1 前言
     能源是人類生存的基本條件和人類社會發展的原動力。隨著人類文明的進步，能源問題成為人們日益關注的焦點問題。目前全世界都在推動第二代能源系統的建設，積極試點，認真進行立法準備，抓緊開發配套相關設備。第二代能源系統具有六個方面的主要特征，一是燃料的多元化；二是設備的小型、微型化；三是冷熱電聯產化；四是網絡化：五是智能化控制和信息化管理；六是高標準的環保水平。而其中燃料的多元化，設備的小型、微型化，冷熱電聯產化和環保要求則代表著能源技術發展的幾個重要方向：可再生能源的開發利用、分布式供電技術的興起與冷熱電三聯產系統的發展。
      本文通過對分布式供電特點及其發展趨勢的闡述，強調分布式供電對電力工業的重要作用，指出可再生能源為分布式供電提供了更廣闊的發展前景；分布式供電技術發展的主要方向之一為冷熱電三聯產技術。
2 分布式供電
2.1 分布式供電概述及其特點
      顧名思義，分布式供電是相對于傳統的集中式供電方式而言的，是指將發電系統以小規模(數千瓦至50MW的小型模塊式)、分散式的方式布置在用戶附近，可獨立地輸出電、熱或(和)冷能的系統。這個概念是從1978年美國公共事業管理政策法公布后正式先在美國推廣，然后被其它先進國家接受的。當今的分布式供電方式主要是指用液體或氣體燃料的內燃機、微型燃氣輪機和各種工程用的燃料電池。因其具有良好的環保性能，分布式供電電源與“小機組”己不是同一概念。
    與常規的集中供電電站相比，分布式供電具有以下優勢：沒有或很低輸配電損耗；無需建設配電站，可避免或延緩增加的輸配電成本；適合多種熱電比的變化，系統可根據熱或電的需求進行調節從而增加年設備利用小時；土建和安裝成本低；各電站相互獨立，用戶可自行控制，不會發生大規模供電事故，供電的可靠性高；可進行遙控和監測區域電力質量和性能：非常適合對鄉村、牧區、山區、發展中區域及商業區和居民區提供電力；大量減少了環保壓力。
      二十世紀初以來電力行業流行的觀點是，發電機組容量越大，則效率越高，單位kw投資越低，發明成本也越低，因而隨著能源產業的發展，電力工業發展方向是“大機組、大電廠和大電網”。但是，在許多特殊情況下，分布式供電是集中供電不可缺少的重要補充：
●  分布式供電可以滿足特殊場合的需求 例如，而印瞞設電網的西部熟頃地區或散布的用戶：對供電安全穩定性要求較高瞅糊昭戶，如醫院、銀行等；能源需求較為多樣化的用戶，需要電力的同時還需要熱或冷能的供應。這種供電方式最大的優點是不需遠距離輸配電設備，輸電損失顯著減少，運行安全可靠，并可按需要方便、靈活地利用排氣熱量實現熱電聯產或熱電冷三聯產，提高能源利用率。
●  分布式供電方式可以彌補大電網在安全穩定性方面的不足 在世界上大型火電廠建設的趨勢有增無減之時，電網的急速膨脹對供電安全與穩定性帶來很大威脅，而各種形式的小型分布式供電系統，使國民經濟、國家安全至關重要而又極為脆弱的紐帶--大電網不再孤立和笨拙。直接安置在用戶近旁的分布式發電裝置與大電網配合，可大大地提高供電可靠性，在電網崩潰和意外災害(例如地震、暴風雪、人為破壞、戰爭)情況下，可維持重要用戶的供電。
●  分布式供電方式為能源的綜合梯級利用提供了可能 在常規的集中供電方式中，能量形式相對單-。當用戶不僅僅需要電力，而且需要其它能量形式如冷能和熱能的供應時，僅通過電力來滿足上述需要時難以實現能量的綜合梯級利用：而分布式供電方式以其規模小、靈活性強等特點，通過不同循環的有機整合可以在滿足用戶需求的同時實現能量的綜合梯級利用，并且克服了冷能和熱能無法遠距離傳輸的困難。
● 分布式供電方式為可再生能源的利用開辟了新的方向 相對于化石能源而言，可再生能源能流密度較低、分散性強，而且目前的可再生能源利用系統規模小、能源利用率較低，作為集中供電手段是不現實的。分布式供電方式為可再生能源利用的發展提供了新的動力。我國的可再生能源資源豐富，發展可再生能源是二十一世紀減少環境污染和溫室氣體排放以及替代化石能源的必然要求，因此為充分利用量多面廣的可再生能源發電，方便安全地向偏僻、少能源地區供電，建設可再生能源分布式供電應受到高度重視。 
       還應指出，對目前世界能源產業面臨亟待解決的四大問題：合理調整能源結構、進一步提高能源利用效率、改善能源產業的安全性、解決環境污染，單-的大電網集中供電解決上述問題存在困難，而分布式供電系統恰好可以在提高能源利用率、改善安全性與解決環境污染方面做出突出的貢獻。因此，大電網與分散的小型分布式供電方式的合理結合，被全球能源、電力專家認為是投資省、能耗低、可靠性高的靈活能源系統，成為二十-世紀電力工業的發展方向。這就是說，世界電力工業已經開始向傳統電力工業的模式告別，走向依靠大型發電站和小型分布式供電廣泛結合的過渡的“分散式”電力系統，從而大大改善供電效率、供電品質和減輕當今電力行業對環境影響形成的負擔、減少興建和改善輸配電線路。而且，由于近來美國加州供電危機的影響，國外有的觀點甚至認為今后在大力發展分布式供電的情況下，大型中心電站將走向衰落。
2.2 分布式供電發展趨勢
2.2.1分布式供電的主要方式 
    分布式發電方式多種多樣，根據燃料不同，可分為化石能源與可再生能源；根據用戶需求不同，有電力單供方式與熱電聯產方式(CHP)，或冷熱電三聯產方式(CCHP)；根據循環方式不同，可分為燃氣輪機發電方式，蒸汽輪機發電方式或柴油機發電方式等。表1列出了主要的分布式供電方式。 
    在產業革命后的200年中，煤炭一直是世界范圍內的主要能源，而隨著科技、經濟的發展，石油在一次能源結構中的比例不斷增加，于20世紀60年代超過煤炭。此后，石油、煤炭所占比例緩慢下降，天然氣比例上升；同時，新能源、可再生能源逐步發展，形成了當前的以化石燃料為主和新能源、可再生能源并存的格局。然而，雖然可再生能源是取之無盡的潔凈能源，但其能源密度低，穩定性較差，需要蓄能調節，長期穩定運行困難，且由于技術不夠成熟，可再生能源一次投資較大，經濟性差；而化石能源的發電技術不僅更加成熟，而且效率更高。因此，作為分布式供電的發電技術，化石能源目前仍是國際上的主要方向。
         表1 主要的分布式供電方式

發電技術

能源種類

內燃機發電技術
燃氣輪機發電技術
微型燃氣輪機發電技術
常規的燃油發電機發電技術
燃料電池發電技術

化石能源

太陽能發電技術
風力發電技術
小水利發電技術
生物質發電技術

可再生能源

氫能發電技術

二次能源

垃圾發電技術

一般廢棄物

2.2.2 分布式供電的主要動力-微型燃氣輪機 
     以化石能源為能源動力的分布式供電方式多種多樣(見表1)。隨著微型燃機技術的不斷完善，微型燃機發電機組已成為分布式供電的主力。
     微型燃氣輪機是功率為數百KW以下的、以天然氣、甲烷、汽油、柴油等為燃料的超小型燃氣輪機。它的雛形可追溯到60年代，但作為-種新型的小型分布式供電系統和電源裝置的發展歷史則較短。
     微型燃氣輪機大都采用回熱循環。通常它由透平、壓氣機、燃燒室、回熱器、發電機及電子控制部分組成，從壓氣機出來的高壓空氣先在回熱器內接受透平排氣的預熱，然后進入燃燒室與燃料混合、燃燒。大多數微型氣輪機由燃氣輪機直接驅動內置式高速發電機，發電機與壓氣機、透平同軸，轉速在50000-120000rpm之間。一些單軸微型燃氣輪機設計，發電機發出高頻交流電，轉換成高壓直流電后，再轉換為60Hz480v的交流電。
     目前，開發微型透平的廠商主要集中在北美，歐洲有瑞典和英國。表2為部分新一代微型燃氣輪機的主要技術參數。
     與柴油機發電機組相比，微型燃機具有以下一系列先進技術特征：
(1)運動部件少，結構簡單緊湊。重量輕，是傳統燃機的1/4；
(2)可用多種燃料，燃料消耗率低，排放低，尤其是使用天然氣；
(3)低振動，低噪音，壽命長，運行成本低；
(4)設計簡單，備用件少，生產成本低；
(5)通過調節轉速，即使不是滿負荷運轉，效率也非常高；
(6)可遙控和診斷：
(7)可多臺集成擴容。
因此，先進的微型燃氣輪機是提供清潔、可靠、高質量、多用途的小型分布式供電的最佳方式，使電站更靠近用戶，無論對中心城市還是遠郊農村甚至邊遠地區均能適用。有理由相信，一旦達到適當的批量，微型燃機輪機有能力與中心發電廠相匹敵。對終端用戶來說，與其它小型發電裝置相比，微型燃氣輪機是一種更好的環保型發電裝置。

            表2 新一代微型燃氣輪機的主要技術參數 供應商 燃料 轉速 電功率（KW） 效率（%） 壓比 進口溫度（ºC） 出口溫度（ºC） 排氣溫度（ºC） 排放（NOx） 功率范圍（KW） Allied
Signal 天然氣 65000 75 28.5 3.7 930 650 240 <25ppm 75 Bowman 天然氣 115000 45 22.5 4.3 - 650 305 - 35，45，50，60，80，200 Capstone 天然氣 96000 30 - 3.2 840 - 270 - 24，30，60，125-250 GE/Elliott 天然氣 116000 45 30 - - - 316 <9ppm 45,80,200 NREC(樣機) 天然氣
柴油
丙烷 50000 70 33 3.3 870 - 200 - 30-200

2.2.3 分布式供電發展方向-冷熱電三聯產系統
    雖然回熱等有效提高微型燃氣輪機系統熱轉功效率的手段得到應用，微型燃機發電效率己從17%-20%上升到當前的26%-30%，但以微型燃氣輪機作為動力的簡單的分布式供電系統的熱轉功效率依然遠小于大型集中供電電站。如何有效提高分布式供電系統的能量利用效率是當前分布式供電技術發展所面臨的主要障礙之一。
    正如常規的集中供電電站可以通過功熱并供提高能源利用率一樣，分布式供電系統在用戶需要的情況下，同樣可以在生產電力的同時，提供熱能或同時滿足供熱、制冷兩方面的需求。而后者則成為一種先進的能源利用系統-冷熱電三聯產系統。
    與簡單的供電系統相比，冷熱電三聯產系統可以在大幅度提高系統能源利用率的同時，降低環境污染，明顯改善系統的熱經濟性。因此，三聯產技術是目前分布式供電發展的主要方向之一。
2.2.4 以可再生能源為基礎的分布式供電方式的發展前景
    由于礦物能源的有限性和污染性，可再生能源的利用與研究已引起廣泛的重視。20世紀70年代以來，可再生能源已經引起了科學家的關注，研究和開發工作取得了重大進展和成就。進入21世界，可再生能源問題明確地擺到了政府決策者、科學家和社會各界面前，成為重點發展的熱門研究課題。根據國家“863”專家委員會提供的文件，在全球資源與環境問題的強大驅動下，預計在未來10年左右的時間內，可再生能源研究將取得突破性進展。據國際能源機構預測，到2060年全球可再生能源的比例將發展到世界能源構成的50％以上。
    我國可再生能源資源豐富、量多面廣。例如，太陽能在我國2/3國土上的年輻射量超過600MJ/cm²，每年地表吸收的太陽能大約相當于17萬億噸標準煤的能量；而地熱資源的遠景儲量為1353.5億噸標準媒，探明儲量為31.6億噸標準煤。效率差、密度低、不穩定等缺陷成為以往可再生能源利用的主要障礙，很難將其與集中供電相結合。通過與分布式供電方式相結合，新型可再生能源分布式發電系統可以在能的梯級利用的基礎上實現效率的大幅度提高；同時，分布式發電系統對能源密度的要求也遠低子集中供電方式；而且，通過與現代蓄能技術相結合，可以在很大程度上克服可再生能源不穩定的缺陷。如今，分布式供電方式為可再生能源利用的發展提供了新的動力，在供能效率和經濟性的提高以及能源供給安全性方面具有不可替代的作用；而可再生能源也為分布式供電提供了更加廣闊的發展前景。
    可再生能源系統具有運行費用低、環保性能好等突出優勢。比如，為適應北京2008年舉辦奧運會的要求，以及北京日趨嚴格的環境排放標準，我們建議在奧運村建設示范項目“太陽能與熱泵高效復合能源系統”：將性能好、技術含量高的熱泵技術和太陽能利用技術相結合。此項目利用太陽能等環境能源作為輔助能源，可確保奧運村對電、冷和熱的供應萬無一失。它充分體現了“綠色奧運”、“科技奧運”的宗旨，將有力推進北京和全國清潔能源利用的發展。該項目由于采用太陽能熱水器，系統省去熱水器裝機負荷以及運行負荷；由于采用太陽能熱水器作為冬季熱泵供熱的熱源，實現了寒冷地區的熱泵冬夏兩季運行，省去了系統供熱空調裝機負荷。另外，該系統通過將太陽能和天然氣或電能適當結合，克服了傳統太陽能利用的不連續、不穩定的缺陷--夏季系統可以輸出空調用冷和生活熱水，冬季系統可以輸出空調用熱，僅太陽能環境能源的利用就使系統節電能20%-30%；年總能耗比傳統技術方案降低了60%左右，節能效果非常明顯。該項目設備總投資費用雖然比傳統技術高20%多(其中太陽能熱水器設備費約占總投資的60%)，但運行費用降低50％左右，所追加投資僅需2年左右就可全部回收。
    目前，對以太陽能、地熱能等為主的可再生能源的研究和利用受到世界范圍的重視。隨著對可再生能源的能量聚集、轉化、儲存和利用等方面研究的深入，無論是從環境保護的角度，還是從技術經濟、社會發展的角度來看，以可再生能源為基礎的分布式供電方式具有不可替代性，必將成為未來很有發展前景的供能手段之一。
2.3 我國需要分布式供電
    目前我國正處在經濟高速發展時期，提高資源綜合利用效率，是我國能源工業能否持續支撐國家現代化建設的關鍵所在。我國能源利用水平距世界發達國家還有很大的差距，日益增長的電力需求遠未得到滿足，“大機組、大電廠、大電網”的大規模、集中式的電網供電依然是我國目前能源工業的主要發展方向。
但是，我國需要分布式供電。這是因為：
   (1)我國幅員遼闊，但物產資源相對貧乏，而且經濟發展不平衡。對于西部等邊遠、落后地區而言，由于其遠離經濟發達地區，形成一定規模的、強大的集中式西北電網系統需要很長時間和巨額的投資，這無法滿足目前西部經濟快速發展的需要。而分布式供電系統可以借助西部天然氣資源豐富、可再生能源多種多樣的優勢，在不長的時間內，以較小的投資為代價，為西部經濟發展提供有力的支撐；對于東南沿海經濟發達地區，由于生活水平的日益增加，已經出現了類似于西方發達國家的對于能源產品需求多樣化的趨勢。與集中式供電相比，分布式供電顯現了突出的優點，為解決上述問題提供-個更加圓滿的方案。
   (2)隨著經濟建設的飛速發展，我國集中式供電電網的規模迅速膨脹。這種發展所帶來的安全性問題是不容忽視的，如紐約市、臺灣島二次大停電己為我們敲響了警鐘。為了及時抑制這種趨勢的蔓延，只有合理地調整供電結構、有效地將分布式供電和集中式供電結合在一起，構架更加安全穩定的電力系統。
   (3)縱觀西方發達國家的能源產業的發展過程，可以發現：它經歷了從分布式供電到集中式供電，又到分布式供電方式的演變。造成這種現象不僅僅是由于生活水平提高的需求，而且也是集中式供電方式自身所固有的缺陷造成的。毋庸置疑，隨著社會的發展，我國能源產業也將面臨類似的問題。因此，雖然從目前能源產業的發展情況來看，集中式供電是我國能源系統發展的主要方向，但從長遠看，構造一個集中式供電與分布式供電相結合的合理能源系統，增加電網的質量和可靠性，將為我國能源產業的發展打下堅實的基礎。
   所以，我國近期在發展大機組、大電廠的同時，應不失時機、因地制宜地興建分布式供電設施。可以預見，隨著西部大開發的深入進行，特別是“西氣東輸”工程的開展，我國沿線區域和邊遠地區的分布式供電將得到極大的發展。
   還應指出，對北京而言，這種分布式能源系統，不僅是保證2008年奧運會順利進行所必須的，而且它將為首都經濟提供一個有廣闊前景的技術產業，為北京的發展做出貢獻。
3 冷熱電聯產
3.1冷熱電聯產系統概述及其特點
   傳統動力系統的技術開發以及商業化的努力主要著眼于單獨的設備，例如，集中供熱、直燃式中央空調及發電設備。這些設備的共同問題在于單一目標下的能耗高，在忽視環境影響和不合理的能源價格情況下，具有-定的經濟效益。但是，從科技技術角度出發，這些設備都尚未達到有限能源資源的高效和綜合利用。 
   冷熱電聯產(CCHP)是-種建立在能的梯級利用概念基礎上，將制冷、供熱(采暖和供熱水)及發電過程-體化的多聯產總能系統，目的在于提高能源利用效率，減少碳化物及有害氣體的排放。與集中式發電-遠程送電比較，CCHP可以大大提高能源利用效率：大型發電廠的發電效率-般為35%-55％，扣除廠用電和線損率，終端的利用效率只能達到30-47%。而CCHP的能源利用率可達到90%，沒有輸電損耗；另外，CCHP在降低碳和污染空氣的排放物方面具有很大的潛力：據有關專家估算，如果從2000年起每年有4%的現有建筑的供電、供暖和供冷采用CCHP，從2005年起25％的新建建筑及從2010年起50％的新建建筑均采用CCHP的話，到2020年的二氧化碳的排放量將減少19%。如果將現有建筑實施CCHP的比例從4%提高到8%，到2020年二氧化碳的排放量將減少30%。
3.2冷熱電聯產系統方案選擇
   典型冷熱電三聯產系統一般包括：動力系統和發電機(供電)、余熱回收裝置(供熱)、制冷系統(供冷)等。針對不同的用戶需求，冷熱電聯產系統方案的可選擇范圍很大：與熱、電聯產技術有關的選擇有蒸汽輪機驅動的外燃燒式和燃氣輪機驅動的內燃燒式方案；與制冷方式有關的選擇有壓縮式、吸收式或其它熱驅動的制冷方式。另外，供熱、供冷熱源還有直接和間接方式之分。
   在外燃燒式的熱電聯產應用中，由于背壓汽輪機常常受到區域供熱負荷的限制不能按經濟規模設置，多數是相當小的和低效率的；而對于內燃燒式方案，由于技術的不斷進步，已經生產出了尺寸小、重量輕、污染排放低、燃料適應性廣、具有機械效率和高排氣溫度的燃氣輪機，同時燃氣輪機的容量范圍很寬：從幾十到數百KW的微型燃氣輪機到300MW以上的大型燃氣輪機，它們用于熱電聯產時既發電又產汽，兼有高發電效率（30%-40%）和高的熱效率（70%-80%）。現在，在有燃汽和燃油的地方，燃氣輪機正日益取代汽輪機在熱電聯產中的地位。 
   壓縮式制冷是消耗外功并通過旋轉軸傳遞給壓縮機進行制冷的，通過機械能的分配，可以調節電量和冷量的比例；而吸收式制冷是耗費低溫位熱能來制冷(根據對熱量和冷量的需求進行調節和優化)，把來自熱電聯產的一部分或全部熱能用于驅動吸收式制冷系統。
   目前最為常見的吸收式制冷系統為溴化鋰吸收式制冷系統和氨吸收式制冷系統。前者制冷溫度由于受制冷劑的限制，不能低于5℃，-殷僅用于家用空調；后者的制冷溫度范圍非常大(+10℃--50℃)，不僅可用于空調，而且可用于0℃以下的制冷場所。同時，氨吸收式制冷系統可以利用低品位的余熱，所需熱源的溫度只要達到80℃以上就能利用，從而使能源得到充分合理的利用；而月氨吸收式制冷系統還具有節電、設備易于制造和維修、對安裝場所要求不高、系統運行平穩可靠、噪聲小、便于調節、可以在同一系統內提供給用戶不同溫度的冷量、單個系統的制冷量很大等優點。
4 結論
   隨著人民生活水平的提高，能源消費日益增長，能源動力系統愈來愈向大容量、高度集中的模式發展。然而，分布式供電是集中供電不可缺少的重要補充。它因靈活的變負荷性、低的初投資、很高的供電可靠性、很小的輸電損失和適合可再生能源等特點在世界范圍內越來越受到重視。
   本文通過對分布式供電特點及其發展趨勢的闡述，強調分布式供電是集中供電不可缺少的重要補充；同時指出可再生能源為分布式供電提供了更廣闊的發展前景。值得強調的是：簡單的分布式供電是不合理的，而冷熱電三聯產系統(CCHP)熱力過程更加符合能的梯級利用原則，通過吸收式制冷循環和供熱循環的有機結合，使系統內的中低溫熱能得以合理利用，相對于分產系統能量利用率可提高30-50％。可以預見，隨著天然氣的廣泛應用、電力壟斷的逐步解體、環境保護要求提高和可再生能源利用技術水平的提高，不僅我國邊遠地區和西部地區的分布式供電將得到極大的發展，而且小型化的分布式供電(特別是具有能量-資源利用合理、環保性能優良、冷熱電負荷分配靈活等優勢的冷熱電聯產)將成為中國城市現代化的重要動力。毫無疑問，分布式供電將成為未來能源領域的-個重要的新方向。
   為了確保2008年奧運會電、冷和熱水的供應，在集中供電的同時，很有必要建設分布式供能系統。建議立即著手開展以太陽能為主要能源的分布式供能系統方向的各項工作。