Market Driven Distributed Energy Storage Requirements for Load Management Applications
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Effective May 4, 2007, this report has been made publicly available in accordance with Section 734.3(b)(3) and published in accordance with Section 734.7 of the U.S. Export Administration Regulations. As a result of this publication, this report is subject to only copyright protection and does not require any license agreement from EPRI. This notice supersedes the export control restrictions and any proprietary licensed material notices embedded in the document prior to publication.
Market Driven Distributed Energy Storage System Requirements for Load Management Applications 1014668
Technical Update, April 2007
EPRI Project Manager
D. Rastler
ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
3420 Hillview Avenue, Palo Alto, California 94304-1395 ? PO Box 10412, Palo Alto, California 94303-0813 ? USA 800.313.3774 ? 650.855.2121 ? askepri@https://www.doczj.com/doc/2515715416.html, ? https://www.doczj.com/doc/2515715416.html,
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ORGANIZATION(S) THAT PREPARED THIS DOCUMENT
Electric Power Research Institute (EPRI)
Resource Dynamics Corporation
Energy and Environmental Economics, Inc.
This is an EPRI Technical Update report. A Technical Update report is intended as an informal report of continuing research, a meeting, or a topical study. It is not a final EPRI technical report.
NOTE
F or further information about EPRI, call the EPRI Customer Assistance Center at 800.313.3774 or e-mail askepri@https://www.doczj.com/doc/2515715416.html,.
Electric Power Research Institute, EPRI, and TOGETHER…SHAPING THE FUTURE OF ELECTRICITY are registered service marks of the Electric Power Research Institute, Inc.
Copyright ? 2007 Electric Power Research Institute, Inc. All rights reserved.
CITATIONS
This report was prepared by:
Electric Power Research Institute (EPRI)
3420 Hillview Avenue
Palo Alto, CA 94304
Principal Investigator
D. Rastler
Resource Dynamics Corporation
8605 Westwood Center Drive
Vienna, Virginia 22182
Principal Investigator
P. Lemar
Energy and Environmental Economics, Inc
Suite 1700
353 Sacramento Street
San Francisco, CA 94111
Principal Investigator
S. Price
This report describes research sponsored by the Electric Power Research Institute (EPRI).
This publication is a corporate document that should be cited in the literature in the following manner:
Market Driven Distributed Energy Storage System Requirements for Load Management Applications. EPRI, Palo Alto, CA: 2007. 1014668.
iii
PRODUCT DESCRIPTION
Electric energy storage systems are an enabling technology that could help meet the needs of electric utility by managing peak energy demands, helping shift the peak loads to off peak hours and improving the load factor of the electric distribution system. Applications of distributed energy storage systems (DESS) could also provide power quality and reliability benefits to customers and to the electric system. EPRI collaborated with several investor owned utilities to conduct a study to understand the technical and market requirements for distributed energy storage systems to enable customer and electric system load management.
Results
?Market potential emerges when the cost of the energy storage component in a fully integrated DESS falls below $100/kWh. Considering the total societal benefits (utility benefits plus customer benefits), the cost of the fully integrated DESS should be between ~$150/kWh to $250/kWh (or $600/kW to $1,000/kW for 4 hour storage capacity) for mass market adoption. ?The size of DESS for residential applications ranged between 1and 5 kW with 5 kWh to 30 kWh storage capacity. For the majority of commercial applications, the size ranges between
30 and 150 kW with 100 kWh to 1,500 kWh storage capacity.
?The implications of commercially viable DESS on a national basis could range from 20 GW to 150 GW if the cost of the energy storage component in a fully integrated DESS falls in the range of $ 80/kWh to $20/kWh respectively.1 Current technology, however, is a factor of 2 to 5 times this level.
?The analysis showed electric utilities are optimum early adopters and operators of DESS rather than end-use customers because: 1) the technical and performance requirements are less demanding than those required for customer adoption, and 2) these systems could be used by electric utilities to maximize the efficiency of the electric distribution system
operations and 3) the societal benefits could be more easily monetized.
Objectives: The project objectives were to:
1.Define DESS parameters suitable for various customer segments based on potential
economic values to both customers and utilities;
2.Assess the cost and benefits of DESS from both the end-user, utility system and society
perspectives and identify the most sensitive parameters;
1The total cost of any storage plant is equal to : Cost for Power Component or the balance of plant in ($/kW) + hours of discharge storage time multiplied by the cost of energy storage component in ($/kWh)
v
3.Estimate the US load impacts of DESS based on extrapolation of analysis from several large
investor owned utility systems;
4.Determine DESS size requirements for residential and commercial sectors;
5.Document the findings and transfer results to industry stakeholders, vendors and researchers. EPRI Perspective
This study estimates key technical and performance parameters necessary for DESS to be competitive in commercial and residential market segments under present rate and retail price assumptions. The results, however, were derived from a limited sample of investor utility data and may not be entirely representative of the entire US market. The results may also not represent the market needs in the rural or municipal utility sectors. The analysis of the value of distributed storage can be very system and site specific. This study also did not examine the cost and value for other applications for DESS, such as with renewable power systems. Follow on research is needed to assess the market requirements for those applications with industry stakeholders. An EPRI sponsored Technical Innovation project has started this process and some preliminary results are provided in Appendix D of this report.
Approach
A technical and economic market analysis was conducted with several large investor owned utility systems to understand the cost and economic requirements for DESS. An electric utility systems’ oriented approach was used which assumed electric utilities would own and dispatch the systems. Also, an end-user oriented analysis was performed assuming end-user ownership and dispatch. In both cases a “black box” fully integrated distributed energy storage system was assumed and analyzed using present electric rates.
Keywords
Electric Energy Storage
Distributed Energy Resources
Markets Analysis
vi
CONTENTS
1 INTRODUCTION....................................................................................................................1-1
Objectives.............................................................................................................................1-2 Approach...............................................................................................................................1-2 Utility Business Model......................................................................................................1-3 End-User Business Model................................................................................................1-3
2 RESULTS...............................................................................................................................2-1
Utility Business Model-Utility Owned and Dispatched DESS................................................2-1 Results..................................................................................................................................2-1 Discussion.............................................................................................................................2-5 End-User Business Model-Customer Owned and Dispatched DESS...................................2-5 Results..................................................................................................................................2-5 Discussion...........................................................................................................................2-10 Cost of Energy Storage Component...................................................................................2-10 Size of DESS..................................................................................................................2-10 Cycle Life........................................................................................................................2-11 On-Peak and Off-Peak Costs.........................................................................................2-11 Drivers for Adoption........................................................................................................2-11
3 SUMMARY.............................................................................................................................3-1
A REFERENCES......................................................................................................................A-1
B DEFINITION OF TERMS......................................................................................................B-1
Energy storage model outputs.............................................................................................B-7
C END-USER ANALYSIS ASSUMPTIONS.............................................................................C-1
D SHAPING MARKET PULL FOR DISTRIBUTED ENERGY STORAGE:
APPLICATIONS, SPECIFICATIONS, AND PRIORITIES........................................................D-1
vii
Introduction..........................................................................................................................D-1 Imagineering the Grid of the Future.....................................................................................D-2 Prioritization of Most Important Applications........................................................................D-2 Target Specifications for Key Applications...........................................................................D-3 Innovation in Systems Integration........................................................................................D-5 Draft Technology Challenges:..............................................................................................D-6 Action Plan...........................................................................................................................D-7 Scientific..........................................................................................................................D-7 Technical.........................................................................................................................D-7 Business..........................................................................................................................D-7 Educational......................................................................................................................D-7 Commercialization...........................................................................................................D-7 Next Steps:...........................................................................................................................D-8
viii
LIST OF FIGURES
Figure 1-1 End-User Analysis Approach....................................................................................1-4 Figure 2-1 Residential Sector Utility Owned and Dispatched Energy Storage System.............2-2 Figure 2-2 Commercial Sector Utility Owned and Dispatched Energy Storage System............2-3 Figure 2-3 Sensitivity Analysis from Societal Net Benefit Perspective.......................................2-4 Figure 2-4 Percent Load Impact for Participating Investor Owned Utilities as a function of the Energy Storage Component Costs in $/kWh...............................................................2-6 Figure 2-5 Average DESS Size for Residential Application as a function of Energy Storage Component Costs in $/kWh..................................................................................2-8 Figure 2-6 Average Energy Storage Size for Commercial Sector Applications as a function of Energy Storage Component Costs in $ /kWh...................................................2-9 Figure 2-7 Average DESS Inverter Size in kW Estimated for Residential Sector based on End-User Economics as a Function of the Energy Storage Component Costs in
$/kWh.................................................................................................................................2-9 Figure 2-8 Average DESS Inverter Size Estimated for Commercial Building Sector based on End-User Economics as a function of Energy Storage Component Costs in
$/kWh...............................................................................................................................2-10
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LIST OF TABLES
Table 2-1 U.S. Load Impact Extrapolated from Sample Utility Load Impact Analysis................2-7 Table 3-1 Examples of current and projected battery energy storage systems.........................3-2 Table 3-2 Summary of the Results............................................................................................3-3
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1
INTRODUCTION
Low cost and reliable electricity is a critical economic growth driver in the United States. The use of distributed energy storage systems (DESS) could help meet utility2 needs in meeting demand and managing associated peaks. Systems which store electricity during off-peak hours and use it during on-peak hours to reduce the peak load demand could provide benefits to both electric utilities and end-users. Such systems could provide utilities with an option to shift load to off peak hours and increase the utilization of grid assets, thereby improving system load factor. Such applications could also provide utilities with added end-user service offerings in the form of power quality and added reliability. This could provide customer satisfaction benefits for the utilities and greater customer flexibility and choice.
DESS which utilize battery and other energy storage technologies could help utilities and their customers overcome increased costs often associated with peak demand. Although there are technologies available in the market, only a limited number of system providers exist today that can provide and deliver fully integrated storage systems at affordable prices. Fortunately, storage technologies continue to advance3 and there are technologies in the R&D pipeline which could be used in stationary distributed energy storage applications. Also, vendors and system integrators developing energy storage products may be unaware of the electric utility market electricity storage needs. See Table 3-1 in Chapter 3 for a listing of current available energy storage technologies and the references in Appendix A for a more detailed description on the status and trends of energy storage systems.
In this report the following terminology is used:
? A fully integrated DESS consists of the energy storage component and the balance of plant to enable a fully functional, dispatchable and grid interconnected unit.
?The energy storage component of an integrated system stores and releases kWhs. In this study, it refers to the battery component. It does not include balance plant equipment. ?The balance of plant equipment (BOP) includes the power conditioning system, thermal management systems and communication & controls.
?The power conditioning system (PCS) consists of the inverter and associated controls. The inverter is a solid state device which converts dc voltages into ac voltages compatible with the grid, and delivers the necessary power (kW) rating of the system. In this study the
inverter was assumed to be the dominate cost element of the BOP.
2 In this report “utility” is defined as either an electric distribution company or a vertically integrated utility. Some of the distributed benefits detailed in this report may be under estimated for fully integrated utilities that operate generation assets.
3 The growing trend in hybrid and plug-in hybrid vehicles is creating an opportunity to leverage R&D investments in advanced batteries for stationary distributed energy storage applications.
1-1
Introduction
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? The total cost of a fully integrated DESS is the combination of the cost of energy storage component and BOP. A mathematic relationship of the cost is shown below.
Storage
of Hrs kW BOP kWh nt ageCompone EnergyStor kWh DESS __)/($)/($)/($+= or )/($)__()/($)/($kW BOP Storage of hrs x kWh nt ageCompone EnergyStor kW DESS += This project seeks to understand the electric utility system and end-user requirements for DESS. This report and the results will help facilitate an electric utility industry market-driven process that will engage the utility industry stakeholders with energy storage vendors and system
integrators and to help drive energy storage technology R&D and product development towards a successful commercialization pathway of value for the electric enterprise.
Objectives
The overall goals of this project are to identify specific requirements, including technical, functional and economic criteria for DESS to serve electric system and end-users needs. The project is also intended to identify and scope the costs and benefits of fully integrated DESS from different stakeholder perspectives including electric utilities and end-users resulting in societal benefits. Specific project objectives are detailed below:
1. Define DESS parameters suitable for various customer segments based on potential
economic values to both utilities and customers;
2. Assess the cost and benefits of DESS from both the utility system, end-user and resulting
society perspectives and identify the most sensitive parameters;
3. Estimate the US load impacts of DESS based on extrapolation of analysis from several large
investor owned utility systems;
4. Determine DESS size requirements for residential and commercial sectors;
5. Document the findings and transfer results to industry stakeholders, vendors, and researchers. Approach
The market requirements for a fully integrated and installed DESS were estimated using two approaches: 1) a utility business model; and 2) an end-user business model. In each approach, a life-cycle analysis was used to estimate the value of energy storage. This includes the total cost of capital, installation, operation and maintenance costs evaluated over the life of the battery system.
Introduction Utility Business Model
The economic costs and benefits for DESS were estimated from an electric utility system’s perspective in an analytic and modeling effort. EPRI contracted Energy and Environmental Economics to perform this work based on previous methodology used to assess the cost and benefits of distributed energy resources (Reference 4 in Appendix A). Details of the input assumptions and the model can be found in Appendix B. The objective was to estimate the magnitude and range and the DESS benefits, if such systems were owned and dispatched by an electric utility. Input assumptions considered energy and capacity values for each hour of the year and included: distribution capacity; transmission capacity; generation capacity and energy values. Proxies for utility values were used to estimate the value of energy storage from the electric system’s perspective4.
Sensitivity analysis of key input parameters was also performed to show the impact of key assumptions.
A life-cycle analysis was used to estimate the value of DESS. This includes the total cost of capital, installation, operation and maintenance costs evaluated over the life of the system.
It is important to note that the analysis and results presented in the next section are based on present utility rates. The impact of possible future rate changes to the results of this study were not addressed.
End-User Business Model
In the end-user analysis approach, a business model was used which assumed end-users owned and dispatched the DESS to save energy costs. A “black box” fully integrated DESS was presumed to be installed at customer locations in the service territory of several investor owned utilities. These large investor owned utilities represented about 30 % of the U.S. market and had customers that cover a wide range of geographical areas and end-user segments. Analysis of both commercial and residential market segments was performed using present rate methodologies to determine the ideal system sizes (in terms of both peak capacity and energy component) and the allowable economic installed cost from the end-user’s perspective.
Resource Dynamics Corporation’s Distributed Power Economic Rationale Selection (DISPERSE) model was used to estimate the achievable technical and economic market potential for storage systems by comparing on-site storage economics with competing grid prices. The model not only determined whether storage is more cost effective, but also which energy storage sizes appear to be the most economic to meet facility load and energy needs. The model was developed over the past seven years and has been used in a variety of distributed energy resource 4The value streams used as proxies in the energy storage model were based on the adopted values in the energy efficiency proceeding, California Public Utility Commission Rulemaking 04-04-25. The report can be downloaded at the following URL. https://www.doczj.com/doc/2515715416.html,/CPUC/E3_Avoided_Costs_Final.pdf
1-3
Introduction
1-4
(DER) peak shaving, base load, and combined heat and power (CHP) assessments for utilities, equipment manufacturers, and research organizations.
Figure 1-1 below provides an overview of the model inputs, analysis, and output in an electric energy storage analysis for end-users. .
Figure 1-1
End-User Analysis Approach
The model run begins with a database of commercial and residential sites, which are organized by region, NAICS/SIC code and size. In addition, based on the site SIC code, the model
assigned an electric load profile representative of that customer building type. The size of facility was used to “scale” up or down the magnitude of the load profile. The load profiles for the commercial sector in the DISPERSE model were derived from the Department of Energy’s
DOE-2 model. Load profiles are by building types (e.g. office building, restaurant, school) and location (e.g., Philadelphia). Each facility was assigned a building type/location, based on the SIC and geographic region. Regional residential load profiles were provided by EPRI and the participating utilities.
Using this information, combined with the baseline energy storage price and performance data, the model performed a life-cycle cost economic analysis, determining year 1 savings from using the electric storage system. The model then compared savings from storage systems with costs of purchasing from the grid (from the database of grid prices), and counted the application if it provided “bill savings” with a sufficient payback. This process was repeated tens of thousands of times, once for each group of sites with the same region/size range/SIC code, and the results were then aggregated to obtain market potential.
An iterative process was used to determine peak capacity and energy storage ratings and sizes and costs that lead to economically-viable applications for a given customer type (NAICS/SIC codes or building type). To perform this step, the model was run with different sets of
technology price and performance data (i.e. low/high cost, low/high storage capacity). Iterations
Introduction were also made holding the price and performance constant and finding what rate structure could lead to favorable economics.
For end-user’s, the DESS could be used to reduce either: peak demand (which would result in lower demand charges) or electricity consumption during on-peak hours; or they could be operated during periods of time when wholesale electricity was expensive (in a demand response role). An iterative analysis was used in determining which combinations of the three main variables (installed cost, peak capacity (power), and energy ratings of the energy storage component) made the energy storage systems competitive. Results were extrapolated to estimate a rough U.S. market size estimate. Given the number of variables, the approach was tailored to vary the more sensitive parameters such as the cost of energy storage component, while initially fixing the less sensitive parameters such as the cost of the BOP, storage life, and overall efficiency.
Cost targets for the BOP were assumed to be based on the discounted pricing of inverter/charger systems used for current photovoltaic solar system battery energy storage applications. It was also assumed that the remaining component costs for BOP and installation could be included in the base case costs presented when they reach mass production at volume of hundreds of thousands of units.
The baseline analysis focused on the inverter/BOP costing from $400/kW for smaller residential sites dropping to $200/kW for larger commercial sites. Sensitivity analysis was conducted with inverter/BOP costs double these ($800/kW dropping to $400/kW).
1-5
2
RESULTS
This section provides a summary of the analysis results. The potential economic/societal value of DESS from a utility business model perspective (utility owned and dispatched) is presented first, followed by the findings from the end-user business model (customer owned and dispatched).
Utility Business Model-Utility Owned and Dispatched DESS
Results
An analysis was performed to estimate the range of values for utility-owned and dispatched DESS based on underlying utility system costs and assumptions regarding the performance of the DESS. The lifecycle costs and benefits of energy storage applications from utility, customer and societal perspectives were evaluated to understand the potential value. Definitions of terms used for the input assumptions and model outputs is provided in Appendix B. A promising DESS would have to cost less than the lifecycle net benefits from a societal perspective, and a promising DESS utility program would make both the utility and customer better off to achieve a “win-win” outcome.
The costs, benefits and net benefits for residential and commercial applications are shown in Figures 2-1 and 2-2 using proxies for key input parameters. The base case results for the residential analysis, shown in Figure 2-1, illustrates the estimated benefits and the economic value of DESS of $ 148/kWh ($ 592/kW) for a four-hour storage system. Given assumptions about utility system costs, the DESS was economic to dispatch ~ 80 cycles per year and resulted in net utility benefits of $89/kWh including lost revenue due to time-of-use pricing differential of a residential customer. The customer value in this analysis is $ 59/kWh. Therefore, if the fully integrated DESS costs less than $148/kWh installed, it should be possible in this scenario for a utility to purchase the system and install it at a customer site in return for a customer payment (up to $59/kWh) and still have a net positive benefit. This would be a ‘win-win’ to both the customer and utility.
2-1
Results
2-2
Figure 2-1
Residential Sector Utility Owned and Dispatched Energy Storage System
Results for the commercial market segment applications are shown in Figure 2-2, using the same assumptions about the DESS, utility system costs and the dispatch of the energy storage system. However, since the rate structures for the commercial application are different (lower time of use price differential and the inclusion of a demand charge) the customer bill savings in this segment is lower ($29/kWh) and the utility net benefits is higher ($119/kWh).
Results
Figure 2-2
Commercial Sector Utility Owned and Dispatched Energy Storage System
This type of analysis is extremely sensitive to the capability of the DESS and estimates of future utility energy and capacity costs. To facilitate a better understanding of the key input parameters in this analysis, a model was utilized5 which facilitates easy changes to input assumptions and provides sensitivity analysis of key parameters (see Appendix B).
Using base case scenario of a 4 kWh per kW DESS at cost of $148/kWh or $592/kW for a 4 hr system, Figure 2-3 shows the results of the sensitivity analysis from the “social net benefit” perspective and the impact of various changes to the input parameters. In Figure 2-3, the name of the input parameter appears at the bottom of the chart along with the range of base case values of that parameters as well as values corresponding to the high and low values. The base case is also illustrated with the range of break-even storage costs in $ per kWh for each range of inputs.
Parameters are sorted in order of importance. Sensitivity to both DESS performance and drivers of utility cost are included. If a reliability value is assigned to customer at $100/kWh, it becomes the biggest single driver to the customer. The energy/capacity ratio (kWh/kW) of the energy storage system was the second most sensitive parameter. The lower the better for utility applications because one can more precisely target high value hours. Once again, each of these variables is further defined in the Appendix B.
5 This model has been used by EPRI’s Distributed Energy Resources program to estimate the range of cost and benefits of combined heat and power and other types of distributed generation applications. This model was applied to the analysis of distributed energy storage for this project. It continues to be developed and refined in EPRI’s energy storage research program area (see Reference 5).
2-3
Results
Discussion
The electric utility-owned and dispatched analysis was performed from the utility, customer and societal perspectives. Some general observations can be made:
?Utility-dispatched applications are cycled relatively few hours per day because high-cost hours on the utility system are on the order of 100-200 hours per year. Thus, this application requires lower duty DESS equipment.
?The study showed that utility owned and dispatched DESS could potentially realize multiple benefits such as T&D capacity, generation capacity and energy values. As shown in the
Figures 2-1 and 2-2, the benefit to utilities was $89/kWh and $119/kWh respectively for residential and commercial customers. However, from a customer perspective, the value of DESS was only $58/kWh and $29/kWh. In addition, the primary customer benefit was
shown to be reduced energy charges, it could result in utility revenue loss.
?The total societal benefits in these examples were ~ $150/kWh. Utilities could potentially justify a much higher investment in DESS if they could receive an adequate return for
delivering the societal values. Customers owning DESS could receive compensation for societal benefits too, but given the historical challenges of monetizing the benefits of end-user owned distributed generation, stakeholders would have to work on an approach that enables the monetization and sharing of distributed storage benefits. This may be more
difficult than that in a utility owned business model.
?Across the range of the sensitivity analysis for each of the variables, the societal benefit of the DESS ranged from approximately base case of $148/kWh to as high as $260/kWh
($592/kW to $1040/kW) for a four- hour DESS. It is possible that the benefit could exceed the $260/kWh if benefits for multiple parameters are combined.
?Since the high-cost hours on utility systems are relatively few, utility-dispatched DESS could also be available for customer reliability and backup for other times of the year. Customers who have a high value of reliability might be willing to pay for utility operated and
maintained DESS.
End-User Business Model-Customer Owned and Dispatched DESS
Results
The estimated load impacts of the DESS within the service areas of the sample investor owned utilities is shown in Figure 2-4. The percentages of the load impact shown in the figure were calculated based on the aggregated potential storage capacity from each of the utilities divided by their total peak demand (for the residential/commercial sector). It is a function of the cost of the energy storage component. The market potential for residential and small commercial applications was estimated to emerge initially at energy storage component costs of $100/kWh, and reached the load impact of 23% when the cost dropped to $20/kWh.
2-5
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
分布式能源 一、定义 所谓“分布式能源”（distributed energy resources）是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷（值）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标；在能源的输送和利用上分片布置，减少长距离输送能源的损失，有效地提高了能源利用的安全性和灵活性。 二、简介 分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。 国际分布式能源联盟WADE对分布式能源定义为：安装在用户端的高效冷/热电联供系统，系统能够在消费地点（或附近）发电，高效利用发电产生的废能--生产热和电；现场端可再生
能源系统包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。国内由于分布式能源正处于发展过程，对分布式能源认识存在不同的表述。具有代表性的主要有如下两种：第一种是指将冷/热电系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式直接安装在用户端，可独立地输出冷、热、电能的系统。能源包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷、热、电三联供等多种形式。第二种是指安装在用户端的能源系统，一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅。二次能源以分布在用户端的冷、热、电联产为主，其它能源供应系统为辅，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，以直接满足用户多种需求，实现能源梯级利用，并通过公用能源供应系统提供支持和补充，实现资源利用最大化。
分布式能源与微电网技术 摘要：在现代城市化进程加快发展下，能源需求量逐渐增长。分布式能源和微 电网技术能促进城市的绿色化和清洁能源的应用，达到节能减排的目的，也能为 现代智能电网建设提供有效依据，保证电网的安全与稳定。 关键词：分布式；能源；微电网技术 在中国经济快速提升下，工业化和城镇化进程加快发展，其存在的能源安全 问题更为突出。尤其是二氧化碳带来的全球变暖问题，引起社会的关注。在该发 展背景下，对城市的建设思想和发展模式有序转变，加大力度引进风力发电、太 阳能发电模式等，促进整体的规模化发展。 一、分布式能源和微电网技术的研究意义 第一，加强对分布式能源和微电网技术的研究，能确保清洁能源的有效应用。基于太阳能、风能等多个形式清洁能源的应用，能保证能源的灵活接入和智能化 控制，将其应用到智能终端进行消费，促使低碳城市建设目标的实现。第二，加 强对分布式能源和微电网技术的研究，也能提升总体的供电可靠性。基于分布式 发电的投入以及微网的统一管理，在先进系统和设备下，为电网运行提供强大保障，促使电能质量更可靠。第三，分布式能源和微电网技术的研究，也能为其提 供双向互动用电服务模式。基于微网、智能家居和分布式发电，能为系统提供统 一接口，维护用户和电网之间的相互沟通和交流，也能使用户获得新的体验。加 强对分布式能源和微电网技术的研究，将其作为智能电网建设中的主要部分，是 新时期建设与发展下的主要模式，也承担者社会建设职责。其中的分布式能源， 在智能集成模式下，能保证接入系统的安全与可靠，也能确保微网更灵活。所以，加强对分布式能源和微电网技术的应用，是城市绿色、清洁能源推动和应用的主 要条件，在节能减排工作中，将其渗透到工作中，对电网的安全运行也具备十分 重要的作用[1]。 二、分布式能源和微电网技术的关键 （一）容量配置 清洁能源具备明显的间歇式能源特点，受到天气情况影响较大，电能的输出 波动大。基于对分布式能源和微电网技术的应用，能够在各个单位组成模式下， 对其容量有效配置，确保风能、太阳能相互应用，发电单位和储能单元之间也能 互补。在整个分布式能源和微电网中，结合时间功率，为其输出曲线，也能避对 电网产生的影响。通过对储能系统应用，对分布式能源和微电网技术有效调度， 以达到清洁能源的充分应用。比如：储能电池，能对分布式能源生产中存在的问 题有效解决，尤其是在较小负荷下，达到电能的储存目的。如果负荷较大，将释 放电能，保证系统的科学稳定运行。如：将储存电池和系统交流侧进行链接，基 于储能单元和发电单元的协调，为其提供对平滑分布式能源的波动，避免给电力 系统带来较大冲击，维护其稳定性。储能电池也能对当地的交流负荷需要无功功率、负荷电流谐波的获取，以免电压波动、闪变现象的发生，这样才能达到有效 的节能效率[2]。 （二）接入方式 结合当前的建设标准和规程，需要在谐波、电压波动和电压不平衡度上给予 全面控制和探讨，也要为分布式能源和微电网技术的应用提出合理对策。分布式 能源和微电网利用分布发电和集中并网接入方式来实现。集中并网多为直流母线 汇流、各个发电单元在电能控制模式下，将其转变为直流母线。基于逆变器，将
天然气分布式能源简介 一、天然气分布式能源概念概述 所谓“分布式能源”（Distributed Energy Sources）是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充。 天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。建筑冷热电联产(Building Cooling Heating &Power, BCHP)，是解决建筑冷、热、电等全部能源需要并安装在用户现场的能源中心，是利用发电废热制冷制热的梯级能源利用技术，能源利用效率能够提高到80％以上，是当今世界高能效、高可靠、低排放的先进的能源技术手段，被各国政府、设计师、投资商所采纳。 二、国家对天然气分布式能源的政策及未来发展方向 2011年10月9日，国家发改委、财政部、住房城乡建设部、国家能源局联合发布《天然气分布式能源指导意见》，分布式能源将由此迎来发展的春天. 相应政策主要体现在以下五个方面：
规划先行：政府制定天然气分布式能源专项规划，并与城镇燃气、供热发展规划统筹协调。 标准配套：政府部门制定电力并网规程和申办程序、科学合理的环保规定以及配套适用的消防条件。 投资补贴：对分布式能源项目适当给予投资补贴。 政策倾斜：政府土地部门给予优惠价格提供土地。政府在上网、电价、气价、供热价格等方面给予优惠。在近期内还可以给予分布式能源设备进口免税优惠。 金融支持：金融系统大力支持分布式能源发展，积极贷款，保证资金供应，在利息上给予一定的优惠政策。 未来5-10年发展方向 “十二五”初期启动一批天然气分布式能源示范项目，“十二五”期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。未来5-10年内在分布式能源装备核心能力和产品研制应用方面取得实质性突破。初步形成具有自主知识产权的分布式能源装备产业体系。 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。 三、天然气分布式能源优势及可行性分析
天然气分布式能源技术及其应用陈婧 发表时间：2018-07-24T11:59:10.773Z 来源：《基层建设》2018年第15期作者：陈婧 [导读] 摘要：伴随着我国社会经济的高速增长，环保问题、电力短缺、负荷峰谷的巨大差异等一系列问题迅速显现。 南昌市燃气集团有限公司江西南昌 330039 摘要：伴随着我国社会经济的高速增长，环保问题、电力短缺、负荷峰谷的巨大差异等一系列问题迅速显现。以往的大容量、大机组等集中式发电装置建设模式早已无法应对现代化社会经济发展的实际需求。在此背景下，天然气分布式能源作为新兴的高效清洁能源，它的作用将会得到充分性的发挥。而天然气分布式能源技术在具体应用过程中存在的一系列问题，本文主要针对天然气分布式能源技术及其应用进行论述，望具有一定的可参考性价值。 关键词：天然气；分布式能源；技术应用 l天然气分布式能源系统概述 天然气分布式能源即是以天然气为燃料，设置于用户侧可以独立输出冷、热、电能的综合能源利用系统。天然气分布式能源系统的基本构成和工艺流程如图1所示，天然气充当燃料进入燃烧动力设备并驱动发电机发电，剩下的余热根据其品质不同来驱动设备制冷制热，进而实现能源的高效利用，以防止能源的浪费。天然气分布式能源系统实际发电效率按照动力设备的差异通常在25%～40%，总能源利用率通常保持在80%左右。天然气分布式能源系统的应用和推广，能够在很大程度上释放大电网在用电高峰阶段的压力与负荷。 图1 天然气分布式能源系统的基本组成及工艺流程 2天然气分布式能源系统的特征分析 2.1能源损失少，输送成本低 按照国际分布式能源联盟给出的报告，现阶段很大一部分电量损耗出现在输配环节，如果从用户端进行计算，集中式供电的能源利用效率不到35%。而天然气分布式能源的利用效率最高能达到80%甚至90%。直接设置在用户附近的天然气分布式能源和大电网联系起来，能在很大程度上补充大电网在可靠性方面的缺陷，进而有效地增强用户供电的安全稳定性，特别是当电网出现崩溃或者意外事故的状态下，依旧能够持续对重点用户予以供电。 2.2装机容量小，灵活性较大 与集中式功能系统相比，分布式能源的装机容量相对较小(kw级到Mw级)。其中，楼宇型天然气分布式能源系统装机容量一般保持在20MW内；而区域型天然气分布式冷热电联系统因为功能规模更大，因此装机容量一般是在100～200MW；装机容量大于200MW时，则予以限制。可以说，天然气分布式能源系统和用户的实际需求联系十分紧密，系统规模更小且灵活性较强，天然气分布式能源系统更有助于进行调节，具有十分突出的节能减排优势。 2.3系统集成多学科交叉协同 天然气分布式能源系统集成技术发展较快，同时表现出多种学科交叉协同的特点。所以，针对用户实际需求的集成方式有不同的类型，拥有十分明显的个性化特征，复制性较差。现代新型天然气分布式能源系统借助于选择有针对性的科学技术，通过系统优化与调整，可确保同时实现多个不同的功能目标，以符合不同用户的具体需求。 3天然气分布式能源技术的应用 3.1楼宇型天然气分布式能源 楼宇型天然气分布式能源系统主要应用于某一建筑的耗能需求，该系统的规模不大，因为在同一建筑中不同用户的能耗需求差异较小，同时负荷变化方向一般比较趋同，供需之间的缓冲空间较小，回旋余地也相对较小。因此，系统应当对用户的实际能耗需求变化进行第一时间的快速反应，联产系统的运行必须要根据负荷变化而调整，运行工况也必须要及时予以变化，始终处在一种相对被动的状态下，这就对系统的全工况性能要求有所提升。根据系统集成原则，可以选择输出能力比例可调、蓄能调节，另外将部分常规分产系统和联产系统进行整合，也可选择网电配合的优化运行模式来加以调整。燃气轮机—余热吸收式冷热电联产系统，根据其热力循环的差异可以划分为简单循环型和回热循环型两类。前者系统相对简单，维护便利，但发电效率仅仅可达30%左右，比如适用于用电需求较小但对冷热量需求较大的用户，冷热电比约为1.5-2.5；后者更加适合冷热电相对较低的用户，一般其冷热电比为1.0—1.5，热能用于发电的比例较高。近年来，楼宇型天然气分布式能源出现了新的发展趋势，即是以燃用天然气的微小型燃气轮机作为分布式能源系统的核心动力，广泛的应用在一些别墅或者庄园。 3.2区域型分布式冷热电联供系统 所谓区域型分布式冷热电联供系统，主要针对某一区域中部分建筑共同组成的建筑群，和单一建筑目标相比，建筑群的实际能耗需求更大，同时因为各个建筑自身的实际功能差异，其能耗需求也存在较大差异性。所以，不同用户的负荷变化难以同步，一般不会遇到同时高峰、低谷耗能的现象。因此，系统运行过程中必须充分结合负荷的同时使用系数，增强供需的回旋余地，进而降低系统全工况性能要求。所以，如果规模相对较大，能够选择更加高效的燃气轮机——汽轮机发电机组，确保燃气、蒸汽、冷气及热水的科学匹配，有效增强
分布式能源技术在数据中心的应用 对河北某数据中心的用能情况进行深入分析及核算，并设计了分布式能源冷电联供方案，通过天然气分布式能源，为某数据中心进行冷电联供，可保障某数据中心用能安全和降低能源费用，减少污染排放，并將传统供能方式作为比较对象，从经济效益、节能减排等方面进行分析。 标签：分布式能源;数据中心;天然气;燃气内燃发电机组 引言 据GE收集的数据，包括IBM的数据，整体上一个云计算基地的运营成本，接近于75%来自于能源方面的消耗。机房设备发热量大且全年不间断运行，冷负荷全年变化幅度小，波动范围为0.8～1.0[1]。 因此如何降低云计算基地的用能成本，采用清洁能源以减少云计算基地能耗对环境的影响，显得越来越重要。 天然气分布式能源技术是近年来在国内逐步推广的一种先进清洁能源绿色高效利用技术。该技术是集燃气轮机、内燃机、吸收式冷热水机、能效控制等高新技术和设备为一体的先进环保型能源系统，目前在发达国家得到了广泛应用，近年来得到了我国政府的积极倡导。 本文主要介绍河北某数据中心燃气分布式能源站的项目情况，对能源站的前期调研，项目建成后的经济指标进行分析。最后，依据上述分析，给出项目开发建议。 1 项目基本介绍 河北某数据中心项目为燃气分布式能源项目，位于河北省廊坊市，能源站所占建筑面积为1200m2。包括高、低压配电室、制冷机房、控制室等用房，其中分布式能源所用辅助用电引自自配动力变压器。本项目采用天然气分布式供能技术，以天然气内燃机发电机组、烟气热水型溴化锂机组为核心设备组成分布式能源站，结合数据中心原设计方案的市电和电制冷机，稳定地为数据中心提供电力和冷量，在冬季工况，数据中心采用自然冷却。 项目总建筑面积约为24566.6m2，设有满足T3标准的机柜1780个，其中电负荷19080kW、冷负荷13465kW。 2 负荷预测分析 2.1 气象条件
上海国际旅游度假区核心区天然气分布式 能源站项目情况简介 一、项目背景 上海国际旅游度假区核心区天然气分布式能源站项目由华电新能源发展有限公司、上海申迪（集团）有限公司、上海益流能源(集团)有限公司按照45%、35%、20%股比共同组建的上海国际旅游度假区新能源有限公司负责投资、建设、运营、管理。 该项目为上海区域第一家按照以冷、热定电余电上网的原则规划，实现就近集中向核心区内娱乐设施、酒店、零售餐饮等提供冷媒水、采暖热水、生活热水以及压缩空气动力的能源站项目。 二、项目概况 该项目位于上海国际旅游度假区核心区，占地面积约2万平方米，总装机容量约35.2MW，按照园区冷热负荷逐年需求情况，布置8台4.4MW燃气内燃机，分两期安装，一期安装5台、二期安装3台，并留有扩建余地。 该项目最大限度利用发电余热制冷制热,实现能源梯级利用,保持系统的效率最高。在保障稳定、可靠的冷热供应前提下，采用多余电力上网的方式。为保证园区供能安全，本项目还具备黑启动功能。项目建成后一次能源利用率可达
到80%以上,年上网电量约为1.7万kWh，每年可节约标准煤约2.15万吨，每年可减少二氧化碳排放量约6万吨。 三、项目特点 1、采用多系统集成技术 该项目采用能源站集中控制系统与用户侧能源管理系统有效集成，保证站内各系统始终处于高效运行状态；采用了大温差制冷技术，可实现9.9℃大温差，降低了系统的整体能耗，提高余热设备效率；采用了冷热调峰设备满足了用户侧不同时段的能源需求，同时通过水蓄冷、蓄热技术的低谷收集高峰释放，提高整个系统的能源利用效率。 2、彰显绿色环保价值 该项目符合国家和上海市关于大力扶持天然气分布式发电的政策导向，采用燃气内燃机配套余热设备和蓄能设备，实现了能源梯级利用，不仅能提高能源利用效率，有效降低能源消耗，而且对于保护地区生态环境、实现“绿色低碳园区”的建设目标具有重大意义。 3、保障区域电网安全 该项目以高效、环保、节能的方式集中向园区供能，改善了区域用能方式，保护了核心区电网的安全运行。同时，在区域电网故障时，本项目的黑启动功能可以保证区域内用户的用能安全，避免过分依赖区域外的能源供应，可在关键时对区域电网起到较强的支撑作用。
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
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
医院分布式能源开发策略 1、市场开发战术 （1）以单冷或热定产，效率优先 以满足用户的用热、用冷需求为主，合理匹配热、冷、电的容量配置，根据用户的热冷规模确定发电机组选型和设计，避免设备能力的浪费和闲置，提高项目运行的经济性。以现有用冷或热基础量定产，实现系统综合效率最大化，由运行时长、设备出力方面优化设计，结合项目未来规划，预留配套扩容空间和基础。医院项目用能特点较明晰：1、电力主要用于照明、水泵、风机，还有一些大型的医疗设备，不少医院也用电来制冷。2、对供电的可靠性要求特别高，像重症监护室、急诊室、手术室等重要地方。3、医院需要的热能主要是蒸汽和热水，蒸汽主要用于消毒和炊事。再就是将蒸汽经减压后产生热水，用于生活和取暖。 4、医院项目还可以将废热通过溴化锂机组进行制冷，实现能源的废弃利用。分布式能源站既能满足医院的用电需求，又能满足其对可靠性的需求。 （2）开发战术 研究当地政策，清楚政府扶持力度，布局、整合项目周围资源，最佳对接项目方主要领导。引导方式以宏观政策方针为始，宏观论述项目技术先进性、项目可行性、项目经济性，强调项目对业主方的安全保障、配合强度、能源品质和管理运维便捷性。通过项目引导过程，让用户理解项目的必要性后，达成初步的合作意向，然后进行项目方案的设计阶段。以项目可行性、经济性、风险控制为三维，内部研究项目的投建必要性后，确定项目合作模式。 （3）合作模式 以投资方或能源服务商定位，负责项目建设、运营模式为主（BOO），业主执意要投资的，可参与运营管理。项目分润模式参考公司现有模式，以前期经济测算为基础，实实在在的为业主方降低能耗成本为目的。 （4）商业模式 商业模式首选能源物业和混合收益模式，能保证项目有较高的收益；其次可选择以量计价和固定收益模式，相对运营风险较小。合同能源管理模式现阶段不作为推荐的商业模式。 （4）系统选择
分布式能源系统的国内外发展现状
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SA VE 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
分布式能源技术与发展现状 发表时间：2019-09-09T16:12:42.483Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：苑欢娜 [导读] 摘要：由于全球能源紧缺、环境问题日益严重，分布式能源已成为当下能源领域研究的重点方向。 国网河北省电力有限公司武强县供电分公司河北衡水 053300 摘要：由于全球能源紧缺、环境问题日益严重，分布式能源已成为当下能源领域研究的重点方向。本文通过技术原理和发展现状对分布式能源的特点进行了综述。按照原动机不同，分布式能源可分为热电联产、可再生能源、储能和燃料电池。对不同分布式能源的差异性进行了总结。本文分析了影响分布式能源经济性的条件，其中初始投资、燃料成本以及年利用率是关系分布式能源系统经济性的主要因素。 关键词：分布式能源技术；发展现状；应用 1 分布式能源技术 分布式能源系统可以利用包括天然气、生物质、风能、太阳能、地热能等多种能源，还可以与余热、余压、余气等能源形式耦合互补。由于采用的能源形式不同，分布式能源系统形式多样，结构各不相同。根据原动机为分类标准，分布式能源系统主要包含以下几种技术：热电联产、可再生能源、储能以及燃料电池等。其中，使用天然气的热电联产技术发展迅速?根据BPStatistical（2018）公布的数据，2016年我国的一次能源消耗量为3.047×109t石油当量，占当年经合组织国家一次能源消耗量的54.9%? 1.1 热电联产 热电联产（combinedheatandpower，CHP）是利用热机或者电站从单一燃料或能量源在靠近用户侧同时生产电力和热能，以满足用户变化的热电需求?在单独的电力生产中，通常有一定比例的热量作为废热被放弃，但是在热电联产系统中，低位热量可以被回收，达到能量最大化利用的目的?如前文所述，我国先进燃煤发电厂的供电效率一般为40%，热电联产的综合能源利用效率在70%以上?一般，热电联系统被分为蒸汽轮机?燃气轮机?往复式内燃机?斯特林机?热电联产蒸汽轮机是一项成熟的能源利用技术，能够同时承担供热和发电两种任务，主要有凝汽式?背压式和抽汽背压式等几种型式?将汽轮机改造设计成一次调节抽汽或二次调节抽汽式，从而实现能源梯级利用，做到“能质匹配”?与其他几种热电联产方式相比较，蒸汽轮机具有较低的运行维护费用?虽然蒸汽轮机的发电效率只有7%~30%，但是系统的综合效率较高，可达80%以上?同时，蒸汽轮机具有较大的单机容量（0.05~500MW），因此蒸汽轮机被广泛应用于负荷调节波动不大的工业对象?燃气轮机是一种高技术含量的发电设备，具有高效率?低能耗?无环境污染?启动快等优点?由于天然气价格较低且储量较大，因此大容量的热电联产系统较多地应用燃气轮机?燃气轮机的发电效率要高于蒸汽轮机的发电效率，同时燃气轮机的安装费用也低于蒸汽轮机?另外，燃气轮机的排气温度较高，可作为二次能源进行利用，如作为溴化锂吸收式制冷剂的热源?燃气轮机主要分为开式燃气轮机?闭式燃气轮机以及微型燃气轮机?微型燃气轮机具有体积小?无污染?无噪声，便于携带和安装的特点，目前主要应用于汽车等设备? 1.2 可再生能源 由于可再生能源清洁无污染?开发成本低?潜力巨大，全球正在积极开展可再生能源利用的相关研究?常用的可再生能源主要有太阳能?风能?生物质能?地热能等?太阳能供应不稳定，受天气?地理位置影响较大，地热能受到地域限制，因而可再生能源具有互补特性?太阳能利用主要分为光伏和光热两个途径?前者利用光伏效应，是光-电转换；后者采用大规模集热器吸收太阳能，然后利用吸收的热能将工质转变为蒸汽，由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电，是一种光-热-电转换?根据IEA报告显示，预计在2050年前太阳能光伏（solarphotovoltaic，PV）系统可为全球贡献16%的电力，而太阳能热力发电（solarthermalelectricpowergeneration，STE）将提供11%的电力?我国西部地广人稀，日照资源十分丰富，这一特征满足光热发电方式占地面积大的缺点，目前我国正在大力研究光热发电方式?截至2018年底，我国有13个商业化光热电站已开建，总装机容量为750MW?其中，中控德令哈50MW塔式光热电站?首航节能敦煌100MW塔式光热电站?中广核德令哈50MW槽式光热电站等约200MW的示范项目将在2018年内建成投运?目前，太阳能利用形式中有热水型?蝶式与槽式发电方式都属于靠近用户侧的能源利用方法，属于分布式能源? 1.3 储能 储能技术通过储存电能可以满足一段时间内电能或热能/冷能需求，具有削峰填谷?调频调压?平滑过渡?减轻电网波动的作用?储能技术可以解决间歇性可再生能源受环境因素限制的缺陷，保证能源系统的供需平衡?根据储能技术能量存储原理的不同，储能技术可以分为物理储能?电气储能和储热技术三种?目前，较多的储能技术正处于技术研发和市场示范两个阶段?据中关村储能产业技术联盟的不完全统计，截至2017年底，全球已投运储能项目的总装机容量达175.4GW?其中，商业化最成熟的抽水蓄能的装机容量占比最大，为96%；电化学储能的装机容量为2.93GW，占比仅1.7%? 1.4 燃料电池 燃料电池（fuelcell，FC）是一种不经过燃烧，通过电化学反应直接将氢气等燃料的化学能转化为电能的发电装置?由于燃料电池不涉及燃烧，不受卡诺循环的限制，因此能量转化率高?另外，燃料电池不使用机械传动部件，没有噪声污染；反应产物主要为电?热和水，排放的NOx和SOx等有害气体极少?因此，燃料电池是一种高效?环境友好?可靠性高?安静的能源转换方式，是目前能源领域研究的热点之一?到目前为止已研发出多种类型的燃料电池，其分类方法也很多?根据电解质类型不同可分为碱性燃料电池（alkalinefuelcells，AFC）?磷酸燃料电池（phosphoricacidfuelcells，PAFCP）?质子交换膜燃料电池（polymerelectrolytefuelcells，PEMFC）?熔融碳酸盐燃料电池（moltencarbonatefuelcells，MCFC）和固体氧化物燃料电池（solidoxidefuelcells，SOFC）五大类?其中AFC?PEMFC属于低温燃料电池，启动速度快?MCFC和SOFC工作温度高，为余热利用提供了有利条件?这两者单独的发电效率约为50%，通过余热利用可以将综合效率提高至60%?部分容量为100~200kW的PAFC项目已处于示范测试阶段? 2 分布式能源经济性的影响因素 对于分布式能源项目方案的选择，需要分析技术?环境等因素，但是首要考虑的是经济性?用户使用分布式能源一定是追求能源和环境制约条件下利润的最大化?如果分布式能源技术具有良好的经济性，那么用户会首先选择分布式能源的配置方案?如果经济性较差，就需要政府的政策支持或由于电网可靠性不高的原因，用户才会选择成本费用较高的分布式能源?一般而言，分布式能源的经济性主要受到以下因素的影响：（1）初始投资；（2）燃料成本和当地电价；（3）年平均能源综合利用率；（4）运营和维护成本；（5）上网电价；（6）是否配置储能设备；（7）考虑冗余设备?初始投资对分布式能源项目经济性的影响最大?我国目前尚未实现分布式能源成套设备的自主生产，
分布式能源技术研究及应用 （研究单位：中国华电集团公司） 一、研究方向与主要成果 本项目以供能发电行业中节能减排的重大需求为研究背景，研究分布式能源系统余热利用关键技术及系统集成。研究成果在广州大学城分布式能源站项目中得到充分应用，为分布式能源系统在我国有条件的地区大规模推广应用有着重大的推动作用，为降低大中城市能源消耗和实现节能减排提供重要依据，为分布式能源的规划设计、施工建设、运营管理和分布式能源的标准化、模块化、系列化方面提供重要的参考依据和典型示范。项目研究所提出的分布式能源集成系统，能够实现一次能源70~80%的利用效率，为替代高能耗、高污染、高运行成本的传统供能方式提供支撑，是大中城市降低能源消耗，实现节能减排，推进智能电网建设的首选方案。 上世纪80年代前后开始，国际上就提出了总能系统与冷热电联产为主要特征的分布式供能系统雏形概念。近10年来，由于分布式供能技术在能源利用效率、环境保护等方面的优势，逐渐被发达国家所接受，在面向21世纪的能源战略规划中，许多国家将分布式供能技术作为本国科技优先发展的关键领域。分布式供能系统以冷热电联供为主要形式，具有高效、环保、经济、可靠、和灵活等特点，是一种先进的供能系统，能够大幅度节能减排，我国已将分布式供能技术定位为能源领域前沿技术。由于分布式供能系统实现了能源的梯级利用，与传统供能系统相比，每100万kW的装机容量，每年可以节能78万吨标煤以上。我国5年内新增电力装机容量预期超过4亿kW，如果其中的15％～20％采用分布式供能系统，则每年节能6000万吨标煤以上，CO2减排约1.6亿吨。 分布式能源系统是靠近用户端的供能方式，而用户侧的电、热、冷需求是随时间变动的，而常规动力系统往往以稳定运行作为设计要求。采用关键设备来调整电、热、冷的匹配来适应用户需求是分布式能源系统研究的一个重点，系统集成技术是发挥冷热电联供系统节能优势的关键和难点。本项目在综合考虑包括启动、设计、变工况在内的全工况性能的系统集成（以下简称“全工况系统集成”）为重点研究方向，同时考虑低于120℃低温烟气的能量利用。本项目的另外一个研究重点在于引入了“混合动力”原理，采用了主动蓄能的方式来降低系统装机和提高全工况下的能源利用效率。 二、依托项目的基本情况 广州大学城项目是广东省和广州市贯彻“科教兴粤”战略部署的重点项目，是中国华电集团公司在天然气高效利用方面的首个10万千瓦级分布式能源站建设项目。广州大学城分布式能源站是亚洲最大的
分布式能源技术【2017年做能源的人都来学学】 一、什么是分布式能源 分布式能源是相对于传统的集中供电方式而言，是指将冷热电系统以小规模、小容量（数千瓦至50MW）、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出冷、热、电能的系统。分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和天然气冷热电三联供等多种形式，其中燃气冷热电三联供因其技术成熟、建设简单、投资相对较低，已经在国际上得到了迅速地推广。分布式能源的起源可追溯到十九世纪的80年代。早在1882年，美国纽约出现了以工厂余热发电满足自身与周边建筑电热负荷的需求，成为分布式能源最早的雏形。热电联供（CHP）的不断发展，至今已成为世界普遍采用的一项成熟技术。热电联供根据能量梯级利用原理，把燃料燃烧释放的能量先发电，再将排放的余热（可占燃料总能量的60%以上）充分利用满足用户热负荷需求。热电联供方式相对于传统的发电和供热的热电分供方式而言，一次能源利用效率有大幅度的提高。 分布式能源学习讨论QQ群：616168925 之后余热利用进一步用于空调或制冷，发展成冷热电三联供（CCHP）能源系统，一次能源利用效率可达80%以上。近二、三十年来，随着世界范围经济可持续发展及日趋严峻的
能源环境危机使可再生能源的开发利用提到前所未有的重 要地位。当前，清洁能源的高效利用、可再生能源利用、工业余热余压利用的相互结合，共同构成了分布式能源的体系，成为当今世界迅速发展的绿色新兴能源产业。二、分布式能源的特点：天然气分布式能源系统具有节能、减排、经济、安全、削峰填谷、促进循环经济发展等多种不可替代的优势。1）提高能源综合利用效率 天然气分布式能源的节能不是单纯的设备或工艺的节能,而是整个供能系统的节能。由于系统建在用户现场或邻近，减少了能源输运过程的损失。以供电为例，大型电厂远离用户，通过高压输变电网的逐级降压后进入配电网，再分配给低压用户，远距离输电损失一般占到总发电量的 5%-10%，,配电网中的电能损耗更大。分布式能源不仅避免了输配电损失，还应用了能量梯级利用原理，先发电，再利用余热，体现了由能量的高品位到低品位的科学用能,且使一次能源综合利用效率和效益大幅度提高。 分布式能源学习讨论QQ群：616168925 2）降低排放，保护环境 由于采用清洁燃料，大量减少了烟气中温室气体和其它有害成分，一次能源综合利用率的提高和当地的各种可再生能源的利用进一步起到减排效果。据测算，在满足同样电热负荷条件下，天然气分布式供能方式与传统燃煤发电分供方