃德洪

簡  介：清華大學車船動力研究中心主任黃德洪

/講座導讀】：本期【綠建大講堂】由從事新能源技術方面工作十余年的清華大學車船動力研究中心主任黃德洪擔任主講人，為大家介紹“分布式能源”如何提高能源的使用效率。

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【綠建微信講堂——講稿】

美國學者杰里米·里夫金在《第三次工業(yè)革命》中提出，分布式可再生能源和互聯(lián)網技術相結合的“能源互聯(lián)網”將出現，并預言第三次工業(yè)革命即將到來，這里面講到的分布式可再生能源，也包含了今天我們將要談到的分布式能源系統(tǒng)。因為在座的大多從事建筑行業(yè)，所以著重講一下，大型公共建筑的分布式功能。

“分布式能源”（distributedenergysources）是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端v熱電冷（植）聯(lián)產為主，其他中央能源供應系統(tǒng)為輔，實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應系統(tǒng)提供支持和補充；在環(huán)境保護上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現適度排放的目標；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長距離輸送能源的損失，有效的v高了能源利用的安全性和靈活性。

針對大型公共建筑，為什么要提倡分布式功能？在這之前，我們可以先了解一下傳統(tǒng)的能源結構。（注：大型公共建筑特指大學、酒店、醫(yī)院等既有熱負荷，又有電負荷的工程應用。）

傳統(tǒng)能源供應系統(tǒng)是：1、供電，國家電網或者南方電網集中給大型公建供電。2、供熱，項目業(yè)主自備燃煤、燃油、燃氣鍋爐，少部分依賴市政集中供熱，但是非供暖季無法連續(xù)。3，制冷，項目業(yè)主自備制冷機。

Q：分布式是指就地解決電、冷和熱的問題，也稱熱電聯(lián)產，不知理解是否正確？

A：是的，分布式能源用于建筑領域，也稱謂熱電冷三聯(lián)供，在工業(yè)領域非常普及，叫做熱電聯(lián)產，任何一個地級市都有，比如：造紙廠、化工廠、或者工業(yè)開發(fā)區(qū)的熱電廠。

Q：大型公共建筑是指多少面積以上的？

A：20000平米以上的稱為大型公共建筑。

清華大學建筑系做的關于大型公建的數據調研顯示：北京市大m公建總面積，占全市建筑面積不足5%，但是消費了全市建筑能耗的20%。

圖1火電廠冷卻塔

圖1為火電廠的冷卻塔，以一個傳t的30萬kw的火電機組為例，純凝發(fā)電，他的能源效率不足36-38%，而根據能量守恒定律，意味著每輸入1MJ的化石能源，只有0.36MJ的電能輸出，剩余的就變?yōu)閺U熱，從冷卻塔放散的環(huán)境之中浪費了，這個就是傳統(tǒng)的熱、電分供的典型案例。

而針對大型公建的熱電聯(lián)供，就是把發(fā)電站建在建筑物內部，就地發(fā)電，就地消費，發(fā)電過程中伴生的廢熱，則被建筑物正常的熱負荷消耗，沒有能源的浪費，這里涉及到能量的基本概念：焓值（熱的量）、熵值（熱的做功能力）。舉一個生活中的例子：1、一桶熱水----焓值高，熵值低，一桶熱水不能點燃一張紙。2、一根火柴----焓值低，熵值高，一根火柴可以點燃一張紙，但是不能燒熱一桶水。

由于熱、電分供導致了宏觀層面的能源使用效率低的客觀事實，針對這一類建筑，推廣實施分布式功能，宏觀上提高能源利用效率，微觀上為項目業(yè)主降低能源支出費用，本身也h在著巨大的商業(yè)機會。

中科院院士徐建中曾給國務院寫過發(fā)展分布式能源的建議報告，打了一個形象的比喻：如果把中國的電網比作一條高速公路，在世界上可能最為擁堵，因為中國幾乎所有的用電都要從統(tǒng)一的電網高速公路上輸送，使得這條高速公路不堪重負。他建議，在中國大力發(fā)展分布式能源，相當于給電網高速公路開辟有效分支，從而減輕大電網的壓力。舉個冰島的案例，再冰島絕大多數上規(guī)模的爐房都帶發(fā)電機組，因為冰島寒冷，常年有供暖需求。

Q：采用合同能源管理方式，業(yè)主不用投錢，每年還能省燃氣，10年后還白得設備？

A：我們給地方政府的建議是20年，這對于投資人才有吸引力，我曾經與建筑系的江億院士交流過分布式能源在大型公建行業(yè)的應用，他對此也是非常贊同的。

合同能源管理，在國內廣泛地被稱為EMC（Energy Management Contracting），是70年代在西方發(fā)達國家開始發(fā)展起來一種基于市場運作的全新的節(jié)能新機制。節(jié)能服務公5與用能單位以契約形式約定節(jié)能項目的節(jié)能目標，節(jié)能服務公司為實現節(jié)能目標向用能單位提供必要的服務，用能單位以節(jié)能效益支付節(jié)能服務公司的投入及其合理利潤的節(jié)能服務機制。其實質就是以減少的能源費用來支付節(jié)能項目全部成本的節(jié)能業(yè)務方式。這種節(jié)能投資方式允許客戶用5來的節(jié)能收益為工廠和設備升級，以降低運行成本。合同能源管理項目的節(jié)能率一般在10％－40％，最高可達50%。合同能源管理不是推銷產品或技術，而是推銷一種減少能源成本的財務管理方法。

合同能源管理10年前在中國就有再做，特別是與日本合資的企業(yè)。鑒于國情，做的不夠好，這個是事實，大家有沒有注意到，參與合同能源管理的大都是一些小的民營企業(yè)，他們與大型國企不具備平等的話語權，加上中國的信用環(huán)境不好，所以容易被跳票。

但是，我可以告訴大家，中節(jié)能也做合同能源管理，就極少有惡意違約。首先，中節(jié)能是央企，他的目標客戶也都t大型企業(yè)，話語權對等。第二，他極少與純民營的小企業(yè)打交道，也在一定程度上，規(guī)避了惡意違約的風險。

再回到技術本身，分布式供能基于靠近用戶端的優(yōu)勢，決定了總體能源效率高于集中式的優(yōu)勢，也就是說宏觀上對于國家能源是有力的，而微觀上，作為終端用戶在熱、電聯(lián)供的基礎上，總體的能源費用支出在不同區(qū)域略有差別，但基本可降低20-30%之間，珠三角因為空調季節(jié)時間長會更高一些。

Q：有人說三聯(lián)供中的供冷不經濟，對嗎？

A：要看供冷的方式，如果是廢熱供冷，不會不經濟，可以對比電制冷的參o。

Q：能源規(guī)劃在國內屬于哪個專業(yè)范疇？

A：一般的建筑設計院就可以，我認為工藝并不復雜，而是一種新的設計理念。

發(fā)展分布式能源，實現冷熱電聯(lián)產是合理利用天然氣的最有效措施之一，國家已經將分布式冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)、產品和技術目錄》。該能源系統(tǒng)方案的工作原理是：利用燃氣的高品質部分用于發(fā)電，滿足區(qū)域重點電力負e的基本需求；發(fā)電同時產生的高溫煙氣驅動熱泵吸收機組制冷或供熱；低溫煙氣部分夏季用于驅動溶液除濕空調系統(tǒng)，冬季則被深度回收煙氣潛熱用于供熱。

與常規(guī)單一能源利用相比，熱、電、冷多聯(lián)供技術成熟，大幅減少了建設支付的資源配套費用，能源綜合利用效率高達60%-90%。

圖2能源梯級利用

廣州大學城分布式能源站

一、能源站概要

廣州大學城分布式能源站位于廣州市番禺區(qū)南村鎮(zhèn)，與廣州大學城一江之隔p占地面積約為11萬平方米，是廣州大學城配套建設項目，為廣州大學城18平方公里區(qū)域提供冷、熱、電三聯(lián)供，也是全國最大的分布式能源站。中國華電集團新能源發(fā)展有限公司和廣州大學城能源發(fā)展有限公司按55%和45%的比例共同出資成立廣州大學城華電新能源有限公司，負責廣州大學p分布式能源站項目的投資、建設及經營管理。

二、裝機規(guī)模  

    能源站總體規(guī)劃為4×78MW，分二期建設，一期2×78MW于2008年7月28日正式開工建設，2009年10月20日通過72小時和“72+24”小時試運行，滿足并網運行條件，正式投入商業(yè)運營。

三、主要設備

    能源站采用的燃氣輪機發(fā)電機組為美國普惠公司的FT8-3 Swift Pac雙聯(lián)機組（60MW）；余熱鍋爐為中國船舶重工集團公司第七○三研究所生產的兩臺中壓和低壓蒸汽帶自除氧&尾部制熱水、臥式自然循環(huán)、無補燃型、露天布置的余熱鍋爐；蒸汽輪機發(fā)電機組供貨商為中國長江動力公司（集團），分別選用一套帶調整抽汽的抽汽凝汽式蒸汽輪機發(fā)電機組和一套雙壓補汽式蒸汽輪機發(fā)電機組，配套18MW 和25MW 發(fā)電機各一臺

四、生產流程

    燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電工作原理是由兩臺燃氣輪機和一臺發(fā)電機組成--兩臺燃氣輪機通過聯(lián)軸器直接連接一臺雙端驅動發(fā)電機（額定出力60MW），通過葉輪式壓氣機從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室。同時氣體燃料也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進行燃燒，生成的高溫高壓煙氣進燃氣輪機膨脹做功，推動動力葉片高速旋轉帶動發(fā)電機，燃機效率可達39%，排出的479℃煙氣進入余熱鍋爐循環(huán)利用。余熱鍋爐再生產出蒸汽供應給汽輪發(fā)電機進行發(fā)電。發(fā)電后的尾部煙氣余熱再生產高溫熱水，制造生活熱水和空調冷凍水。

五、能源的梯級利用

    能源站為了充分利用一t能源，提高機組的熱效率，在燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的基礎上，還采取了以下措施實現能源的梯級利用，進一步提高能源的利用效率。

    首先，利用余熱鍋爐尾部煙氣制備熱媒水，余熱鍋爐尾部熱水加熱器把熱媒水從60℃加熱到90℃，一部分熱媒水送到大學城熱水制備站的水水熱交t器加熱高質水，向大學城用戶提供熱水，另一部分作為能源站集控樓和辦公樓中央空調溴化鋰機組的熱源。

    其次，在熱媒水的熱量不能滿足大學城需求的情況下，從余熱鍋爐抽低壓蒸汽，供大學城熱水制備站汽水熱交換器制備熱水用。現已向廣州大學城區(qū)域內的11所大學及大學城能源站周圍用戶約20萬人提供全部生活熱水、空調冷凍水和部分電力。

    系統(tǒng)輸入一次能源后，經燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電、蒸汽輪機發(fā)電機組發(fā)電、余熱鍋爐供低壓蒸汽和利用余熱鍋爐尾部煙氣制備熱媒水幾個環(huán)節(jié)，實現了一次能源的梯級利用，高品位的一次能源用于發(fā)電，低品位的高溫煙氣用于二次發(fā)電和供熱制冷，系統(tǒng)的綜合能源利用效率達到80%以上。另外燃氣輪機，內燃機國產還不行，進口價格高也加大了投資，針對大型公建的分布式能源核心機，不建議用燃氣輪機，單位kw造價高，內燃機完全可行，國內已經有了很多案例。

Q：黃老師，國家對發(fā)布式能源系統(tǒng)有補助政策嗎？

A：有很多，比如財政部、發(fā)改委、住建部等

Q：現在天然氣漲價，投資回收期是不是不太理想？

A：天然氣漲價肯定會影響分布式能源的收益，但是電價也會漲，二者會有一定程度的沖抵。

Q：國內民間能源浪費嚴重，而且比較普遍，應用于民建的前景好不好？

A：民建較為分散，熱點符合，不連續(xù)，不建議實施。

Q：分布式能源安裝地點有限制性要求嗎？

A：需要原有機房100平米左右的富裕場地

Q：系統(tǒng)設備有哪個部門審批？

A：當地的質量技術監(jiān)督局鍋檢所

Q：目前分:式能源系統(tǒng)可能存在哪些弊端導致開發(fā)商不愿意采用？

A：主要是經濟因素，另外開發(fā)商也不太明白分布式的概念，設計院也不會主動推薦。

Q：黃老師，請問三聯(lián)供設計是以電定冷還是其他設計原則？

A：以熱定電，自發(fā)自用，并網不上網，是分布式能源系統(tǒng)設計的基本原則。

Q：以熱定電的話，電力不足需要另加發(fā)動機么？

A：不需要，大型公建本身都有電網供電，分布式能源系統(tǒng)僅僅供應基礎負荷。

Q：是建筑自己用天然氣制電？產生的廢氣自己利用供熱或供冷，產生的多余電量可以賣掉？

A：是建筑自己用天然氣制電。不用賣了，被自身消耗掉了，相當于少買了電，節(jié)約了電費。