1. 目的及意义（含国内外的研究分析）

1.1 研究课题的目的及意义

《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(中国财政部、发改委与能源局及建设部，2011)中明确指出：天然气分布式能源全年综合利用效率应高于 70%；主要任务为：“十二五”初期启动一批天然气分布式能源示范项目，“十二五”期间建设 1000 个左右天然气分布式能源项目，并拟建设 10 个左右各类典型特征的分布式能源示范区域；目标为：到 2020 年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到 5000 万千瓦^[1] 。

与传统集中式供能方式相比，天然气分布式能源具有能效高、清洁环保、安全性好、削峰填谷、经济效益好等优点。从运行方式、途径以及原动机单机容量的不同，可以将天然气分布式能源项目区分为区域式分布式能源项目和楼宇式分布式能源项目^[2]。

未来我国天然气消费比重不断增加，天然气供需形势相对缓和，气价形成机制逐步市场化，冷热需求快速增长，这些因素均为天然气分布式能源的发展提供了有利的市场环境^[3]。我国，伴随着国家政府不断加大的环境污染治理力度，分布式能源革命也得到了进一步的深化。到目前为止，我国天然气价格已经实现了并轨，电力体制的改革速度也正在快步进行。我国已经正式颁布了《燃气分布式能源示范项目实施细则》，由此可见，燃气分布式能源正在快速发展，其前景一片光明^[4]。

1.2国内外的研究现状分析

美国在20世纪70年代开始发展分布式能源，从小型热电联产系统到如今广泛应用的冷、热、电三联供系统，分布式能源得到了快速的发展。美国为推动分布式能源的发展，制定了很多成效显著的能源政策^[5]。2001—2015年，美国环保署分布式能源协作小组协助完成了1047个分布式能源项目，总装机容量为7600 MW，累积减少二氧化碳排放1.7亿吨。截至2016年，美国分布式能源装机量约为82.5GW（包括热电联产及三联供）^[6]。在日本，由于自然资源匮乏，如何使用有限的资源发挥出最大的效率是其首要关注点，因此天然气分布式能源技术在很早就得到了重视。截至 2012 年底，日本热电联产系统累计装机容量达到 9850MW（约占总电力装机容量的 3.4%），其中民用系统2060MW，工业用系统7790MW；总装机台数为14423 台，其中民用为 10098 台，工业用为 4325台^[7]。

在我国研究方面，分布式冷电联供系统在我国的研究已有 20 多年时间，主要研究单位是中国科学院工程热物理所。分布式供能作为先进技术应用专题在国家部署的“十一五”期间获得了重点研究。在应用方面，从我国当前的情况来看分布式能源系统还处在初期阶段。在政策方面，我国对于先进能源技术一直予以高度重视，分布式能源是能源技术的重点发展领域。自 2010 年后，国家更加重视分布式能源的发展，通过一系列鼓励政策，使分布式能源的发展走上了高速公路^[8]。

1.2.1关于热电联产系统的节能研究

文献^[9]阐述了一般化供热系统的理论框架,提出了大型热电联产循环水直供模式,利用T-S-D图直观定性地分析了该模式与传统模式的热力学差异。基于理论分析进行了定量计算,利用ASPEN PLUS流程模拟软件构建了机组热力系统模型,并进行了变工况分析,计算得到了机组背压提高后的功率变化,对于机组,循环水直供模式比传统抽凝供热模式在电厂侧发电功率增加近。初步分析了两种不同供热模式的能耗水平,展现了循环水直供模式全新的能耗图景和巨大的节能潜力降耗空间近,为今后的热电联联节能降耗开拓了思路。文献^[10]微型热电联产系统的节能潜力主要与微燃机的热电输出特性及用户热电需求有关，在原动机热电产出比接近用户热电负荷比及电网购电比例较小的情况下微型热电联产供能系统体现出较好的节能潜力。结合办公建筑的实测供热季度负荷，通过分析其日逐时用能情况导入微型热电联产方案，计算日逐 时 一 次 能 耗 为 传 统 供 能 能 耗 的 0.720～0.825，供热季工作日、非工作日联产供能系统日均节能率分别为23.16％、22.76％。微型热电联产系统同时不同质的电能与热能，通过原动机组低品位烟气余热的回收再利用，实现能量的梯级利用，计算C60原动机热电联产的效率可达48.06％。文献^[11]阐述具有可再生能源和分布式能量存储的智能电网电力系统显示出电力系统的减排，可靠性，效率和安全性的显着改善。文献^[12]在系统运营商负责的高电压水平下，诸如辅助服务合同和平衡市场的交易机制为经济有效地提供系统灵活性服务提供了机会。文献^[13]为了应对随机市场运作的高度可变性，并且为了确保在高可再生能源渗透下实现可行和经济运行，本文提出了两种适用的解决方案