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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式比较，CO2排放可降低约50%。近年来，脱氮及温室气体捕获利用技术的发展可以使分布式供能系统满足各种严格的环保标准。
3）良好的经济性
与大型天然气集中发电，特别是与燃煤电厂相比，天然气分布式能源首先用天然气生产了高价值的电力，又将余热用于供冷供热或工业蒸汽负荷，创造了比前者更加显著的经济效益。如果站在国家宏观能源经济的层面上，同时考虑优化能源结构，为电力和天然气供应消峰填谷，以及增强城市电网供电安全性等方面的贡献，天然气分布式能源系统所带来的附加经济价值是可观的。
4）提高能源供应的安全性
传统的集中供电依赖于大电网、高电压输变电系统，系统中一处故障可能造成严重影响，也可能引起大面积的停电。近年来我国的低温雨雪冰冻灾害和国外如美国、欧洲、东南亚地区发生的大面积停电事故，不断提高人们对供能安全重要性的认识。分布式能源在大电网出现突发事件时可以维持当地继续供电，减缓了地方对集中供电系统的过分依赖，还可以根据用户负荷的特殊需求采用调节手段提高供电质量。
5）改善能源使用结构
天然气分布式能源系统对电力与燃气供应的削峰填谷是其重要的功能。如北京等大城市夏季多采用电制冷，冬季用燃气锅炉供热，电力及燃气供应存在很大的季节性峰谷差，以2007年以来的北京为例，采暖季天然气耗量可占全年用气量80％，冬夏燃气供应量峰谷差达到8:1以上，而制冷季空调耗电占总电负荷的40%，电力峰谷差接近2:1。采用三联供分布式能源系统，发电余热可用于供热和制冷，既能减小电空调造成的供电高峰，又填补了燃气供应在夏季的低谷，缓解了各自的峰谷差，是供能需求侧管理的有效手段,有利于能源供应的可持续发展。
三、分布式能源的适用范围
天然气分布式能源的应用非常广泛，原则上可应用于任何有稳定电、热（冷）负荷和天然气气源供应的地方，无论负荷规模的大小和当地有无公用电网。不同类型用户的天然气分布式能源在系统规模上有较大差异。根据系统的规模可大致分为楼宇型、区域型两种类型。 
上海迪士尼分布式能源项目V01 
上海中心大厦-分布式能源项目V02
楼宇型系统主要针对楼宇单一类型的用户，建筑规模相对较小，系统比较简单，用户的用能特点和规律差异不大。这类联供系统目前应用数量最多，建筑面积在一般在几十万平米以内，用户类型包括办公楼、商场、酒店、医院、学校、居民楼等等。
区域型指在一定区域内多种功能建筑构成的建筑群，建筑群各组成部分的能量需求有显著差异，不同功能建筑的负荷种类、用能规律、负荷曲线都有所不同。该类型系统规模较大，总建筑面积可以可能几十万到一、二百万平米。用户类型包括商务区（含商场、酒店、办公等）、金融区（金融中心、办公等）、机场、火车站、大学、新城（含部分住宅）、综合社区等。
国内外天然气分布式能源的潜在市场十分广阔，包括居民建筑和公用建筑节能、老电厂与供热厂的设备更新和扩容改造、具有高负荷密度的数据中心、区域供热供制冷、工业园与经济开发区的能源中心等，应用范围向小型化和规模化的两级扩展，以发挥更大的全社会的效益。我国正处在工业化和城镇化的发展进程中，有利于同步进行区域总体规划和分布式能源规划，建设更多的区域型或大规模的分布式能源系统，发挥分布能源的规模效益，为实现节能减排目标提供了更有利条件。
四、冷热电三联供
燃气冷热电三联供系统基本原理是温度对口、梯级利用，其原理如图1所示。首先洁净的天然气在燃气发电设备内燃烧产生高温高压的气体用于发电做功，产出高品位的电能,发电做功后的中温段气体通过余热回收装置回收利用，用来制冷、供暖，其后低温段的烟气可以通过再次换热供生活热水后排放。通过对能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右，大量节省了一次能源。 
五、天然气发电技术
目前三联供系统中应用较多的发电机形式以燃气轮机、燃气内燃机和微燃机为主。采用不同形式发电机的三联供系统各有特点，各种发电设备形式应用于三联供系统的一些参数比较如下表所示。
| 燃气内燃机 | 燃气轮机 | 微燃机 | | 容量（kW） |
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| | 发电效率(%) | 25-42 | 22-38 | 18-27 | | 燃料供应压力 | 低压 | 中高压 | 中压 | | 噪音 | 高(中) | 中 | 中 | | NOX含量(ppm) | 较大 | 小 | 小 |
燃气内燃机
在城市燃气冷热电三联供系统中，由于项目规模、供气压力等条件的限制，燃气内燃发电机组应用范围更为广泛。燃气内燃发电机组主要特点如下：
1、 单机能源转换效率高，发电效率最高可达40%以上，能源消耗率低；
2、 地理环境造成的影响最小，高温、高海拔下可正常运行；
3、 通常海拔高度每增加300m，内燃机的发电出力下降3%；环境温度每增加1℃，内燃机的发电出力下降0.32%；
4、 可直接利用中低压天然气；
5、 余热利用工艺较为复杂；
6、 氮氧化物排放量较高。
燃气内燃发电机技术已很成熟，在国际上亦有很多著名制造商。如美国康明斯公司、美国卡特比勒公司、美国瓦克夏公司、德国MDE公司、芬兰瓦锡兰公司、奥地利颜巴赫、日本三菱重工等。其产品质量可靠，技术先进，是目前燃气内燃发电设备中普遍选用的产品。
燃气轮机
燃气轮机发电机组具有以下特点：
1、 体积小，相同容量的燃气轮发电机组体积比燃气内燃发电机组小；
2、 运行成本低，日常维护费用比燃气内燃机组低；
3、 寿命周期较长，一般大修周期在6万小时左右；
4、 余热烟气温度较高，余热利用工艺相对简单；
5、 氮氧化物排放低；
6、 发电机输出功率受环境温度影响较大，当大气温度由15℃增至40℃时，发电出力降低17%~23%，效率降低5%~8%；
7、 燃气轮机发电机组一般需要次高压或高压燃气；
小型燃气轮机目前国外产品较为先进，如：美国索拉公司、日本川崎公司、俄罗斯动力进出口公司、瑞士透平公司、日本三菱重工等多家公司，其产品质量可靠，技术先进，是目前燃气轮机设备中的佼佼者。
微燃机
一般将单机发电量在300kW以下的小型燃气轮机称为微燃机。目前微燃机生产厂家主要有开普斯通、英格索兰、褒曼等公司，主要有30kW、65kW、100kW、200kW、250kW等不同发电功率等级的产品。微燃机的基本原理与燃气轮机相同，其核心技术是利用空气轴承保持一个整体化的高速转子在每分钟6-15万转在状态下运行，驱动小型永磁发电机发电。微燃机采用了回热循环技术，将燃烧后的高温烟气通过一个设计紧凑的小型回热器对燃料预热，提高系统能效。
六、余热设备介绍
燃气冷热电三联供系统常用的余热利用设备有余热锅炉、热水/蒸汽型吸收式空调机组、烟气型吸收式空调机组、烟气热水型吸收式空调机组等。吸收式空调机组本身发展较晚，余热型吸收式空调机组出现的更晚，只有5～10年左右的历史，余热锅炉则为相对成熟的余热利用设备，在较早出现的三联供系统中采用余热锅炉的间接连接方式占据了主要地位，但是随着余热型吸收式空调机组技术的发展成熟，它在新建三联供项目中越来越多的被采用。
余热吸收式空调机组具有如下特点：
可充分利用低温热源、节省电耗、单机容量可以较大、运行平稳、变负荷性能好、噪音低、排放好、一机可以供冷供热两用。对运行维护、自动控制要求较高。利用烟气、热水等相对低品位热媒作为热源，非常适合燃气发电机组的余热形式特点，很好的体现了对于燃气发电机组余热“温度对口、梯级利用”的思想。
烟气型余热机
这种余热利用方式的优势在于可以利用高温的烟气制冷，制冷效率较高；而温度较低的缸套水直接加热生活热水，换热效率也较高。因此，对不同品质的热量进行了梯级利用，废热利用率较高。缺点在于吸收式空调机组的体积较大，结构复杂，余热利用由于同时涉及到烟气和缸套水，所以管路系统的连接也较为复杂。除此之外，需设置缸套水换热设备（或由发电机厂家集成），夏季缸套水只能用于供应生活热水，当生活热水负荷较小时，缸套水热量不能完全用掉而通过散热水箱冷却，造成了能源的浪费，因此这种方案需要医院在夏季有比较稳定适合的热水负荷。
热水型余热机
这种余热利用方式的优势在于缸套水及烟气换热器均可以由发电机厂家集成，发电机与余热利用设备之间仅通过热水管道联系，余热利用工艺最为简单。同时，热水型吸收式空调机组结构较为简单，机组费用相对较低。发电机组与余热利用机组的供货和管理界限清晰，运行维护简单。缺点在于余热利用过程的换热环节较多，热损失较大，并且热水型余热机的制冷性能参数（COP）只有0.7左右，低于利用烟气的制冷效率，造成能源综合利用效率下降。
烟气热水型余热机
烟气热水型吸收式空调机组是专门与燃气内燃机直接对接的三联供系统余热利用设备，采用烟气进高压发生器、热水进低压发生器的双效吸收式空调机组设计方式，非常适合燃气内燃机的余热形式特点。
这种余热利用方式的优势在于采用烟气进高发、热水进低发，适合燃气内燃机的余热形式特点，实现了对燃气内燃机的余热，“温度对口、梯级利用”的思想，有利于提高系统的能源综合利用效率，同时系统供冷效率也高于热水型机组。缺点在于燃气发电机组与余热直燃机之间的管路连接复杂，余热利用设备初投资较高。同时与其它形式的吸收式空调机组相比，系统布线和运行维护管理均较为复杂。
七、案例介绍
7.1北京燃气集团指挥调度中心CCHP项目
北京燃气集团指挥调度中心大楼（简称燃气大楼）位于北京市西直门南小街官园青年宫北侧，是北京市天然气管网的监控和调度中心，同时具备天然气用户报装、报修、IC卡结算以及辅助办公等多项功能的建筑。大楼建筑面积32800m2，建筑物高度42m，地上十层，地下二层。
为开发天然气资源合理利用的途径，北京市燃气集团决定在新建的指挥调度中心大楼建设以天然气为燃料的燃气发电、供热、供冷的三联供系统，满足大楼用电、采暖、空调的需要。建成后的北京燃气大楼三联供系统是国内首个燃气内燃发电机组与烟气热水型吸收式空调机组直接对接工艺的系统，也是北京的首个三联供示范项目。该项目于2003年建成,从2004年8月试运行成功以后，一直运行稳定，确保了北京燃气大楼在空调、采暖季的全部冷、热、电能源供应。
燃气大楼三联供系统采用2台（725 kW、480 kW）美国卡特彼勒公司的燃气内燃发电机组，分别与2台（200万大卡、100万大卡）中国远大公司的烟气热水型余热直燃机直接对接，在天然气做功发电的同时产生余热。其中，烟气（约460℃）通过三通阀（调节型）进入余热直燃机的高温发生器，作为余热直燃机的高温热源；缸套水在夏季进入余热直燃机的低温发生器，在冬季进入板式换热器与供热回水换热。通过余热直燃机在夏季产生7～12℃的冷水，在冬季产生50～60℃的温水。系统运行时优先利用烟气和缸套水中的热量满足大楼冷、热负荷的需要，如果余热量不够，将采用余热直燃机组补燃解决。
7.2北京高速铁路南站CCHP项目
北京南站能源中心供能范围为14万平米，包括12万平米的站房面积和2万平米左右的写字楼，设计冷负荷12500kW，设计热负荷12000kW。
南站能源供应方式采用：燃气冷热电三联供系统与污水热泵相结合的能源系统，动力站采用2台1570kW的燃气内燃发电机组，与两台1620kW的烟气热水型余热吸收式空调机组直接对接，动力站为独立建筑，与市政污水泵站相邻，距主站房最近端约250米，因此调峰设备采用了的是污水源热泵系统（两台3692kW的离心机和两台890kW的螺杆机）。能源站总投资7000多万元。南站主站房屋顶大面积采用太阳能光伏发电系统，总装机容量300kW，投资约5000万元。
在夏季，天然气发电承担基本电力负荷，不足部分由市电提供，发电烟气和部分缸套水余热进入烟气热水吸收机制冷，不足的冷量由污水源热泵提供，吸收机利用后的低温烟气进入烟气热回收器，换出热水和发电机缸套水一块送入站外办公楼除湿系统的再生器；在冬季，烟气吸收机按照热泵模式运行，回收烟气冷凝热回收器回收的冷凝热，不足部分由污水源热泵提供。 前期设计中，北京南站冷热电三联供技术的应用通过能源的梯级利用使天然气的最高使用效率从50%提高到90%以上，可满足北京南站总用电量的48.7%，其自发电以及综合节能使得与常规供能系统相比，北京南站每年可以节省约600万元的运行费用，因此本能源系统高处常规供能系统的增量投资预计4.8年即可收回。三联供系统运行后，每年可以减少2000t左右的CO2排放，节约标煤约1000t。
7.3长沙黄花国际机场能源中心CCHP项目
长沙黄花国际机场分布式能源站项目是湖南省第一个分布式能源项目，也是我国民航系统第一个采用BOT方式建设的能源供应项目，实现了分布式能源从项目开发到设计、建设、商业化运营的一体化服务模式。
分布式能源站主要为15.4万m2新建航站楼提供全年冷、热以及部分电力供应。能源站采用以燃气冷热电分布式能源技术为核心，结合常规直燃机、离心式电制冷机组、燃气锅炉、热泵及冰蓄冷（二期工程）等先进能源技术。设计总规模为27MW制冷量，18MW制热量和2×1160KW发电量。能源站一期配备2×1160kW 的燃气内燃发电机组、2×4652kW的烟气热水型余热直燃机、1×4652kW的燃气直燃机、2×4571kW水冷离心式制冷机组、1×2.8MW燃气热水锅炉。发电机所发电力采用并网不上网的方式运行，供给能源站及黄花机场新航站楼。
在制冷工况运行时，天然气先进入燃气内燃机发电，燃气内燃机排烟和缸套水直接驱动烟气热水型余热直燃机组制冷。燃气发电余热制冷用于满足基本负荷，不足部分采用燃气直燃机组和离心式电制冷机组调峰补充。在制热工况运行时，天然气进入燃气内燃机发电，燃气内燃机排烟驱动烟气热水型余热直燃机组制热，缸套水直接进入板式换热器，不足部分的热量由燃气直燃机组和燃气锅炉直接燃烧天然气补充。
黄花机场分布式能源站实现了能源的梯级利用，先将燃气燃烧产生的高温热能转化为高品位的电能，然后再将发电后的中低品位热能回收利用，用于航站楼的冷热供应。与常规能源供应方式相比，一次能源节能率约41%，年节约标煤3640吨，年二氧化碳减排量为8956吨。
7.4广州大学城分布能源项目
广州大学城能源站项目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。 分布式能源学习讨论QQ群：616168925 项目由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。2008年7月28日一期2×78MW正式开工建设，2009年10月实现“双投”。 一期项目包括LNG燃气—蒸汽联合循环机组及配套设施、热水制备站、冷冻站等。能源站以天然气为一次能源，通过燃气-蒸汽联合循环机组发电。
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。
燃气-蒸汽联合循环机组发电大大减少了二氧化硫、总悬浮颗粒物等污染物的排放，其中氮氧化物排放是同容量常规燃煤电厂的1/5，二氧化硫、总悬浮颗粒物的排放几乎为零。同时锅炉补给水采用RO膜+EDI（电去离子）系统制水，生成无强酸性、强碱性的废水，生产、生活废水再经过污水处理后又用于厂区内清洗、浇灌等，从而实现废水零排放。
本文技术来源：中国城市燃气协会分布式能源专业委员会
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