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分布式能源系统的设计与优化引言随着能源需求的不断增长和传统能源资源的日益稀缺，分布式能源系统逐渐成为满足能源需求的重要方式之一。
分布式能源系统以其灵活性、高效性和可持续性而备受关注。
本文将介绍分布式能源系统的设计与优化问题，并探讨相关的技术和方法。
一、分布式能源系统简介分布式能源系统是指将多种能源资源与能源转换设施集成在一个系统中，通过本地能源产生、转换和利用，提供可靠、高效和环保的能源供应。
分布式能源系统由多个能源源头、分布式能源转换设施和能源利用设施组成，能够满足局部区域的能源需求。
1.1 分布式能源系统的优势分布式能源系统相比传统能源系统具有以下优势： - 灵活性：分布式能源系统可以根据不同地区的能源资源分布和需求特点进行灵活的布局和配置。
- 高效性：分布式能源系统采用本地能源产生和转换，减少了能源的输送损耗，提高了能源利用效率。
- 可持续性：分布式能源系统采用可再生能源和清洁能源作为能源资源，减少了对传统能源资源的依赖，促进了可持续发展。
- 低碳排放：分布式能源系统减少了能源输送过程中的能源损耗和二氧化碳排放，降低了对环境的负面影响。
1.2 分布式能源系统的应用领域分布式能源系统可以广泛应用于以下领域： - 居民住宅区：分布式能源系统可以为住宅区提供电力、热能和冷能，满足居民的能源需求。
- 商业综合体：分布式能源系统可以为商业综合体提供稳定的电力供应，保证商业运营的正常进行。
- 工业园区：分布式能源系统可以为工业园区提供电力、热能和冷能，满足工业生产的能源需求。
- 农村地区：分布式能源系统可以为农村地区提供电力、热能和冷能，改善农村能源供应状况。
- 岛屿和偏远地区：分布式能源系统可以为岛屿和偏远地区提供可靠的能源供应，减少对外界能源来源的依赖。
二、分布式能源系统的设计分布式能源系统的设计是指根据能源资源的分布和能源需求的特点，确定分布式能源系统的结构、配置和运行策略，以实现高效、可靠和经济的能源供应。
分布式能源系统的设计与控制简介随着对环境保护和可再生能源的重视，分布式能源系统（distributed energy system, DES）已成为近年来最流行、最具前景的能源发展模式之一。
在DES中，能源在离散制造的小型发电站、蓄电池和能量转换设备中进行利用，最终形成一个具有各种能源的高效、高质量的系统。
本文将探讨DES的基本原理、设计流程和控制方法。
一、DES的基本原理电力系统是由一个或多个发电机、变电站、输电线路、配电站和用户构成的。
在这种传统的电力结构中，能源通常是从一个或者多个大型电源中产生的，这些电源是通过输电线路将电力分配到各个用户，最终形成一个有向网络。
在这个网络中，能源只能从网络的起点流向终点，因此大量的能量损耗就会在输电线路上发生。
相比传统电力系统，DES比较灵活，能够适应各种能源形式和规模，同时也更加有利于经济和环保。
DES通常由多个独立发电机以及储存设备组成，这些设备分布在各个用户之间，能够同时向网络提供和消耗能源。
这样的系统可以降低电能的浪费和损失，同时使电能生产更可靠，更可持续。
二、DES的设计流程1.需求分析首先，需要对电力系统的需求进行分析。
这包括用电负荷的总量和每个用户的用电需求，以及不同时段的高峰和低谷电量。
此外，还需考虑到传统电源和分布式发电机之间的协调和互连。
2.组件的选择与配置接下来，需要选择和配置不同的能源发电机和贮能系统以满足需求。
这个处理过程需要考虑电池和储能设备的结构，并对发电机进行优化选择，使其组成的系统能够匹配生产和消费能力。
3.系统集成然后，对 DES 的所有组件进行集成。
这里需要考虑到各个组件之间的联系和控制，以及带来的潜在的冲突和问题。
对于系统小的，局部分布式电力系统，集成相对容易。
但在大规模、复杂的程序系统下，可能需要较为复杂的信息和通讯控制系统。
三、DES的控制方法1.控制的目标分布式能源系统的控制目标主要是保证能源质量和供应水平。
广州大学城分布式能源站一、能源站概要广州大学城分布式能源站位于广州市番禺区南村镇，与广州大学城一江之隔，占地面积约为11万平方米，是广州大学城配套建设项目，为广州大学城18平方公里区域提供冷、热、电三联供，也是全国最大的分布式能源站。
中国华电集团新能源发展有限公司和广州大学城能源发展有限公司按55%和45%的比例共同出资成立广州大学城华电新能源有限公司，负责广州大学城分布式能源站项目的投资、建设及经营管理。
能源站鸟瞰图二、装机规模能源站总体规划为4×78MW，分二期建设，一期2×78MW于2008年7月28日正式开工建设，2009年10月20日通过72小时和“72+24”小时试运行，满足并网运行条件，正式投入商业运营。
能源站内景图三、主要设备能源站采用的燃气轮机发电机组为美国普惠公司的FT8-3 Swift Pac双联机组（60MW）；余热锅炉为中国船舶重工集团公司第七○三研究所生产的两台中压和低压蒸汽带自除氧、尾部制热水、卧式自然循环、无补燃型、露天布置的余热锅炉；蒸汽轮机发电机组供货商为中国长江动力公司（集团），分别选用一套带调整抽汽的抽汽凝汽式蒸汽轮机发电机组和一套双压补汽式蒸汽轮机发电机组，配套18MW 和25MW 发电机各一台。
四、生产流程燃气-蒸汽联合循环机组发电工作原理是由两台燃气轮机和一台发电机组成--两台燃气轮机通过联轴器直接连接一台双端驱动发电机（额定出力60MW），通过叶轮式压气机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室。
同时气体燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧，生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转带动发电机，燃机效率可达39%，排出的479℃烟气进入余热锅炉循环利用。
余热锅炉再生产出蒸汽供应给汽轮发电机进行发电。
发电后的尾部烟气余热再生产高温热水，制造生活热水和空调冷冻水。
五、能源的梯级利用能源站为了充分利用一次能源，提高机组的热效率，在燃气-蒸汽联合循环的基础上，还采取了以下措施实现能源的梯级利用，进一步提高能源的利用效率。
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。
分布式能源站在城市供暖中的应用摘要：随着全国各大城市大气环境的日趋恶劣，如何采用高效率低污染的供热方式成为各个城市供热企业需要认真思考的问题，利用天然气燃气热电联供机组取代燃煤锅炉进行城市集中供暖对于改善城市大气环境质量，应对全球气候变化，共建生态文明具有重要的意义。
一、引言目前，我国北方地区的大中城市采暖仍以污染严重的煤为主要燃料。
随着环保意识的增强，如何调整采暖用能结构，改善环境，是这些城市面临的重大课题。
为此，大批以电、天然气为能源的采暖方式开始出现，如电暖气、电热膜、电热泵、燃气锅炉、家用燃气炉等等。
然而，这些采暖方式是否合理？是否有更理想的采暖方式呢？电采暖具有调节灵活、局部无污染的优点。
但是，将电直接变为热的采暖方式能源浪费是很大。
目前世界上最流行的热电联产技术方式是对燃气轮机进行余热利用，机组排烟管排出的废气温度高达560℃，通过热复用装置吸收废气的热能，同时把排烟温度控制在100℃～130℃左右，在生产热能的同时，也使发动机更有效，更经济地运行。
二、分布式能源简介分布式能源站是指功率不大、小型模块化、分布在负荷附近的清洁环保发电设施。
分布式发电区别于传统集中发电、远距离传输、大互联网络的发电形式，一般均直接安装在负荷所在的中高压配电网中。
适用对象是电、热、冷的区域集中用户，如商务中心、学校、医院、居民区等。
小型、微型分布式能源站一般用于居民和独立商业机构的用户。
大规模的分布式能源站一般进行热、电、冷三联产。
1、热电冷三联产节能的原理刚才谈到天然气作为能源利用的最高效率是热电冷三联产。
它的节能原理，从热力学第一定律来说，就是能把能量吃光榨尽，燃煤锅炉排烟温度都在130－160度以上。
而且燃烧产物环保处理要耗费能量。
天然气非常干净，它的排烟温度可以降到40度，所以第一定律的效率是更高。
从热力学第二定律来说，由于在燃气轮机中有30~40％的能量直接转化为电能，一次的转化的效率就已经高于一般火电厂的锅炉--蒸汽轮机机组了。
分布式能源简介分布式能源概念：“分布式能源”是指分布在用户端的能源综合利用系统。
分布式能源分为天燃气分布式能源和分布式光伏发电、分布式光热、分布式光热发电、分布式风力发电等等多种形式。
这里主要主要介绍天燃气分布式能源和分布式光伏发电。
“分布式能源”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；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。
分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，它具有能源利用效率高，环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。
分布式能源是靠近用户端直接向用户提供各种形式能量的中小型终端供能系统。
以天然气为燃料的燃气联合循环是目前分布式能源站的主要实现形式。
具有能源梯级高效利用、起停方便和调节灵活、供能安全可靠、生态环境友好等优势，实现用户、燃气公司、电力企业、以及环保、节约资源等方面的共赢。
目前国内以天然气为燃料的分布式能源情况如下：目前我国北京、上海、广州等地已有一批以油、气为燃料的分布式热、电、冷工程投入运行，取得明显的经济效益、环保效益和社会效益。
分布式能源是缓解我国严重缺电局面、保证可持续发展战略实施的有效途径之一，发展潜力巨大。
它是能源战略安全、电力安全以及我国天然气发展战略的需要，可缓解环境、电网调峰的压力，能够提高能源利用效率。
分布式能源优势：1、节能降耗明显。
目前分布式能源主要以天燃气为一次能源，通过燃气--蒸汽联合循环机组发电，利用发电后的尾部烟气余热、汽轮机排汽余热生产高温热媒水，用于制备生活热水和空调冷冻水。
其用能方式是利用高品位能量发电、低品位能量继续发电和供热（供冷），实现了优质能源的梯级合理综合运用，整个系统能源综合利用效率可达60%至90%，远高于常规燃煤机组的能源利用率。
在就近提供电能的功能上，没有输变电损耗，还可同时提供冷热及热水等多种能量产品。
2、功能可靠性高。
目前，国内供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统，在电网中一点故障所产生的扰动都可能对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积的停电甚至是全网崩溃。
分布式能源由于其启动灵活，直接面对能源用户，在出现突发事件的时候可以确保安全供能，减缓了电力供应对集中供能系统的过分依赖。
同时，分布式能源的建设还在电网调峰中发挥着积极的作用。
一是由于其供电、供热、供冷的特性，对缓解电网调节起到积极作用。
二是天然气年负荷的稳定性，对于调节天然气的年负荷也具有积极的作用。
3、环保效益明显。
目前的分布式能源二氧化硫和固体废弃物排放几乎为零，二氧化碳减少 60%以上，氮氧化物减少 80%，占地面积与耗水量减少 60%以上。
国家政府政策《我国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出：以构建安全稳定经济清洁的现代能源产业体系为目标，调整优化能源结构，推动能源生产和利用方式变革等能源发展新要求。
为提高能源利用效率，促进结构调整和节能减排，推动天然气分布式能源有序发展，国家发展改革委、财政部、住房和城乡建设部和国家能源局于2011年10月联合发布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（发改能源[2011]2196），指出“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；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，同时要求各省制定天然气分布式能源专项规划。
2011年10月9日, 国家能源局发布了《关于发展天燃气分布式能源的指导意见》（发改能源[2011]2196）文件，强调了发展天燃气分布式能源的紧迫性，明确的相关优惠政策也有依据可行，对天燃气分布式能源项目给予一定的投资奖励和贴息。
通过合同能源管理实施且符合《关于促进节能服务产业发展增值税、营业税和企业所得税政策问题的通知》（财税[2010]110）要求的天然气分布式能源项目，可享受相关税收优惠政策。
在确定分布式能源气价时要体现天然气分布式能源削峰填谷的特点，给予价格折让。
《江苏省天然气分布式能源专项规划》（2012-2015）到2015年，建设天然气分布式能源项目50个左右，实现装机规模约180万千瓦，其中楼宇天然气分布式能源项目30个左右，装机规模约30万千瓦；区域天然气分布式能源项目20个左右，装机规模约150万千瓦。
已建成分布式能源站介绍：广州大学城分布式能源站广州大学城分布式能源站位于广州市番禺区南村镇，与广州大学城一江之隔，占地面积 11 万㎡，是广州大学城配套建设项目，为广州大学城18平方公里区域提供冷、热、电三联供，也是全国最大的分布式能源站。
中国华电集团新能源发展有限公司和广州大学城能源发展有限公司按 55%和45%的比例共同出资成立广州大学城华电新能源有限公司，负责广州大学城分布式能源站项目的投资、建设及经营管理。
能源站总体规划为4x78MW ，分二期建设，一期2x78MW 于2008年7月28日正式开工建设，2009年10月实现“双投”。
广州大学城分布式能源站燃机采用普惠动力系统公司的FT8-3SwiftPac 双联燃气轮发电机组，FT8-3属轻型燃机，由两台燃气轮机和一台发电机组成，两台燃气轮机通过联轴器直接连接一台双端驱动发电机（额定出力60MW ）。
通过叶轮式压气机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时气体燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧，生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转带动发电机，燃机效率可达 39%，排出的479℃烟气进入余热锅炉循环利用。
余热锅炉采用中国船舶重工集团公司第七0三研究所生产的双压带自除氧卧式自然循环锅炉（66.8T/h），生产的蒸汽供应给汽轮发电机；汽轮机采用中国长江动力公司（集团）生产的一台抽凝式汽轮机（15MW ）和一台补气式汽轮机（21MW ）发电后的尾部烟气余热再生产。
高温热媒水制备生活热水和空调冷冻水。
广州大学城分布式能源站以洁净的天然气为燃料，采用先进的燃气轮机发电设备，大大减少了NOX 、SO2、TSP 等污染物的排放，其中 NOX 排放是同容量常规燃煤电厂的1/5，SO2、TSP 的排放几乎为零。
同时锅炉补给水采用 RO 膜+EDI（电去离子）系统制水，无强酸性、强碱性废水产生，生产、生活产生的废水经过处理后用于厂区内清洗、浇灌等，实现废水零排放。
广州大学城分布式能源站实现了能源的梯级利用，能源利用效率得到了很大提高，达到78%使能源站具有了能源传送距离短、能量转换和传送损失小、能源利用率高、建设安装周期短、运行方式灵活、设备启停方便、负荷调节灵活、系统安全性和可靠性高的特点。
广州大学城分布式能源站实现了“安全、高效、节能、环保”的理念，被广州电网确定为“保亚运”供电具备黑启动能力的重要电源点。
无锡太湖国际博览中心酒店（以下简称：太博酒店）无锡太博酒店能源站项目位于太博酒店西南侧景观区内，主体部分位于地下。
由中国华电江苏分公司、无锡华润燃气有限公司、无锡市市政公用产业集团有限公司三方共同组建的能源站项目公司，负责建设并运营分布式能源站项目，向太博酒店提供冷、热、电等形式的能源。
对于太博酒店，分别有电、冷、热和生活热水负荷需求。
对于太博酒店天然气能源供给系统动力车间工程可以采用分布式能源供应系统（冷热电三联供系统）、常规燃煤发电+电制冷机组+燃煤锅炉、燃煤热电联产+电制冷机组以及市电+燃气锅炉+电制冷机的四种供能方案满足酒店供能需求。
无锡太博酒店原供能方式如下：1、供冷与供热空调冷源由设置于制冷机房的离心式冷水机组提供，冷冻水供回水温度为7～12°C ；燃气热水锅炉生产90℃生活热水，通过板式换热器生产50～60℃空调热水。
空调水系统采用四管制系统。
生活热水本建筑设置集中热水供应系统。
燃气热水锅炉生产90℃生活热水，通过板式换热器及容积换热器生产55～60℃的生活热水。
设置有2台5吨的容积式换热器。
另外采用太阳能热水器作为生活热水的补充供应方式。
2、天然气能源供给系统动力车间系统流程天然气进入燃气内燃机首先用来发电，发电后的烟气与缸套冷却水换热制取的热水进入烟气热水混合型溴化锂机组，夏季用来供冷，冬季用来供热。
溴化锂机出口的烟气还具有一定的热量，加烟气热水换热器生产60℃生活热水。
生活热水图：天然气能源供给系统动力车间工艺流程图3、年供能量天然气能源供给系统动力车间按照上节的运行方式运行，年利用6500小时，向酒店供能情况见下表：表：天然气能源供给系统动力车间年供能量统计以天然气能源供给系统动力车间年供能量作为各方案的能量值，进行方案的耗能比较。
天然气热值按8500kCal/Nm3，省内平均发电煤耗以331.39g/kWh，小型燃煤锅炉房集中供热煤耗以55KG/GJ，电制冷机的COP 以5计算。
产生相同的能量，天然气能源供给系统动力车间采用冷热电三联供分布式能源供应系统方案比常规燃煤发电+电制冷机组+燃煤锅炉供热方案、酒店原方案（市电+电制冷机组+天燃气锅炉供热）传统供能方式分别节约标准煤约605吨/年和536吨/年，天然气能源供给系统动力车间采用冷热电三联供分布式能源供应系统方案具有更好的节能效果。
而采用传统市电供电、电制冷，供热采用热电机组（燃煤锅炉热效率：70%，天燃气锅炉热效率：90%），将分别减少CO 2 排放量2386.7吨/年和2184.4吨/年，由此可见分布式能源供应比传统能源供应更能节约能源，减少对环境的污染。
光伏发电分布式能源基本原理就是“光伏效应”光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
这种技术的关键元件是太阳能电池。
太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。
不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以, 光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。
理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器, 下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。
太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。
目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。
