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数据中心与分布式能源——分布式能源概述

 ejcar 2016-11-17

一、分布式能源的定义


首先,关于分布式能源的定义有很多种定义,下文引用几种相对权威和有代表性的定义。


国际分布式能源联盟(WorldAlliance for Decentralized Energy,简称WADE)的定义: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热--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。


美国能源部的相关定义是:分布式能源(也叫做分布式生产、分布式能量或分布式动力系统)可在以下几个方面区别于集中式能源。分布式能源是小型的、模块化的,规模大致在kW至MW级;分布式能源包含一系列的供需双侧的技术;位于用户现场或附近。这样,便于实现更强大的就地控制、更高效的余热利用,以达到节能与降低污染排放的目的。分布式能源的一系列技术包括:光电系统、燃料电池、燃气内燃机、高性能燃气轮机和微燃机、热力驱动的制冷系统、除湿装置、风力透平、需求侧管理装置、太阳能(发电)收集装置和地热能量转换系统。这些技术可以满足不同用户的能量需求,包括:连续的电能、备用电力、可移动电源、冷热电联供和调峰电力等。分布式能源装置可以直接安装在用户建筑物里,或建在区域能源中心、能源园区或小型微型能源网络系统之中或附近。分布式能源更突出在规模小、相对独立,动力与燃料来源多样化,设备和系统技术性能先进。热电联产顾名思义是热和电同时产出的技术和系统。不分规模大小,不管是否上网,不管建在何处。



国家发展改革委员会能源局在《关于分布式能源系统有关问题的报告》中的官方定义是:分布式能源是近年来兴起的利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式。与传统的集中式能源系统相比,分布式能源接近负荷,不需要建设大电网进行远距离高压或超高压输电,可大大减少线损,节省输配电建设投资和运行费用;由于兼具发电、供热等多种能源服务功能,分布式能源可以有效地实现能源的梯级利用,达到更高能源综合利用效率。分布式能源设备起停方便,负荷调节灵活,各系统相互独立,系统的可靠性安全性较高;此外,分布式能源多采取天然气、可再生能源等清洁能源为燃料,较之传统的集中式能源系统更加环保。热电联产是目前典型的分布式能源利用方式,在发达国家已得到广泛的推广利用。


在中国能源网看来,所谓“分布式能源”是指分布安置在需求侧的能源梯级利用,以及资源综合利用可再生能源和蓄能设施。通过在需求现场根据用户对能源的不同需求,实现“分配得当,各得所需,温度对口,梯级利用”式的供应能源,将输送环节的损耗降至最低,对能源“吃光用尽”,从而实现能源利用效能、效益的最大化和最优化。分布式能源是以资源、环境和经济效益最大化为原则确定方式、容量和系统配置,根据终端能源利用效率最优化确定分布式能源系统的解决方案。分布式能源是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技术。分布式能源采用先进的能源转换技术,尽力减少污染物的排放,并使排放分散化,便于周边植被的吸收。同时,分布式能源利用其排放量小,排放密度低的优势,可以将主要污染排放物和温室气体实现资源化再利用。分布式能源依赖于最先进的信息技术,采用智能化监控、网络化群控和远程遥控技术,实现现场无人职守。同时,也依赖于能源服务公司、需求侧管理服务机制和能效电厂等节能机制为主体的能源社会化服务体系,实现运行管理的专业化,以保障各分布式能源系统的安全可靠运行。


站在本文的角度,并不特别关注各种定义之间的差别,更看重的是如何将分布式能源和数据中心进行有机的结合。


为避免歧义和误解,下文对常用的能源类型和定义做个简述:


清洁能源:对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系。含义有三点:第一清洁能源不是对能源的简单分类,而是指能源利用的技术体系;第二清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性;第三清洁能源的清洁性指的是符合一定的排放标准。通过采取有效技术措施在生产及消费过程中尽可能减少对生态环境的污染,包括使用低污染的化石能源(如天然气等)和利用清洁能源技术处理过的化石能源,如洁净煤、洁净油等非可再生能源也是清洁能源。


清洁能源是不排放污染物的能源,它包括核能和“可再生能源”。可再生能源是指原材料可以再生的能源,如水力发电、风力发电、太阳能、生物能(沼气)、海潮能这些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能,因此日益受到许多国家的重视,尤其是能源短缺的国家。


可再生能源:可再生能源(英语:Renewable Energy)为来自大自然能源,例如太阳能风力潮汐能地热能等,是取之不尽,用之不竭的能源,是相对于会穷尽的不可再生能源的一种能源。


核能:核能虽然属于清洁能源,但消耗铀燃料,不是可再生能源,投资较高,而且几乎所有的国家,包括技术和管理最先进的国家,都不能保证核电站的绝对安全。


二、分布式能源的分类


市场上对于分布式能源的分类也有很多种,在本文中,基本按照“穷举法”,根据分布式能源的能源生产方式划分,主要有以下分布式能源技术:


1、往复式发动机(内燃机)技术:用于分布式发电的往复式发动机以汽油或柴油为燃料。 此种发电方式并不是一种全新的形式, 近几十年来, 在许多重要的行业和场所,如部分医院和学校, 就常常把柴油发电机作为停电期间使用的事故备用电源。


2、小型/微型燃气轮机技术:微型燃气轮机是指以天然气、甲烷、 汽油、 柴油为燃料的超小型燃气轮机。其发电效率可达 30% ,如实行热电联产, 效率可提高到 75%。微型燃气轮机的特点是体积小、 质量轻、 发电效率高、污染小、 运行维护简单。


3、燃料电池技术:燃料电池是一种在等温状态下直接将化学能转变为直流电能的电化学装置。燃料电池工作时, 不需要燃烧, 是直接将燃料(天然气、 煤制气、 石油等)中的氢气借助于电解质与空气中的氧气发生化学反应, 在生成水的同时进行发电。在获得电能的过程中, 副产品仅为热、 水和少量二氧化碳等。


4、太阳能发电技术:太阳能的转换和利用方式有光热转换、 光电转换和光化学转换等。 目前, 技术比较成熟的、 应用广泛是太阳能光伏发电技术, 即光电转换。太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。光伏发电具有不消耗燃料、 不受地域限制、规模灵活、 无污染、 安全可靠、 维护简单等优点。


5、风力发电技术:风能是指太阳幅射造成地球各部分受热不均匀,引起各地温差和气压不同, 导致空气运动而产生的能量。风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术。近年来, 风力发电技术进步很快, 技术已很成熟。


6、生物质能发电技术:生物质能来源于生物质。生物质能发电是首先将生物质转化为可驱动发电机的能量形式(如燃气、燃油、 酒精等) , 再按照通用的发电技术发电。


7、小水电技术:小水电通常是指小水电站及与其相配套的小电网的统称。小水电的开发方式, 可分为引水式、 堤坝式、 混合式和抽水蓄能式4 种。


8、海洋能发电技术:海洋能包括潮汐能、 波浪能、 海流能、 潮流能、 海水温差能和海水盐差能等不同的能源形态。目前, 海洋能发电多数处在实验阶段, 比较成熟的是潮汐能发电技术。潮汐能发电和水力发电厂相似, 就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机,再由水轮机带动发电机来发电。


9、地热发电技术:地热能是来自地球深处的可再生热能, 它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术, 其和火力发电的基本原理是一样的, 都是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能, 然后带动发电机发电。 所不同的是, 地热发电不像火力发电那样要具有庞大的锅炉, 也不需要消耗燃料。


以上介绍的9种发电方式中的(4)~ (9)都是利用可再生能源进行发电的,其特征是电源投资成本高、发电受环境影响具有间歇波动性,发电成本极低。而(2)和(3)可以通过采用冷热电联产技术来获得很高的效率。但是需要依赖一次能源的使用。系统发电成本投资较大。


为了提高能源利用率和改善系统的热经济性, 在分布式发电中需加入储能装置。 分布式发电中的储能技术主要有: 化学蓄电池储能、 超导储能、 超级电容器储能、 机械飞轮储能、 压缩空气储能和抽水蓄能等。分布式发电技术和储能技术合称为“分布式电源”。


分布式能源是一种新型的、 前景广阔的发电和能源综合利用系统,通过对一次能源的综合利用,分布式能源可提供电力、供热、制冷等多种能源供应方式。目前在分布式发电概念上,综合各国研究人员的广泛理论和实践有以下几个共同的特点:


1、发电规模不大且就近分布在能源负荷附近,系统发电容量一般不超过5-10MW,多少在几十到数百千瓦。与用能负荷融合为一体或半径不超过5公里;


2、满足一些特殊用户的冷热电能源阶段性需求、 支持已有配电网的经济运行;


3、非中央电网调度型的电力生产方式; 以自发自用为主,主电网/能源池以匮乏补充或冗余上网为主;


4、一次能源化学利用效率较高或利用可再生能源发电供能。

传统电力工业(电源、电网)对于发电机组容量的观点是: 容量越大效率越高, 单位千瓦投资越低, 发电成本也越低。 因此, 电力工业的发展方向是大机组、 大电厂和大电网。但近年来随着技术的发展、以及对于传统电力生产、传输及使用方式的环境、效率及能源供应安全性的反思, 分布式能源技术得到广泛的研究和实践。

(文章摘自《数据中心能源白皮书之能源架构篇


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联系人:张老师 13691315250



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