然而，通过调查，我们发现大多数系统过于片 面追求单个设备效率，而忽视系统综合效率，导致 超过一半的分布式能源系统没有达到预期效果， 有的甚至停止运行¨’６’７。．其主要原因有两个：一 是在设计阶段没有对建筑物动态负荷准确把握， 造成分布式能源系统设计本身就存在能源供应与
建筑物需求严重不匹配；二是在运行阶段，无法对 建筑负荷进行准确预测，也缺少智能化的优化控 制模型和运行管理工具，系统运行策略及运行模 式不能随实际运行工况的变化而调整，造成分布 式能源系统在实际运行中能源供应与实际负荷需 求严重失调．目前也有很多研究致力于分布式能 源系统的优化，ＭＡＮＯＬＡＳ等采用遗传算法研究 了燃气轮机ＣＨＰ系统的运行策略优化¨Ｊ． ＦＡＲＧＨＡＬ等采用广义网络规划法，ｄｅＬ ＭＵＳＧＲＯＶＥ等采用线性规划法研究了带辅助锅 炉与蒸汽轮机的ＣＨＰ系统的运行策略优化一’ｌ ０｜． ＺＨＡＯ等以运行费用为线性优化目标，对集成蓄 热水箱的ＣＨＰ系统建立了热动力学非线性模型， 研究了系统的运行策略优化ｕ１｜．刘源祥等考虑设 备性能的非线性化变化，以年度费用为优化目标， 对燃气轮机ＣＣＨＰ系统的设备配置方案进行优 化［１引．李赞等以最小运行费用、最少设备数量和 最大实际运行部分负荷率为三级优化目标，在非 线性约束线性化后，采用分枝定界法，结合单纯形 法研究了燃气内燃机ＣＣＨＰ系统的设备配置优 化‘１３，１４Ｊ．
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图１电力系统示意
系统中导人了一台２００ ｋｗ的燃料电池，一 台１６０ ｋＷ的燃气内燃机，以及容量为１５３．３ ｋＷ 的太阳能光伏发电系统．通过其发电来供应学术 研究都市的电力需求．当燃料电池、燃气内燃机和
万方数据
刘青荣，等：分布式能源系统及其运行特性分析
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太阳光伏发电系统的发电量不足以满足电力需 求时，可从电网上购买电力．
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图２燃料电池和燃气内燃机余热回收利用系统
２．２主要设备
天然气热电联产发电设备性能参数如表１所 示．天然气热电联产系统的运行原则是追随电需 求运行，并且以燃料电池为优先运行．具体来讲， 燃料电池除了设备检修、设备更换或国定假日外， ２４ ｈ全年运行，而燃气内燃机则主要在热量需求 较大的供暖和制冷季节以平日的８：００－２２：００共 １４ ｈ运行．余热利用设备有两台余热回收型冷温 水机，容量分别为２００ＵＳＲＴ和６００ＵＳＲＴ，８０ ｍ’生 活热水蓄热槽和３４９ ｋＷ的供暖用热交换器．另
ｃｏｍ．
基金项目：上海市地方院校能力建设项目（０８１６０５１２４００）；上海电力学院科研基金项目（Ｋ２００９０８）．
万方数据
上海电力学院学报
２００９矩
商业和住宅等民生部门中的应用也受到了很大的 关注．
本文首先介绍了分布式能源系统在世界范围 内的应用，并以一个设置在日本某学术研究都市 的集太阳能光伏发电、燃料电池和燃气内燃机的 分布式能源系统为例，对其所采用的发电技术和 余热利用系统进行简要介绍．此外，汇总了２００１ —２００９年的运行数据，并从发电量、发电效率、余 热利用率和综合能源利用效率等方面出发，分析 了系统的运行特性．
ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９０，Ｃｈｉｎａ； ２．＆ｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｓｙｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： ｎｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｅｘｈａｕｓｔ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐａｒｋ ｉｎ Ｊａｐａｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ
热（冷）电联产是实现能源梯级利用的高效 能源利用形式，它可将发电之后的低品位热能用 于制冷供热，以实现能源梯级利用，提高能源的综
合利用效率．发展热（冷）电联产是节约能源、保 护环境的有效措施之一，符合国家能源环保政策， 是国家鼓励发展的产业．近年来热（冷）电联产在
收稿日期：２００９—０７—０６ 作者简介：刘青荣（１９７６一），女，博士，讲师，山东招远人．主要研究方向为分布式能源系统．Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｑｒ０３２０＠ｓｉｎａ．
分析以上研究发现，多数研究都为理论性研 究，而对于实际分布式能源系统的运行特性分析 较少，缺乏实际运行数据作为理论研究的根据．因 此，本文从实例出发，分析历年的运行数据，为分 布式能源的研究提供实例支持．
２ 系统构成
２．１发电和余热利用系统
分布式能源系统的电力简图如图１所示．
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３历年运行数据
３．１发电及电力消费状况
自能源中心分布式系统于２００１年开始运行 至２００７年的各发电设备的发电量和购买电力状 况如图４所示．
因学术研究都市的利用人数和学校实验室的 实验设备逐年增加，总电力消费量逐年增加．２００７ 年的电力消费量约为２００１年的１．８倍．由于分布 式发电设备容量保持不变，从电网购买的电力所 占比重也逐年增加．历年的电力消费中的购买电 力均占到５０％以上．其中２００７年的燃料电池、燃 气内燃机、太阳能光伏发电以及购买电力占整个 电力消费的百分比分别为２７．６％，８．２％，２．５％， ６１．７％．可见运行时间最长的燃料电池的发电量 较大，燃气内燃机次之，而太阳能光伏发电只提供 了极小一部分电能．
学术研究都市的电力，制冷／供暖和生活热水 供应网络如图３所示．
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上海电力学院学报
２００９年
嚣 寸嚣电池板模块数 材 料
容量／ｋｗ
电池板模／ｍｍ块尺２
设计方位 设置／（ｏＮｆ）ｅ＇－ｔ角电訾效
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图４历年发电量及电力消费状况
外，在能源中心还配备备用锅炉和电制冷机． 太阳能光伏发电系统的详细参数见表２． 太阳能光伏发电系统分为两部分：一是设置
在屋顶架台上的１３２．２４ ｋＷ多晶硅太阳能电池， 由９１２块功率为１４５ Ｗ的电池板模块组成；二是 水平设置在屋檐上的２１．０６ ｋＷ单晶硅太阳能电 池，由１５６块功率为１３５ Ｗ的电池板模块组成．多 晶硅太阳能电池板的设置方位角为南向，设置倾斜 角为当地太阳能光伏发电的最佳倾斜角１９．４ ｏ．
第２５卷第５期 ２００９年１０月
上海电 力 学院学报
ｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｈｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ
文章编号：１００６－４７２９（２００９）０５一０４２７一０６
Ｖ０１．２５．Ｎｏ．５ Ｏｃｔ． ２伽１９
分布式能源系统及其运行特性分析
刘青荣１，阮应君２，朱群志１，任建兴１
１ 分布式能源系统的应用及分析
分布式能源系统已在世界范围内得到广泛应 用．在美国，已有６ ０００多座分布式能源系统 （Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＤＥＳ），仅大学校园就 有２００多座．在日本，ＤＥＳ是仅次于燃气、电力的 第三大公用事业，到２００７年底已建成ＤＥＳ共 ７ ５３９座，广泛应用于医院、办公楼、宾馆及其他综 合设施．在欧洲，丹麦、芬兰和荷兰等国，ＤＥＳ发电 量都已超过总发电量的３０％，澳大利亚、德国、葡 萄牙和意大利等国，ＤＥＳ也都占较大的比例．此 外，家用和商用的微型热电联供系统得到了长足 的发展．在日本，容量为１ ｋＷ级的内燃机热电联 供系统已经投入市场，主要用于单体别墅的住宅 用电、热水及冬季的地板采暖．１ ｋＷ级的燃料电 池热电联供系统也在政府的支持下实现了大规模 的实际应用验证，根据实际运行数据，燃料电池热 电联供可比传统的能源系统节约２０．１％的一次 能源，ＣＯ：减排率可达到３３．５％…．按照计划，ｌ ｋｗ级的固体高分子燃料电池将于２００９年进入 市场拉】：在我国，如上海黄浦区中心医院、上海浦 东国际机场能源中心和上海闵行中心医院的冷热 电三联供也已经投人使用．许多专家都指出，在面 临严峻的能源紧张和环境污染的形势下，ＤＥＳ将 是我国未来２０年能源技术发展的主要方向之一， 建设以楼宇ＤＥＳ为核心的第二代城市能源供应 系统已成为当务之急旧圳．
ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｆｕｅｌ ｃｅｉｌｓ ｈａｖｅ ｌｏｗ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｎｏ—ｉｄｅａｌ ｅｘｈａｕｓｔ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ．Ａｓ ｆｏｒ ｇａｓ ｅｎｇｉｎｅ，ｉｔｓ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｃｌｏｓｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｒａｔｅｄ ｖａｌｕｅ；ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｇａｓ ｅｎｇｉｎｅ ａｌｓｏ ｈａｓ ａｂｏｖｅ ６０％ｈｉ曲 ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｅｘｈａｕｓｔ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｕｓ，ｔｏ ｒａｉｓｅ ｔｈｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｉｓｓｕｅ ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｘｈａｕｓｔ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｖｏｌｕｍｅ
图３电力和制冷／供暖及热水供应网络
在能源中心产生的电力和供暖／制冷水及生 活热水通过共同沟，输送给各建筑物使用．燃料电 池和燃气内燃机及变电站来的电力会合之后再联 合太阳能光伏发电系统的电力，供应给教学楼、实 验楼、行政楼、体育馆、学术情报中心．而在能源中 心产生的制冷／供暖水以及生活热水除了供应上 述建筑外，还供应给产学研中心、会议室，以及共 同研究开发中心．