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分布式能源系统是一个广义的概念,从组成上看,包含分布式电源以及热源、气源和存储装置、保护控制装置,考虑未来用户产消一体化等场景,还包含冷、热、电、热水、蒸汽等多种可调负荷。作为一个以电力为中心、多能源耦合、多种网络互通的综合能源体,打破了既有的电、热、气独立供能模式,是一种提升综合能源效率的新型能源开发利用模式。
农村人口众多、能源资源开发潜力巨大,农村能源已成为能源发展变革中的重大课题。仅秸秆一项,我国每年产量达到7.2亿吨,占世界秸秆资源的30%,充分利用将带来巨大的能源资源财富。此外,农村和乡镇生活垃圾也是巨大的可供开发的能源资源,通过有效的能源处理方式不仅可以增强农村能源自给能力,还能有效减少生活垃圾的环境负担。因地制宜挖掘农村本地分布式能源资源潜力,对于美丽新农村建设和绿色发展具有重要意义。因此,合理建设和优化分布式能源系统组合和配置,形成可复制、可推广的农村分布式能源系统典型应用模式,不仅能获得较好的商业价值,还能有效提高综合能效,实现农业生态、经济和环保效益的最大化。
农村分布式能源系统有三大典型应用模式。一是生物天然气+有机肥模式。生物天然气是以畜禽粪便、农作物秸秆、城镇生活垃圾、工业有机废弃物等为原料,经厌氧发酵和净化提纯后与常规天然气成分、热值等基本一致的绿色低碳清洁环保可再生燃气。生物天然气+有机肥的发展模式,其定位是以农业为主、能源为辅,需要解决秸秆收集、沼渣还原、沼气利用等关键问题。二是城镇生活垃圾综合处理。目前,国内外垃圾处理的主要方式包括填埋、焚烧和综合处理(多级分拣、气化)3种。美国以填埋为主,日本焚烧为主(占世界焚烧76%),德国焚烧为辅综合处理为主。三是生物质热电联产。利用生物质能源方面的科技优势,开发生物质成型燃料,开发和利用电厂余热、热电联产以及多种技术、多种形式热源,为城镇居民采暖及工业企业供热提供综合能源服务。与单一的生物质发电技术相比,生物质热电联产通过能源梯级利用,具有更高的能源效率,是我国生物质发电技术转型的方向,是未来发展的主流。
农村分布式能源系统将成为保障农村供能服务水平、实现绿色能源发展的有效途径,是未来农村电网建设和发展的重要内容,但同时也面临诸多问题和挑战。首先,我国农村地理分布广、人口密度低,村与村之间人口、资源、基础设施等差异性较大,统筹建设难度大,难以采取统一的技术标准和建设模式。其次,由于农村能源资源利用同时涉及能源、农业、环保等多个行业部门,需要解决资源收集、土地性质、技术融合、企业融资等多个难题。
要充分发挥分布式能源系统规模小、设计灵活、综合能效高的优势,建设以农村能源资源综合利用为特征的分布式能源系统,建议:
在秸秆等生物质资源丰富地区,优先采用生物质天然气利用方式,与有机肥等相结合,可以提高农村生物质资源的综合利用效率,避免燃烧发电等对环境和农业生态环境的破坏,有利于促进农村循环经济的发展。
在林业资源丰富地区,优先采用热电联供方式利用树皮等生物质资源,在发电同时解决当地居民的供暖问题,相比散烧煤供暖污染降低,同时与铺设综合热力管网相比更为经济。
与城镇生活垃圾处理相结合的能源资源利用方式,既可实现废物利用,又能有效降低焚烧的污染,在农村地区具有广阔的应用前景。
(作者均就职于国网能源研究院)
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