分布式能源
分布式能源
北京煤气热力设计院综合能源中心主任设计师景源主任做了主题为《分布式能源发展的新路径探索》的报告。
以下内容根据论坛演讲实录进行整理。
景源：各位领导、各位专家，下午好。我是来自北京煤气热力工程设计院的景源，今天我为大家分享的主题是分布式能源新路径的探索，主要分为两个部分。
一、介绍分布式能源的应用。
二、探索分布式能源应用的新场景。
首先介绍一下分布式能源的应用，对于分布式能源来说，就是建设在用户端高效的冷热电联供系统，能够满足用户多种的用能需求，来实现资源利用的最大化。在分布式能源系统当中，主要的供能包括水地源热泵，空气源热泵，锅炉制冷机组，发电机组以及分布式的光伏风电等。
供能的对象涵盖了医院、酒店、住宅、商场、工业园区、数据中心等等，下面我简单介绍几个典型的分布式能源应用的案例。
像湖北鄂州民用机场综合供能工程主要应用的能源就是浅层地热能，采用浅层第源热泵，配套水蓄能再加上燃气锅炉和制冷机组，供应13.2万平米的冷热负荷，可再生能源的供热比例达到了76%。
2019年北京世园会的综合供能工程是充分利用了北京延庆地区浅层地热能和中深层地热能，采用的是中深层地热、浅层地热，配套了水蓄能调峰的电制冷和锅炉来供应30万平米的冷热负荷，供热的可再生能源比例达到了60以上。
浙江绍兴镜湖新区2号分布式能源工程，主要采用的是河水源，应用河水源热泵，配套电制冷和锅炉来给85万平米供能。海洪商业街再生水源热泵工程充分利用的再生水资源，采用再生水源热泵供应2.7万平米的采暖。麒麟郡加的项目主要应用的是空气源热泵来满足全部20万平米的采暖需求。
小米亦庄云计算中心余热回收项目属于数据中心余热回收内的项目，回收了云计算中心的余热，在为数据中心供冷的同时实现了供暖。中石油数据中心分布式能源项目是典型的燃气三联供系统，采用三联供配套调峰的锅炉和备用的电制冷机组，为数据中心2500面机柜提供全年的电负荷和中温冷负荷，还有周边配套的冷热负荷。
北京燃气大楼分布式能源项目利用屋面以及大楼的主入口，以及车库的出口进行光伏建筑一体化改造，另外在建筑的屋面还安装了6台300挖的景观风机，属于分布式的光伏和风电项目。
下面就为大家分享一下分布式能源应用新场景的探索成果。
近些年来，从国家层面和地方层面都相继出台了关于沼气利用的支持政策，国家发改委、国家能源局出台的关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见当中提到了，在农村地区优先支持沼气发电等生物质能发电接入电网，完善规模化沼气、生物天然气、地热能等开发利用扶持政策和保障机制。
在国家发改委、国家能源局、生态环保部等多部委发布的减污降碳、协同增效实施方案当中也提到了推广污水处理厂污泥沼气热电联产，在污水处理厂当中对沼气进行综合利用。
在国家发改委和能源局等九部门出台的“十四五”可再生能源发展规划当中也提到了优化生物质发电开发布局，有序发展农林生物质发电和沼气发电。北京市发改委也在今年出台了北京市可再生能源替代行动方案，其中提到了高碑店、小红门等五座再生水厂污泥沼气发电工程建设并网，以及推动沼气发电工程的建设。
对于沼气来说，就是各种有机物质在隔绝空气和适宜的温度、PH值下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃气体，它属于二次能源，也是可再生能源。
主要的利用方式，在农村主要是炊事、照明、取暖、烘干。在城市就是发电、供暖、燃料替代等等。
对于城市里来说，最大的沼气来源就是污水处理后，副产品污泥来产生沼气，污泥就是从废水中去除的固体物质，包括有机物、悬浮物、沉淀物、微生物和其他固体颗粒，污泥具有高湿度和高含水量。
在污泥处理了工艺流程中主要分为四个部分。
一、预处理，首先是原泥的接收，经过污泥道达到缓冲仓进行暂存。
二、热水解处理，分别通过浆化反应器、水热反应器、闪蒸罐还有热交换器完成热水解。
三、厌氧消化，在消化池里面厌氧发酵，形成了大量的沼气。
四、板框脱水，经过厌氧消化的污泥进入板框压力机，深度脱水之后外送。
对于污泥来说最优的处置方案就是土地利用，因为这样污泥当中的营养成分能够在环境当中得到循环利用;
在热水解处理的过程当中需要蒸汽来加热，在厌氧消化阶段，消化池里面会产生大量的沼气，深度脱水后水处理也会产生一部分再生水，所以我们今天介绍的分布式能源应用的新场景对象就是污泥与处理中心。
为了解决城市污水处理厂污泥的处理问题，实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化，北京市近年来建设了几座大型的污泥处理中心，可以为周边的污水处理厂的污泥得到处理和处置。
对于污泥处理中心来说，在厌氧消化阶段会大量的产生沼气，处理过的污泥深度脱水后，滤液经过处理还会产生大部分的再生水，在热水解过程当中，需要蒸汽进行加热，另外厂区全年需要用电，冬季还需要采暖。
所以我们充分利用污泥处理中心的沼气资源，来发电、制蒸汽、采暖等等，形成厂区的循环经济。沼气的主要成分就是甲烷，剩下还有一部分的二氧化碳、氮气、氧气，还有少量的硫化氢、氢气、一氧化碳和碳氢化合物等等，所以沼气在利用之前必须要对它进行处理，从消化池出来的沼气，一小部分进入沼气贮柜，是起到沼气气量的平衡和压力平衡作用，大部分的沼气先经过一级增压，之后脱硫，包括生物脱硫、干式脱硫，之后进行二级增压，一部分可以进入蒸汽锅炉产蒸汽，另一部分在进入发电机组之前要进行脱硅氧烷的处理，剩下如果用不完的沼气就要通过火炬的燃烧来排放。
下面介绍一下污泥处理中心整个分布式能源系统的工艺流程。从厌氧消化池出来的沼气经过处理以后，进入沼气内燃机发动机组发电，供应厂区内的建筑用电，发电后的烟气与热产生蒸汽，可以供应热水解车间的工艺蒸汽负荷，发电后的高温冷却水的预热可以供应厂区内的采暖负荷，另一部分的沼气经过处理之后，经过沼气蒸汽锅炉来产生蒸汽，提供不足的工艺蒸汽负荷。
其余的蒸汽通过换热之后，供应厂区内各建筑不足的才能负荷。内燃机发电后的低温冷却水的预热还能加热软化水，污泥经过处理之后深度脱水，滤液产生的再生水可以作为发电机、高低温冷却水的应急冷源。
根据以上的系统，我们的工程主要配置了四台一兆瓦的沼气内燃发电机组，配套设置了四台0.65吨的余热蒸汽锅炉和配套的余热利用板块，还有四台6吨的沼气蒸汽锅炉和一套制热量是4.7兆瓦的汽水换热机组，在当时安装机组和管道时候机房内的场景，这是建成之后污泥处理中心内的能源站远景图，有四根发电机的烟囱和远处锅炉的烟囱，屋顶上放置的是发电机的远程散热水箱。
工程的实施之后，最大化的利用了污泥处理中心的资源禀赋，实现厂区内循环经济和绿色经济发展体系，这是完成后的机房内场景，包括发电机组，绿色的是发电机组的隔声罩，配套的余热蒸汽锅炉，发动机高低温冷却水的余热利用板框和沼气蒸汽锅炉。
对于污泥处理中心的分布式能源项目来说，和典型的分布式具有以下的不同点，首先整个系统的运行模式可以实现灵活切换，上面蓝色的曲线是污泥处理中心全年沼气的产出量，下面红色的曲线是全年蒸汽需求量，包含了采暖的，实际上从这两个曲线可以看出沼气峰值的点基本上在非采暖季，蒸汽的峰值点在采暖季，所以相对来说在非采暖季的时候，沼气的产量稍微多一些，蒸汽的需求少，而采暖季的时候沼气的产量少，而蒸汽的需求多。
对于沼气利用设备来说，内燃发电机组生产单位蒸汽所消耗的沼气相对多，蒸汽的产量少，而沼气蒸汽锅炉，就是沼气的耗量少一些，产生的蒸汽多，根据以上沼气产量、蒸汽需求以及设备的特点，我们制定了采暖季和非采暖季的运行模式，在采暖季的时候我们就多开一些沼气蒸汽锅炉，少开一些内燃发电机组，发电机的高温冷却水的余热就可以用于采暖负荷，低温冷却水的余热用来加热软化水。
在非采暖季的时候，锅炉开的少一点，内燃发电机组开的多一点，发电高温冷却水余热用于加热软化水，低温冷却水的余热通过厂区内的再生水来散热，这个系统也是取得了专利。
第二个特点，整个发电机的高低温冷却水的应急冷却系统相对安全、环保和节能，因为整个厂区内是能产生再生水的，再生水可以作为发电机高低温冷却水的应急散热冷源。
一、再生水的量能够远远的满足发电机冷却的需求。
二、可以减少发电机配套的远程散热水量用电量，所以整个应急冷却系统是相对环保、安全和节能的。
第三，因为整个厂区都全年运行，沼气综合利用系统页可以全年运行，为厂区来提供电力、蒸汽、采暖负荷，系统利用的时间比较长。
第四，充分利用了沼气资源，属于可再生资源，所以整个系统的可再生能源比例能够达到百分之百，年均能源综合利用率74%，沼气热电联供的系统节能率是28%，烧沼气能全年节省燃气的费用是2100多万元，发出来的电能够节省电力的支出是1500多万元，年减排二氧化碳0.94万吨，通过对沼气充分利用，可以减少温室气体排放、降低环境污染，在推动可持续发展和实现能源转型方面具有重要意义。
工程最大化的利用了污泥处理中心的资源禀赋，实现了厂区内的循环经济和绿色经济的发展体系，整个供能系统也能实现按季节切换、按负荷追踪、灵活调整运行模式，并且利用了再生水资源实现了发电机多余热量的散热，节能效益非常显著。
通过这个项目探索出了一条分布式能源应用的新路径和一个应用的新场景，也为国内同类的项目建设和运营提供一些借鉴和参考数据。
我的分享就到这里，谢谢大家。
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