1、序言為了實現中國在節能減排方面對外的莊嚴承諾，國家即將出臺《新興能源產業規劃》，提出從2011年至2020年，將累計增加對新興能源產業投資5萬億元，每年將可增加產值1.5萬億。規劃中，包含了核電、風能、太陽能和生物質能這些新的能源資源的開發利用，還包括了傳統能源的升級變革、潔凈煤、智能電網、分布式能源、車用新能源等技術的產業化應用的具體實施路徑、發展規模和重大政策舉措。

作為《新興能源產業規劃》的重要元素，我國分布式能源正處于快速發展的前夜，特別是燃氣分布式能源，隨著近年來我國天然氣產業的加速發展，已開始受到廣泛的重視。國家能源局提出了發展我國分布式能源的規劃和指標，國內各地方政府、各類開發區正在制定本地的規劃，將分布式能源建設納入地方總體能源規劃的范疇。電力、燃氣、石油等行業和各大能源產業集團都在制定分布能源產業的發展戰略，正在成立各種形式的能源服務公司。為了保證我國新興能源產業實現有序和健康的發展，我們必須對燃氣分布式能源在國家能源整體結構中的地位和作用有一個明確的定位。

要實現節能減排不僅需要采用新型能源技術，更重要的是必須有一個合理的能源結構。分布式能源技術在優化能源結構方面的作用是巨大的。

發展燃氣分布式能源的意義不僅是對天然氣的高效利用，同時由于其具有可輸送、可儲存、可調節和可中斷的特點，對太陽能、風能、熱泵和水電等可再生能源的利用還可以提供重要的支持和調節作用，它是形成區域智慧能源系統的粘合劑。區域智慧能源系統是完全針對負荷需求，整合傳統供能方式和新型能源技術，根據最經濟、節能、安全、可靠、環保、具有可實施性等諸多目標建立的能源系統。以區域能源一體化、結構最優化和智能化理念為基礎的綜合能源規劃技術，使智慧能源系統的建立成為可能。

2、分布能源在優化區域能源結構中的作用2.1雪災帶來的啟示2007年我國南方的雪災，直接暴露了我國電力建設中的問題：重視主干電網建設，忽視地區電網建設。

主干電網一趴下，地區電網就不能獨立運行。在電源建設方面近年來大力發展大電源，忽視了分布式電源建設。但是，雪災中最終保下來的兩個省會大城市——貴州的貴陽和江西南昌，在一片黑暗中成為僅有的亮光，都是靠保留下來的分布式電廠。在供電方面重視跨區供電而忽視就地供電。如果要把電網的抵御災害天氣能力提高到50年一遇，電力設備建設造價要翻8倍，這是我國國力無法承受的。因此發展分布電源和地區電網是保證能源安全的關鍵。

2.2北京天然氣和電力的不和諧體系北京2009年夏季電力最高負荷已達1500萬千瓦，其中40%用于電空調。也就是說電力公司要多投資幾百億元建電廠來解決調峰問題。而燃氣年用量近60億立方米，70%以上用于冬季采暖。這意味著燃氣公司幾百億元建的城市燃氣管網年利用率不超過40%。

這種不合理的能源結構給北京市的燃氣和電力行業帶來的損失是巨大的，而多年來得不到解決。大力發展燃氣分布式能源系統，不僅在夏季通過燃氣冷熱電三聯供提供制冷，大規模減少了空調用電，而且所發的電力補充了供電的需求。燃氣三聯供系統相率可達80%以上，而大電網供電在用戶端一次能源效率不足30%。分布能源不僅在節能減排方面貢獻顯著，而且彌補了北京燃氣和供電結構的不合理，每年至少可以減少幾十億元的損失。

3、智慧能源系統的定義智慧能源系統是一種嶄新的區域能源系統，它是在綜合考慮了區域或城市的各種能源的輸入、生產、轉化、傳遞、轉化、消耗、排放和輸出等全過程后構建的一個在結構、規模、效果和經濟諸方面最優化、高度智能化、具有充分可實施性的區域能源體系。

4、構成智慧能源系統的主要技術4.1分布式能源技術分布能源的定義分布能源是一種建在用戶端的能源供應方式，其能效高、節能、環保，目前許多發達國家已可以將分布式能源綜合利用效率提高到80%-90%以上，大大超過傳統用能方式的效率。國際分布式能源聯盟WADE對“分布式能源”的定義為：位于用戶端發電系統,同時可以實現（1）高效利用發電產生的廢能進一步生產熱、電和冷；（2）與可再生能源系統有效的結合；（3）

包括利用廢氣、廢熱以及多余壓差來發電或供熱的能源循環利用系統。這些系統歸為分布式能源系統，而不考慮項目的規模、燃料或技術及該系統是否聯網等條件。

案例：丹麥發展分布能源丹麥的能源供應結構——從集中式改為分布式能源星羅棋布的局面（如圖所示）。能源結構的改變帶來了明顯的效果，近年來隨著GDP的增長，能源消耗反而有所降低，環境得到進一步的改善。

2006年倫敦市市長發布了今后五十年的城市能源規劃報告，提出倫敦應成為解決英國乃至世界氣候變化的先導者，規劃到2020年，降低60%的排放量；同時維持能源供應的可靠性，控制能源成本，解決燃料匱乏。

規劃指出只有通過提高能源效率和分散供能相結合，也就是說，在用戶端附近建立能源供應中心，才能使以上這些相互關聯的目標得以充分實現。倫敦現有的集中式發電系統存在相當大的能源浪費，電站有65%的熱能排放到大氣、湖泊或海洋中；在輸配電的過程中有9%的能源損耗；在發電站，約有50%的水資源用于蒸發余熱。分布式能源有不同的技術形式：包括冷、熱、電三聯供系統，太陽能、風能、氫和燃料電池等可再生能源，從城市垃圾、廚房垃圾和污水獲取能源的新型清潔技術。比如城市熱電聯產系統（CHP）則充分利用了余熱，從根本上減少了輸電和配電的損耗，同時節約了水資源。

倫敦目前每年能源消費超過130TWh，其中約25%來自電力，60%為城市熱力。規劃對發展集中式核電和分布能源的4種方案進行了比較。結果表明：分布式能源較之核電站可以降低17%的二氧化碳排放；分布式發電在升級和更新中央輸電網方面，每年可節約10億英鎊的資本開支（不包括核廢料的管理成本），進而可降低零售供電成本；倫敦集中式發電系統需要消耗大量的天然氣，而高分布式能源方式則可節約天然氣的使用量降低14%；分布式零售電價將低于核電站6%；分布式能源發電系統的多元化，增加了發電結構的可靠性和靈活性，緩解了用電高峰，降低電網的投資，降低輸配電的損失和電網維護的投資；分布式能源發電系統使電網更加穩固安全；在降低運行成本和輸配電損失方面可獲得30英鎊/兆瓦的效益；減少了裝機容量、能源和排放的成本。

4.2燃氣分布式能源和可再生能源的耦合技術分布式能源可以利用天然氣等清潔燃料和各種可再生能源，各種能源都需要經過不同的轉化裝置、具有不同的工作特性。天然氣作為燃料時一般通過熱力循環和相應的熱工轉換裝置將燃料化學能轉化成電能或機械功（如燃氣輪機組或內燃發電機組），轉化后的排氣余熱再加以利用，用于供熱或制冷。這種傳統的化石能源利用和轉化方式可以連續穩定的方式進行，滿足用戶的基礎負荷或備用負荷。

可再生能源是在自然界可以不斷再生并有規律地得到補充的能源，如太陽能、風能地熱、生物質能、海洋能等。這些能源根據地理條件可以大規模集中利用（如海上平臺大風場和直接送電到輸電網的大規模太陽能電廠等），也可就近以分布式能源的形式利用。

實踐證明以分布式能源形式的可再生能源利用是一種成本低、更靈活的方式，顯示了廣闊的發展前景。常用的可再生能源，如風能、太陽能等受大氣環境和季節的影響，其做功能力是波動的、間斷性的，往往需要與蓄能裝置和各種電力電子設備結合使用，增加了投資和運行上的難度，不利于單獨滿足用戶連續穩定負荷的需要。國外已經越來越多地采用燃氣三聯供與太陽能或風能相耦合的裝置，特別在工業生態園和區域民用建筑中已經大量推廣應用，很多項目以燃氣聯供和可再生能源通過自控系統的耦合，形成了高效、低成本、低污染的穩定供能系統。

這種多能源間的耦合是多層次的，包括設備本身的耦合、獨立系統集成的耦合、及微能源網中的耦合。

設備本身的耦合如將燃氣和太陽能作為混合能源共同驅動吸收式空調機組。日本大阪燃氣中心應用的太陽能空調系統，太陽能利用率達50%-70%，電力轉換利用率為10%-17%。太陽能產生熱水的能量占總能量的80%-90%。一般可在早晚間用煤氣、中午用太陽能，可節約煤氣16%-40%。這種裝置以控制燃氣補燃克服了太陽能隨時間和季節的變化，實現了穩定運行。

獨立系統集成的耦合是將可再生能源及其轉化設備在一個獨立能源系統中與燃氣三聯供裝置耦合起來，共同滿足用戶的冷熱電負荷。如建筑領域燃氣三聯供與屋頂和墻板的太陽能集熱或發電裝置相結合。

北京鐵路南站動力中心把燃氣三聯供與污水源熱泵結合，污水源熱泵的供熱制冷能力超過了熱負荷總量的一半以上。這種獨立系統中的耦合是依靠自控系統進行優化運行實現的。

在多個能源站構成的微能源網中，燃氣三聯供和各種當地可再生能源都可以單獨構成自己的能源站。

在工業生態園、校園、休閑中心、公用建筑及大型社區中都可以根據當地的可再生資源規劃，由多個不同類型的能源站組成一個微能源網。微能源網是一個智能型網絡，是微電網的擴展和發展，它不僅要解決網絡中電力的優化控制運行，還要解決網絡中熱力、燃氣、通信各系統控制和運行，這是當前國內外能源領域正在發展中的前沿課題。

案例：丹麥分布能源與配電網形成細胞結構在歐洲，越來越多的分布能源系統由配電公司和輸電公司管理。運行者必須特別注意分布能源系統供能的間歇性特征和運行特點（如風能和熱電聯供）。

2006年11月4日電力輸送協調聯盟在歐洲所有區域的電力系統受到主要來自德國北部輸電網的嚴重干擾。許多高壓線路跳閘，導致嚴重的電力不平衡和頻率偏差。分布能源的發電機組本應該為電網的頻率調節做出貢獻，但是當時大量的分布能源，主要是風電和熱電聯供，在低頻率區被自動斷開，同時，在高頻率區自動重新連接。這樣的運行形式增強了供需之間的不平衡，從而對電網的頻率波動（如一定數量或在一定時間段用戶從電網的退出）產生了負面的干擾。

在智能電網技術的開發中丹麥提出的“細胞結構”

體現了一種先進的理念和方法，值得借鑒。丹麥西部是分布式發電最集中的地區，大部分是由中小型燃氣聯供和風力發電兩者組成的60kV以下的微電網。由于丹麥的分布發電總容量和穿透率較大，加之燃氣聯供系統大多根據當地基礎熱負荷的變化運行，而風力發電是按當地可用的自然風力運行，從而給上游輸電網控制中心的電力預測和控制總發電量造成了困難。

當分布式發電量超過當地的需求時，要通過與相鄰國家的連接的輸電網將多余的電力賣給他國，雙向潮流的存在必然帶來諸多的運行安全和可靠性的問題：包括不能經常準確地判斷意外事故、缺少各分布發電站點的信息、保護系統常常失效或失去正常選擇的干預的功能。“細胞結構”的目的就是對配電網中存在的大量分布式發電進行整體化的集中控制，既能發揮分布發電的效益，又能抵消對電網運行的種種不利影響。

在丹麥西部，每個細胞是指150/60kV以下一個配電網的結構單元，包括總發電容量達100MW，每個細胞形成一個微電網。微電網實質上是一種分布式發電源、配電網、及其所轄用戶負荷的集成，并獨立可控的系統。根據這種結構，輸電網絡與包括多個細胞（或微電網）的分布式能源網絡相連接。輸電網可以把每個細胞作為一個常規的發電廠進行集中控制，如每個細胞的電力輸出、輔助服務及對網絡的支撐、在上游事故發生時與輸電網及時解列變成孤島運行、事故后恢復運行的黑啟動能力等。在通常情況下，細胞依靠上游的輸電網輸出多余的電力或輸入需要補充的電力。

當需要進行孤島運行時，通信起著關鍵的作用，從輸電網控制中心來的命令傳給細胞后，當地的發電量必須快速與負荷相平衡，而且必須由分布發電自身實行細胞層面上的電壓與頻率控制。還有其它的關鍵功能，如聯網運行模式與孤島運行模式相互轉換時，保護、控制和其他網絡方案的無縫過渡。配電網與輸電網間的通信對細胞提供備用容量支持及事故后的恢復工作也是至關重要的。這種細胞結構的新型配電網絡，可以使分布式發電與上游輸電網間進行可控制的有功與無功電流的交換，并對分布發電各站點及細胞內的潮流進行實時監控。

4.3智能電網電網的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。

4.4系統優化控制技術對于分布式能源這種多能源形式、多技術交叉、多機種、多臺數、多工況的復雜能源系統，沒有智能網絡的控制和支持就不可能進行燃氣三聯供與可再生能源的有機結合，不能最終實現安全、穩定、經濟、節能、環保的運行效果。一個高智能的控制系統是智慧能源系統的核心。

4.5區域綜合能源規劃（CEP）技術由于能源管理體制的制約及電力、熱力、燃氣等行業長期形成的獨立經營的管理模式，傳統的能源規劃(BAU)是以滿足能源供求關系為基本出發點、以化石能源資源為物質基礎、核心內容是電力、熱力、燃氣等各行業制定的專項規劃。這種方法已不能適應當前經濟體制和社會發展的需求。新型的綜合能源規劃（ComprehensiveEnergyPlan）是我們在美國平衡能源規劃（BalancedEnergyPlan）基礎上，結合近年來能效和可再生能源技術的發展進一步發展起來的一種新型的區域能源規劃技術，它是一種通過對區域全能源系統化和量化分析，考慮全部的、一切形式的能源輸入、轉化和消耗的全過程，進而以新型物理數學模型進行分析，并提出規劃方案。CEP強調全能源系統的整合，把能源生產、輸送和消耗視為一體；統一考慮時間、品種、質量、節能、環保、安全、經濟性、先進性和可實施性等諸多因素；與傳統能源方式結合但最大限度引入新能源和可再生能源技術。CEP在保證系統經濟性的基礎上，最大限度地節約資源、減低有害物排放、促進社會可持續發展的能源規劃技術。

CEP基本結構是以數據庫為中心，以能源預測、能源平衡、能源優化一體化的三元模型。這些新技術既是有獨立意義的子模型，又相互融合，通過能源網絡有機結合成一個完整的模型系統。

案例：美國西部七個州的平衡能源規劃2004年美國“西部資源管理咨詢委員會”為進一步節約成本和開發多種電力資源，該組織提出了“平衡能源規劃(BEP)”報告。該規劃針對美國西部七個州的經濟、自然、環境條件，將提高能源效率、開發可再生能源、熱電聯產相結合，進行整體的“平衡能源規劃”以改造現有的能源系統，求得在高效益、低成本、低風險、可靠性、和改善環境的綜合目標下滿足電力需求的增長。BEP是面對世界范圍經濟可持續發展的問題提出的一種新型能源系統的理念。與常規能源規劃（BAU）進行對比分析結果表明兩種規劃在能源需求量及能源結構兩方面產生了明顯的差別。在2020年前收到的效果包括：在滿足經濟發展GDP指標的條件下，能源需求量大幅度減低，能源結構有顯著變化，降低該地區發電成本每年達20億美元；節省天然氣成本每年達53億美元；電力系統的可靠性提高；減少溫室氣體(CO2)排放總量40％；減少煙塵和有害氣體污染30％；節約大量電力耗水量。美國根據這一規劃總體目標，各州制定了相應的規劃、指標與措施，極大地推動了節能、能源結構改造和環境的改善。

5、智慧能源系統的特點1）分布能源和新能源技術與傳統能源供應形成互補體系：依托燃氣或燃煤的冷熱電分布式能源技術、余熱利用、蓄能、熱泵、太陽能、風能等新型能源技術和可再生能源技術；與傳統能源供應體系形成互補體系；在保證安全可靠供能的基礎上盡可能降低傳統能源的比例；2）為用戶量身定做的能源體系：體系建立的基本要素是用戶需求，能源供應將面對的更加精準量化的負荷需求，系統的互補和平衡功能將降低用戶的基本容量費（電力、燃氣、熱力等）和備用設施的投資；同時綜合考慮接受用戶節能改造后再輸出的能源（如蒸汽、余熱、冷、電荷可燃氣體等）；3）一個綜合考慮能源供應安全、可靠、節能、環保、和經濟性的系統：一個考慮生命周期的經濟性和環保指標的多因素最優化的系統；與現行的能源體系比較，不僅安全性和環保指標更優，同時可節能約20-40%；4）分散和集中的組合形式：緊密結合用戶的用能需求、能源再產出（如生產工藝中可利用的余熱和排放的可燃氣體等），集中能源（電網、天然氣管網等）的供應條件，可以在該區域內通過建立相對集中的若干個能源合作體。合作體將盡可能首先實現局部企業間的能源互補；進而通過局域熱網、冷網、蒸汽網和微電網等，以及配合建設的區域性的能源設施（如熱電廠、燃氣三聯供、熱力廠和變配電設施、調峰和調控系統等）建立統一的區域性能源聯合體；5）統一解決可再生能源和燃氣分布式能源電力并網的平臺：系統將統一利用燃氣分布式能源的可中斷性和調峰能力為可再生能源并網調峰；接受更多的可再生能源同時保證供電安全和質量；6)統一與外部能源系統的并網和結算：系統將作為一個獨立用戶與外部能源供應商（電力、天然氣、煤、熱力）的系統并網和結算，將大規模降低并網費用和能源備用費，促進分布能源技術的普及；7）高智能集中控制系統：高智能的中心集控系統將通過區域能源網絡在確保獨立用戶用能需求的基礎上尋求整體最優（能源安全、效率、環境影響和經濟的最優化）；8）集約式的運行管理和維修維護：系統將統一為用戶的分布能源設施提供集約化的運行管理和維修維護服務，將有效的降低成本同時增加可靠性和安全性；9）投資者和用戶分享節能利潤的平臺：系統創造了區域能源系統的全面整合，以及能源市場和供應的合理框架；為用戶和投資者同時帶來了可觀的節能利益。

6、燃氣分布式能源系統與可再生能源的互補體系為了應對世界氣候的變化和實現經濟可持續發展，我國正在進行發展方式的轉變和能源結構的調整，通過大力開采國內油氣資源和擴大天然氣進口，天然氣的供應量和能源比重正逐年增加。國家發改委擬定了“關于發展天然氣分布式能源的指導意見”等政策文件。提出要因地制宜、以點帶面的發展方針和預想的2020年前分布式能源發展的量化指標。可以預計在近年內我國以天然氣三聯供為重點的分布式能源將有一個較大的發展。

根據中國2050年達到目前中等發達國家水平的經濟發展目標，中科院可持續發展戰略研究組設計了未來中國發展的“基準”、“低碳”和“強化低碳”三種情景，利用模型定量分析了2050年發電裝機容量根據以上統計，在2050年時，在強化低碳情景下，主要可再生能源發電的總裝機約為9.6億千瓦，而燃氣發電約為2.04億千瓦。由于頁巖氣的開采，天然氣在我國一次能源中所占的比例有可能較大幅度的高于以上預測。

在國際燃氣聯盟（IGU）《2030年前的世界天然氣行業研究—能源需求和環境挑戰應對策略》報告中提到天然氣與可再生能源的互補性“只有與反應快速、易于存儲的的補充能源一起使用，可再生能源發電才有潛力。這一點以風能和太陽能尤為突出，因為只有風停日隱之時，燃氣輪機使天然氣成為這些無碳可再生能源間歇期的理想補充燃料，為實現這種最有效的，以天然氣為補充的可再生能源發電形式，將需要提高天然氣的儲存能力及“智能網絡”的投資。

由于天然氣分布式能源系統具有可調節和可中斷的特點，對太陽能、風能、熱泵和水電等可再生能源的利用還可以提供重要的支持和調節作用，他甚至可以在跨省范圍內形成與可再生能源互補的體系。為調峰，目前已有多部制價和峰水季及枯水季電價，如果在出臺碳稅政策時考慮到這一點，或進一步制定可再生能源電價。將可能有效地鼓勵燃氣分布式能源與可再生能源的互補體系。

7、結束語隨著我國天然氣產業的快速發展，燃氣分布式能源的發展時期也將到來。通過建立區域的智慧能源系統，使燃氣三聯供與傳統能源和可再生能源形成最佳整合，可以最大限度地發揮各種能源形式的優勢。通過有效的組織、規劃和出臺相應的鼓勵政策，燃氣分布式能源對于在更大的區域內與可再生能源實現整合，對優化我國能源體系有著重要意義。我們建議把制定區域綜合能源規劃納入規范化軌道，并在此層面上開拓分布式能源市場；要加強國際合作與世界前沿技術接軌，實現跨越式發展。