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(zhù)科技水平不斷進(jìn)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(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，

北京煤氣熱力設計院綜合能源中心主任設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。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

景源：各位領(lǐng)導、各位專(zhuān)家，下午好。我是來(lái)自北京煤氣熱力工程設計院的景源，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(gè)部分。

一、介紹分布式能源的應用。

二、探索分布式能源應用的新場(chǎng)景。

首先介紹一下分布式能源的應用，對于分布式能源來(lái)說(shuō)，就是建設在用戶(hù)端高效的冷熱電聯(lián)供系統，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)多種的用能需求，來(lái)實(shí)現資源利用的最大化。在分布式能源系統當中，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(fēng)電等。

供能的對象涵蓋了醫院、酒店、住宅、商場(chǎng)、工業(yè)園區、數據中心等等，下面我簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)典型的分布式能源應用的案例。

像湖北鄂州民用機場(chǎng)綜合供能工程主要應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13.2萬(wàn)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(huì )的綜合供能工程是充分利用了北京延慶地區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，配套了水蓄能調峰的電制冷和鍋爐來(lái)供應30萬(wàn)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2號分布式能源工程，主要采用的是河水源，應用河水源熱泵，配套電制冷和鍋爐來(lái)給85萬(wàn)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2.7萬(wàn)平米的采暖。麒麟郡加的項目主要應用的是空氣源熱泵來(lái)滿(mǎn)足全部20萬(wàn)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據中心余熱回收內的項目，回收了云計算中心的余熱，在為數據中心供冷的同時(shí)實(shí)現了供暖。中石油數據中心分布式能源項目是典型的燃氣三聯(lián)供系統，采用三聯(lián)供配套調峰的鍋爐和備用的電制冷機組，為數據中心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(chē)庫的出口進(jìn)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(guān)風(fēng)機，屬于分布式的光伏和風(fēng)電項目。

下面就為大家分享一下分布式能源應用新場(chǎng)景的探索成果。

近些年來(lái)，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型體制機制和政策措施的意見(jiàn)當中提到了，在農村地區優(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?；託?、生物天然氣、地熱能等開(kāi)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(shí)施方案當中也提到了推廣污水處理廠(chǎng)污泥沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)，在污水處理廠(chǎng)當中對沼氣進(jìn)行綜合利用。

在國家發(fā)改委和能源局等九部門(mén)出臺的“十四五”可再生能源發(fā)展規劃當中也提到了優(yōu)化生物質(zhì)發(fā)電開(kāi)發(fā)布局，有序發(fā)展農林生物質(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(dòng)方案，其中提到了高碑店、小紅門(mén)等五座再生水廠(chǎng)污泥沼氣發(fā)電工程建設并網(wǎng)，以及推動(dòng)沼氣發(fā)電工程的建設。

對于沼氣來(lái)說(shuō)，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(guò)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(lái)說(shuō)，最大的沼氣來(lái)源就是污水處理后，副產(chǎn)品污泥來(lái)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(gè)部分。

一、預處理，首先是原泥的接收，經(jīng)過(guò)污泥道達到緩沖倉進(jìn)行暫存。

二、熱水解處理，分別通過(guò)漿化反應器、水熱反應器、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(guò)厭氧消化的污泥進(jìn)入板框壓力機，深度脫水之后外送。

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

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

為了解決城市污水處理廠(chǎng)污泥的處理問(wèn)題，實(shí)現污泥的減量化、穩定化、無(wú)害化和資源化，北京市近年來(lái)建設了幾座大型的污泥處理中心，可以為周邊的污水處理廠(chǎng)的污泥得到處理和處置。

對于污泥處理中心來(lái)說(shuō)，在厭氧消化階段會(huì )大量的產(chǎn)生沼氣，處理過(guò)的污泥深度脫水后，濾液經(jīng)過(guò)處理還會(huì )產(chǎn)生大部分的再生水，在熱水解過(guò)程當中，需要蒸汽進(jìn)行加熱，另外廠(chǎng)區全年需要用電，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(lái)發(fā)電、制蒸汽、采暖等等，形成廠(chǎng)區的循環(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(jìn)行處理，從消化池出來(lái)的沼氣，一小部分進(jìn)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(guò)一級增壓，之后脫硫，包括生物脫硫、干式脫硫，之后進(jìn)行二級增壓，一部分可以進(jìn)入蒸汽鍋爐產(chǎn)蒸汽，另一部分在進(jìn)入發(fā)電機組之前要進(jìn)行脫硅氧烷的處理，剩下如果用不完的沼氣就要通過(guò)火炬的燃燒來(lái)排放。

下面介紹一下污泥處理中心整個(gè)分布式能源系統的工藝流程。從厭氧消化池出來(lái)的沼氣經(jīng)過(guò)處理以后，進(jìn)入沼氣內燃機發(fā)動(dòng)機組發(fā)電，供應廠(chǎng)區內的建筑用電，發(fā)電后的煙氣與熱產(chǎn)生蒸汽，可以供應熱水解車(chē)間的工藝蒸汽負荷，發(fā)電后的高溫冷卻水的預熱可以供應廠(chǎng)區內的采暖負荷，另一部分的沼氣經(jīng)過(guò)處理之后，經(jīng)過(guò)沼氣蒸汽鍋爐來(lái)產(chǎn)生蒸汽，提供不足的工藝蒸汽負荷。

其余的蒸汽通過(guò)換熱之后，供應廠(chǎng)區內各建筑不足的才能負荷。內燃機發(fā)電后的低溫冷卻水的預熱還能加熱軟化水，污泥經(jīng)過(guò)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、高低溫冷卻水的應急冷源。

根據以上的系統，我們的工程主要配置了四臺一兆瓦的沼氣內燃發(fā)電機組，配套設置了四臺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(shí)安裝機組和管道時(shí)候機房?jì)鹊膱?chǎng)景，這是建成之后污泥處理中心內的能源站遠景圖，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(shí)施之后，最大化的利用了污泥處理中心的資源稟賦，實(shí)現廠(chǎng)區內循環(huán)經(jīng)濟和綠色經(jīng)濟發(fā)展體系，這是完成后的機房?jì)葓?chǎng)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(dòng)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(lái)說(shuō)，和典型的分布式具有以下的不同點(diǎn)，首先整個(gè)系統的運行模式可以實(shí)現靈活切換，上面藍色的曲線(xiàn)是污泥處理中心全年沼氣的產(chǎn)出量，下面紅色的曲線(xiàn)是全年蒸汽需求量，包含了采暖的，實(shí)際上從這兩個(gè)曲線(xiàn)可以看出沼氣峰值的點(diǎn)基本上在非采暖季，蒸汽的峰值點(diǎn)在采暖季，所以相對來(lái)說(shuō)在非采暖季的時(shí)候，沼氣的產(chǎn)量稍微多一些，蒸汽的需求少，而采暖季的時(shí)候沼氣的產(chǎn)量少，而蒸汽的需求多。

對于沼氣利用設備來(lái)說(shuō)，內燃發(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，根據以上沼氣產(chǎn)量、蒸汽需求以及設備的特點(diǎn)，我們制定了采暖季和非采暖季的運行模式，在采暖季的時(shí)候我們就多開(kāi)一些沼氣蒸汽鍋爐，少開(kāi)一些內燃發(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(lái)加熱軟化水。

在非采暖季的時(shí)候，鍋爐開(kāi)的少一點(diǎn)，內燃發(fā)電機組開(kāi)的多一點(diǎn)，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(guò)廠(chǎng)區內的再生水來(lái)散熱，這個(gè)系統也是取得了專(zhuān)利。

第二個(gè)特點(diǎn)，整個(gè)發(fā)電機的高低溫冷卻水的應急冷卻系統相對安全、環(huán)保和節能，因為整個(gè)廠(chǎng)區內是能產(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急散熱冷源。

一、再生水的量能夠遠遠的滿(mǎn)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(gè)應急冷卻系統是相對環(huán)保、安全和節能的。

第三，因為整個(gè)廠(chǎng)區都全年運行，沼氣綜合利用系統頁(yè)可以全年運行，為廠(chǎng)區來(lái)提供電力、蒸汽、采暖負荷，系統利用的時(shí)間比較長(cháng)。

第四，充分利用了沼氣資源，屬于可再生資源，所以整個(gè)系統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)供的系統節能率是28%，燒沼氣能全年節省燃氣的費用是2100多萬(wàn)元，發(fā)出來(lái)的電能夠節省電力的支出是1500多萬(wàn)元，年減排二氧化碳0.94萬(wàn)噸，通過(guò)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(dòng)可持續發(fā)展和實(shí)現能源轉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(shí)現了廠(chǎng)區內的循環(huán)經(jīng)濟和綠色經(jīng)濟的發(fā)展體系，整個(gè)供能系統也能實(shí)現按季節切換、按負荷追蹤、靈活調整運行模式，并且利用了再生水資源實(shí)現了發(fā)電機多余熱量的散熱，節能效益非常顯著(zhù)。

通過(guò)這個(gè)項目探索出了一條分布式能源應用的新路徑和一個(gè)應用的新場(chǎng)景，也為國內同類(lèi)的項目建設和運營(yíng)提供一些借鑒和參考數據。

我的分享就到這里，謝謝大家。