分布式能源系統是一個廣義的概念,從組成上看,包含分布式電源以及熱源、氣源和存儲裝置、保護控制裝置,考慮未來用戶產消一體化等場景,還包含冷、熱、電、熱水、蒸汽等多種可調負荷。作為一個以電力為中心、多能源耦合、多種網絡互通的綜合能源體,打破了既有的電、熱、氣獨立供能模式,是一種提升綜合能源效率的新型能源開發利用模式。
農村人口眾多、能源資源開發潛力巨大,農村能源已成為能源發展變革中的重大課題。僅秸稈一項,我國每年產量達到7.2億噸,占世界秸稈資源的30%,充分利用將帶來巨大的能源資源財富。此外,農村和鄉鎮生活垃圾也是巨大的可供開發的能源資源,通過有效的能源處理方式不僅可以增強農村能源自給能力,還能有效減少生活垃圾的環境負擔。因地制宜挖掘農村本地分布式能源資源潛力,對于美麗新農村建設和綠色發展具有重要意義。因此,合理建設和優化分布式能源系統組合和配置,形成可復制、可推廣的農村分布式能源系統典型應用模式,不僅能獲得較好的商業價值,還能有效提高綜合能效,實現農業生態、經濟和環保效益的最大化。
農村分布式能源系統有三大典型應用模式。一是生物天然氣+有機肥模式。生物天然氣是以畜禽糞便、農作物秸稈、城鎮生活垃圾、工業有機廢棄物等為原料,經厭氧發酵和凈化提純后與常規天然氣成分、熱值等基本一致的綠色低碳清潔環保可再生燃氣。生物天然氣+有機肥的發展模式,其定位是以農業為主、能源為輔,需要解決秸稈收集、沼渣還原、沼氣利用等關鍵問題。二是城鎮生活垃圾綜合處理。目前,國內外垃圾處理的主要方式包括填埋、焚燒和綜合處理(多級分揀、氣化)3種。美國以填埋為主,日本焚燒為主(占世界焚燒76%),德國焚燒為輔綜合處理為主。三是生物質熱電聯產。利用生物質能源方面的科技優勢,開發生物質成型燃料,開發和利用電廠余熱、熱電聯產以及多種技術、多種形式熱源,為城鎮居民采暖及工業企業供熱提供綜合能源服務。與單一的生物質發電技術相比,生物質熱電聯產通過能源梯級利用,具有更高的能源效率,是我國生物質發電技術轉型的方向,是未來發展的主流。
農村分布式能源系統將成為保障農村供能服務水平、實現綠色能源發展的有效途徑,是未來農村電網建設和發展的重要內容,但同時也面臨諸多問題和挑戰。首先,我國農村地理分布廣、人口密度低,村與村之間人口、資源、基礎設施等差異性較大,統籌建設難度大,難以采取統一的技術標準和建設模式。其次,由于農村能源資源利用同時涉及能源、農業、環保等多個行業部門,需要解決資源收集、土地性質、技術融合、企業融資等多個難題。
要充分發揮分布式能源系統規模小、設計靈活、綜合能效高的優勢,建設以農村能源資源綜合利用為特征的分布式能源系統,建議:
在秸稈等生物質資源豐富地區,優先采用生物質天然氣利用方式,與有機肥等相結合,可以提高農村生物質資源的綜合利用效率,避免燃燒發電等對環境和農業生態環境的破壞,有利于促進農村循環經濟的發展。
在林業資源豐富地區,優先采用熱電聯供方式利用樹皮等生物質資源,在發電同時解決當地居民的供暖問題,相比散燒煤供暖污染降低,同時與鋪設綜合熱力管網相比更為經濟。
與城鎮生活垃圾處理相結合的能源資源利用方式,既可實現廢物利用,又能有效降低焚燒的污染,在農村地區具有廣闊的應用前景。
(作者均就職于國網能源研究院)