景源：分布式能源發(fā)展的新路徑探索

編者按：“雙碳”背景下，隨著科技水平不斷進步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，

北京煤氣熱力設(shè)計院綜合能源中心主任設(shè)計師景源主任做了主題為《分布式能源發(fā)展的新路徑探索》的報告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。

景源：各位領(lǐng)導、各位專家，下午好。我是來自北京煤氣熱力工程設(shè)計院的景源，今天我為大家分享的主題是分布式能源新路徑的探索，主要分為兩個部分。

一、介紹分布式能源的應(yīng)用。

二、探索分布式能源應(yīng)用的新場景。

首先介紹一下分布式能源的應(yīng)用，對于分布式能源來說，就是建設(shè)在用戶端高效的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，能夠滿足用戶多種的用能需求，來實現(xiàn)資源利用的最大化。在分布式能源系統(tǒng)當中，主要的供能包括水地源熱泵，空氣源熱泵，鍋爐制冷機組，發(fā)電機組以及分布式的光伏風電等。

供能的對象涵蓋了醫(yī)院、酒店、住宅、商場、工業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)中心等等，下面我簡單介紹幾個典型的分布式能源應(yīng)用的案例。

像湖北鄂州民用機場綜合供能工程主要應(yīng)用的能源就是淺層地熱能，采用淺層第源熱泵，配套水蓄能再加上燃氣鍋爐和制冷機組，供應(yīng)13.2萬平米的冷熱負荷，可再生能源的供熱比例達到了76%。

2019年北京世園會的綜合供能工程是充分利用了北京延慶地區(qū)淺層地熱能和中深層地熱能，采用的是中深層地熱、淺層地熱，配套了水蓄能調(diào)峰的電制冷和鍋爐來供應(yīng)30萬平米的冷熱負荷，供熱的可再生能源比例達到了60以上。

浙江紹興鏡湖新區(qū)2號分布式能源工程，主要采用的是河水源，應(yīng)用河水源熱泵，配套電制冷和鍋爐來給85萬平米供能。海洪商業(yè)街再生水源熱泵工程充分利用的再生水資源，采用再生水源熱泵供應(yīng)2.7萬平米的采暖。麒麟郡加的項目主要應(yīng)用的是空氣源熱泵來滿足全部20萬平米的采暖需求。

小米亦莊云計算中心余熱回收項目屬于數(shù)據(jù)中心余熱回收內(nèi)的項目，回收了云計算中心的余熱，在為數(shù)據(jù)中心供冷的同時實現(xiàn)了供暖。中石油數(shù)據(jù)中心分布式能源項目是典型的燃氣三聯(lián)供系統(tǒng)，采用三聯(lián)供配套調(diào)峰的鍋爐和備用的電制冷機組，為數(shù)據(jù)中心2500面機柜提供全年的電負荷和中溫冷負荷，還有周邊配套的冷熱負荷。

北京燃氣大樓分布式能源項目利用屋面以及大樓的主入口，以及車庫的出口進行光伏建筑一體化改造，另外在建筑的屋面還安裝了6臺300挖的景觀風機，屬于分布式的光伏和風電項目。

下面就為大家分享一下分布式能源應(yīng)用新場景的探索成果。

近些年來，從國家層面和地方層面都相繼出臺了關(guān)于沼氣利用的支持政策，國家發(fā)改委、國家能源局出臺的關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機制和政策措施的意見當中提到了，在農(nóng)村地區(qū)優(yōu)先支持沼氣發(fā)電等生物質(zhì)能發(fā)電接入電網(wǎng)，完善規(guī)模化沼氣、生物天然氣、地熱能等開發(fā)利用扶持政策和保障機制。

在國家發(fā)改委、國家能源局、生態(tài)環(huán)保部等多部委發(fā)布的減污降碳、協(xié)同增效實施方案當中也提到了推廣污水處理廠污泥沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)，在污水處理廠當中對沼氣進行綜合利用。

在國家發(fā)改委和能源局等九部門出臺的“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃當中也提到了優(yōu)化生物質(zhì)發(fā)電開發(fā)布局，有序發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電和沼氣發(fā)電。北京市發(fā)改委也在今年出臺了北京市可再生能源替代行動方案，其中提到了高碑店、小紅門等五座再生水廠污泥沼氣發(fā)電工程建設(shè)并網(wǎng)，以及推動沼氣發(fā)電工程的建設(shè)。

對于沼氣來說，就是各種有機物質(zhì)在隔絕空氣和適宜的溫度、PH值下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃氣體，它屬于二次能源，也是可再生能源。

主要的利用方式，在農(nóng)村主要是炊事、照明、取暖、烘干。在城市就是發(fā)電、供暖、燃料替代等等。

對于城市里來說，最大的沼氣來源就是污水處理后，副產(chǎn)品污泥來產(chǎn)生沼氣，污泥就是從廢水中去除的固體物質(zhì)，包括有機物、懸浮物、沉淀物、微生物和其他固體顆粒，污泥具有高濕度和高含水量。

在污泥處理了工藝流程中主要分為四個部分。

一、預(yù)處理，首先是原泥的接收，經(jīng)過污泥道達到緩沖倉進行暫存。

二、熱水解處理，分別通過漿化反應(yīng)器、水熱反應(yīng)器、閃蒸罐還有熱交換器完成熱水解。

三、厭氧消化，在消化池里面厭氧發(fā)酵，形成了大量的沼氣。

四、板框脫水，經(jīng)過厭氧消化的污泥進入板框壓力機，深度脫水之后外送。

對于污泥來說最優(yōu)的處置方案就是土地利用，因為這樣污泥當中的營養(yǎng)成分能夠在環(huán)境當中得到循環(huán)利用;

在熱水解處理的過程當中需要蒸汽來加熱，在厭氧消化階段，消化池里面會產(chǎn)生大量的沼氣，深度脫水后水處理也會產(chǎn)生一部分再生水，所以我們今天介紹的分布式能源應(yīng)用的新場景對象就是污泥與處理中心。

為了解決城市污水處理廠污泥的處理問題，實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化，北京市近年來建設(shè)了幾座大型的污泥處理中心，可以為周邊的污水處理廠的污泥得到處理和處置。

對于污泥處理中心來說，在厭氧消化階段會大量的產(chǎn)生沼氣，處理過的污泥深度脫水后，濾液經(jīng)過處理還會產(chǎn)生大部分的再生水，在熱水解過程當中，需要蒸汽進行加熱，另外廠區(qū)全年需要用電，冬季還需要采暖。

所以我們充分利用污泥處理中心的沼氣資源，來發(fā)電、制蒸汽、采暖等等，形成廠區(qū)的循環(huán)經(jīng)濟。沼氣的主要成分就是甲烷，剩下還有一部分的二氧化碳、氮氣、氧氣，還有少量的硫化氫、氫氣、一氧化碳和碳氫化合物等等，所以沼氣在利用之前必須要對它進行處理，從消化池出來的沼氣，一小部分進入沼氣貯柜，是起到沼氣氣量的平衡和壓力平衡作用，大部分的沼氣先經(jīng)過一級增壓，之后脫硫，包括生物脫硫、干式脫硫，之后進行二級增壓，一部分可以進入蒸汽鍋爐產(chǎn)蒸汽，另一部分在進入發(fā)電機組之前要進行脫硅氧烷的處理，剩下如果用不完的沼氣就要通過火炬的燃燒來排放。

下面介紹一下污泥處理中心整個分布式能源系統(tǒng)的工藝流程。從厭氧消化池出來的沼氣經(jīng)過處理以后，進入沼氣內(nèi)燃機發(fā)動機組發(fā)電，供應(yīng)廠區(qū)內(nèi)的建筑用電，發(fā)電后的煙氣與熱產(chǎn)生蒸汽，可以供應(yīng)熱水解車間的工藝蒸汽負荷，發(fā)電后的高溫冷卻水的預(yù)熱可以供應(yīng)廠區(qū)內(nèi)的采暖負荷，另一部分的沼氣經(jīng)過處理之后，經(jīng)過沼氣蒸汽鍋爐來產(chǎn)生蒸汽，提供不足的工藝蒸汽負荷。

其余的蒸汽通過換熱之后，供應(yīng)廠區(qū)內(nèi)各建筑不足的才能負荷。內(nèi)燃機發(fā)電后的低溫冷卻水的預(yù)熱還能加熱軟化水，污泥經(jīng)過處理之后深度脫水，濾液產(chǎn)生的再生水可以作為發(fā)電機、高低溫冷卻水的應(yīng)急冷源。

根據(jù)以上的系統(tǒng)，我們的工程主要配置了四臺一兆瓦的沼氣內(nèi)燃發(fā)電機組，配套設(shè)置了四臺0.65噸的余熱蒸汽鍋爐和配套的余熱利用板塊，還有四臺6噸的沼氣蒸汽鍋爐和一套制熱量是4.7兆瓦的汽水換熱機組，在當時安裝機組和管道時候機房內(nèi)的場景，這是建成之后污泥處理中心內(nèi)的能源站遠景圖，有四根發(fā)電機的煙囪和遠處鍋爐的煙囪，屋頂上放置的是發(fā)電機的遠程散熱水箱。

工程的實施之后，最大化的利用了污泥處理中心的資源稟賦，實現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟和綠色經(jīng)濟發(fā)展體系，這是完成后的機房內(nèi)場景，包括發(fā)電機組，綠色的是發(fā)電機組的隔聲罩，配套的余熱蒸汽鍋爐，發(fā)動機高低溫冷卻水的余熱利用板框和沼氣蒸汽鍋爐。

對于污泥處理中心的分布式能源項目來說，和典型的分布式具有以下的不同點，首先整個系統(tǒng)的運行模式可以實現(xiàn)靈活切換，上面藍色的曲線是污泥處理中心全年沼氣的產(chǎn)出量，下面紅色的曲線是全年蒸汽需求量，包含了采暖的，實際上從這兩個曲線可以看出沼氣峰值的點基本上在非采暖季，蒸汽的峰值點在采暖季，所以相對來說在非采暖季的時候，沼氣的產(chǎn)量稍微多一些，蒸汽的需求少，而采暖季的時候沼氣的產(chǎn)量少，而蒸汽的需求多。

對于沼氣利用設(shè)備來說，內(nèi)燃發(fā)電機組生產(chǎn)單位蒸汽所消耗的沼氣相對多，蒸汽的產(chǎn)量少，而沼氣蒸汽鍋爐，就是沼氣的耗量少一些，產(chǎn)生的蒸汽多，根據(jù)以上沼氣產(chǎn)量、蒸汽需求以及設(shè)備的特點，我們制定了采暖季和非采暖季的運行模式，在采暖季的時候我們就多開一些沼氣蒸汽鍋爐，少開一些內(nèi)燃發(fā)電機組，發(fā)電機的高溫冷卻水的余熱就可以用于采暖負荷，低溫冷卻水的余熱用來加熱軟化水。

在非采暖季的時候，鍋爐開的少一點，內(nèi)燃發(fā)電機組開的多一點，發(fā)電高溫冷卻水余熱用于加熱軟化水，低溫冷卻水的余熱通過廠區(qū)內(nèi)的再生水來散熱，這個系統(tǒng)也是取得了專利。

第二個特點，整個發(fā)電機的高低溫冷卻水的應(yīng)急冷卻系統(tǒng)相對安全、環(huán)保和節(jié)能，因為整個廠區(qū)內(nèi)是能產(chǎn)生再生水的，再生水可以作為發(fā)電機高低溫冷卻水的應(yīng)急散熱冷源。

一、再生水的量能夠遠遠的滿足發(fā)電機冷卻的需求。

二、可以減少發(fā)電機配套的遠程散熱水量用電量，所以整個應(yīng)急冷卻系統(tǒng)是相對環(huán)保、安全和節(jié)能的。

第三，因為整個廠區(qū)都全年運行，沼氣綜合利用系統(tǒng)頁可以全年運行，為廠區(qū)來提供電力、蒸汽、采暖負荷，系統(tǒng)利用的時間比較長。

第四，充分利用了沼氣資源，屬于可再生資源，所以整個系統(tǒng)的可再生能源比例能夠達到百分之百，年均能源綜合利用率74%，沼氣熱電聯(lián)供的系統(tǒng)節(jié)能率是28%，燒沼氣能全年節(jié)省燃氣的費用是2100多萬元，發(fā)出來的電能夠節(jié)省電力的支出是1500多萬元，年減排二氧化碳0.94萬噸，通過對沼氣充分利用，可以減少溫室氣體排放、降低環(huán)境污染，在推動可持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型方面具有重要意義。

工程最大化的利用了污泥處理中心的資源稟賦，實現(xiàn)了廠區(qū)內(nèi)的循環(huán)經(jīng)濟和綠色經(jīng)濟的發(fā)展體系，整個供能系統(tǒng)也能實現(xiàn)按季節(jié)切換、按負荷追蹤、靈活調(diào)整運行模式，并且利用了再生水資源實現(xiàn)了發(fā)電機多余熱量的散熱，節(jié)能效益非常顯著。

通過這個項目探索出了一條分布式能源應(yīng)用的新路徑和一個應(yīng)用的新場景，也為國內(nèi)同類的項目建設(shè)和運營提供一些借鑒和參考數(shù)據(jù)。

我的分享就到這里，謝謝大家。