2003年，上海市設(shè)立了“天然氣分布式供能系統(tǒng)研究與示范項(xiàng)目”，上海市科委組織專(zhuān)家對(duì)全市參與競(jìng)標(biāo)的8家科研院校進(jìn)行公開(kāi)答辯，上海交大競(jìng)得了這一項(xiàng)目。筆者也因此有幸參與了上海首座節(jié)能示范樓的設(shè)計(jì)工作。

    上海“能源作坊”的節(jié)能秘訣

    當(dāng)時(shí)，“西氣東輸”工程初步建成，每年輸入上海的天然氣量達(dá)30億立方。天然氣的使用不能簡(jiǎn)單地采用“以氣代煤”，這樣既不能解決氣價(jià)過(guò)高的尷尬，又將使大量天然氣失去市場(chǎng)。如何合理、有效地使用天然氣這一清潔能源，成為擺在上海面前的一個(gè)課題。同時(shí)，隨著上海人生活水平的不斷提高，上海用電模式已與紐約、東京、香港等國(guó)際大都市相似，最高用電負(fù)荷與最低負(fù)荷的差距不斷拉大，正常情況下差距可達(dá)500多萬(wàn)千瓦，巨大的用電峰谷差對(duì)電力供應(yīng)產(chǎn)生巨大壓力。在這樣的背景下，采用天然氣分布式供能系統(tǒng)的節(jié)能示范樓的價(jià)值就愈發(fā)明顯了。

    作為上海首座節(jié)能示范樓，上海交大軟件大樓采用了“分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。4000平方米的軟件大樓中，其能源全來(lái)自樓旁的一幢兩層樓高的機(jī)房。機(jī)房連接民用天然氣管道，機(jī)組“吃”進(jìn)天然氣，兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)一邊使出“氣功”發(fā)出60千瓦的電能，一邊把發(fā)電時(shí)排出的煙氣循環(huán)回收，用于制冷或制熱，剩下的低溫?zé)煔庠倮?，加熱生活用水。最后，電、冷熱氣、熱水全從機(jī)房傳入大樓，樓宇就能“吃”上生活能源“套餐”。這一系統(tǒng)堪比一個(gè)小型的民用“能源作坊”，在冬夏兩季電力高峰時(shí)，不受電網(wǎng)缺電影響，靠“西氣東輸”送來(lái)的充足天然氣就能讓人安度一個(gè)“涼夏” 和“暖冬”。

    經(jīng)過(guò)初步的示范運(yùn)行，分布式供能效率高、環(huán)境友好等優(yōu)越性已得到了證實(shí)。由于循環(huán)利用了廢氣、廢熱，軟件大樓的分布式供能系統(tǒng)的能量利用率達(dá)到80％以上，而普通的天然氣發(fā)電廠的發(fā)電效率僅為30％-47％。整幢大樓使用該系統(tǒng)供能，每年可節(jié)省12萬(wàn)元。大樓內(nèi)空調(diào)供熱可達(dá)200千瓦，供冷達(dá)230千瓦，生活熱水可達(dá)60-90℃。同時(shí)，系統(tǒng)的噪音也很小，大樓關(guān)起門(mén)來(lái)，室外噪音小于57分貝。

    所謂分布式供能，是相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式供電方式而言的。它利用先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)燃燒潔凈的天然氣發(fā)電，經(jīng)過(guò)能源的梯級(jí)利用，能源利用效率從常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的40％左右提高到80％左右，大量節(jié)省了一次能源。 天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的另一優(yōu)勢(shì)，就是可作為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的補(bǔ)充調(diào)峰。在用電高峰時(shí)，能使電力負(fù)荷平均化。夏季城市大量使用空調(diào)時(shí)，電力負(fù)荷會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)負(fù)荷高峰，同時(shí)夏季也是用氣的低谷時(shí)期，有富余的供氣能力。通過(guò)利用天然氣冷熱電聯(lián)供可在滿足高峰用電的同時(shí)，還能利用排放余熱來(lái)制冷，并減少電力調(diào)峰裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用，用電負(fù)荷得以改善，更充分地發(fā)揮天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的功能。

    分布式供能系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，還體現(xiàn)在改善單一大電網(wǎng)供電的能源結(jié)構(gòu)、提高用電的安全性上。目前，全世界90 ％的電力負(fù)荷都由集中單一的大電網(wǎng)供電，這種供電模式存在很大的不安全隱患。大電網(wǎng)中任何局部的故障都會(huì)影響到整個(gè)電網(wǎng)，嚴(yán)重時(shí)可能引起大面積停電甚至是全網(wǎng)崩潰。今年年初的大雪災(zāi)已經(jīng)充分說(shuō)明分布式供能的重要性。受災(zāi)嚴(yán)重的貴州省貴陽(yáng)和江西省南昌，都是分別依靠?jī)膳_(tái)12.5萬(wàn)千瓦機(jī)組的分布式電廠才確保了供電。

    其實(shí)，分布式能源技術(shù)從上世紀(jì)70年代末期以后就開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，熱電冷聯(lián)產(chǎn)的應(yīng)用十分普及，發(fā)電機(jī)組的余熱80％以上被有效利用。目前美國(guó)已有6000多座分布式能源站，僅大學(xué)校園就有200多個(gè)采用了分布式能源站。美國(guó)能源部已經(jīng)提出了小型冷熱電聯(lián)供規(guī)劃。根據(jù)這項(xiàng)規(guī)劃，到2010年，20％的新建商用、寫(xiě)字樓類(lèi)建筑物將使用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)；到2020年，這一比例則將提高到50％。在英國(guó)，分布式能源站有1000多座。比如英國(guó)女王的白金漢宮、首相的唐寧街10號(hào)官邸，都采用了燃?xì)廨啓C(jī)分布式能源站。