微型顆粒燃料熱電聯(lián)產(chǎn)：未來(lái)智能電網(wǎng)分布式發(fā)電解決方案

　　木屑顆粒有兩個(gè)主要市場(chǎng)：工業(yè)木屑顆粒市場(chǎng)和優(yōu)質(zhì)供暖木屑顆粒市場(chǎng)。工業(yè)木屑顆粒是指發(fā)電站煤炭的替代品，而供暖木屑顆粒是用于顆粒爐子、顆粒鍋爐和顆粒燃燒機(jī)的燃料。

　　本白皮書是關(guān)于未來(lái)的供暖顆粒市場(chǎng)。目前，優(yōu)質(zhì)供暖顆粒僅用于爐子、鍋爐或燃燒機(jī)產(chǎn)生熱量。但是OkoFEN公司在上奧地利開(kāi)發(fā)的一種新產(chǎn)品，將大大改變供暖顆粒，有助于木屑顆粒整體市場(chǎng)。在美國(guó)，這些系統(tǒng)將在緬因州組裝，并以緬因州能源系統(tǒng)“MESys”品牌銷售。

　　新產(chǎn)品是一種小型熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）系統(tǒng)，使用優(yōu)質(zhì)木屑顆粒。下面更詳細(xì)描述這種新產(chǎn)品，如何跨越供暖顆粒和工業(yè)顆粒之間的界限。如下所述，利用可再生低碳的木屑顆粒在微觀層面發(fā)電可以成為分布式智能電網(wǎng)架構(gòu)的一部分，補(bǔ)充小規(guī)模太陽(yáng)能、小型蓄電池以及電動(dòng)車輛使用的增長(zhǎng)。

　　工業(yè)及優(yōu)質(zhì)木屑顆粒市場(chǎng)

　　全球木屑顆粒市場(chǎng)每年約2800萬(wàn)噸。如下圖所示，2016年全球需求平均分配在供暖市場(chǎng)和工業(yè)市場(chǎng)之間。最終用戶是大型粉煤發(fā)電站的工業(yè)市場(chǎng)，將在2017年超過(guò)供暖市場(chǎng)。從2017年起，根據(jù)目前的預(yù)測(cè)，工業(yè)顆粒行業(yè)將主導(dǎo)全球木屑顆粒需求。

　　2025年，優(yōu)質(zhì)供暖顆粒需求預(yù)計(jì)約為2450萬(wàn)噸。但是，如果以下愿景成為現(xiàn)實(shí)，需求可能會(huì)更高。

　　新型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

　　新的微型CHP系統(tǒng)是建立在可靠高效的OkoFEN顆粒鍋爐的基礎(chǔ)之上。在17個(gè)國(guó)家安裝了超過(guò)6萬(wàn)臺(tái)OkoFEN顆粒鍋爐。在美國(guó)，MESys在緬因州生產(chǎn)的成千上萬(wàn)個(gè)系統(tǒng)，服務(wù)于供暖家庭、企業(yè)、市政建筑、學(xué)校和其他建筑物。這些全自動(dòng)顆粒鍋爐已經(jīng)證明了它們的可靠性和效率。

　　現(xiàn)在，除了熱量，微型顆粒燃料CHP鍋爐也發(fā)電。經(jīng)過(guò)幾年的研發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，微型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)正在歐洲部署，并在美國(guó)全面批準(zhǔn)銷售。

　　CHP鍋爐產(chǎn)生高達(dá)60千瓦的熱量（約205,000BTU/時(shí)）和高達(dá)5千瓦的電力。所以，當(dāng)建筑物用顆粒供暖時(shí)，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組也在發(fā)電。

　　由于測(cè)試需要，拆除了一個(gè)部件。前臺(tái)是一個(gè)內(nèi)部顆粒儲(chǔ)存罐，通過(guò)氣動(dòng)輸送系統(tǒng)自動(dòng)填充，通過(guò)白色軟管連接到散裝顆粒燃料儲(chǔ)存箱。顆粒儲(chǔ)存罐后面是定制設(shè)計(jì)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組。整個(gè)系統(tǒng)大約占40英寸乘36英寸（100厘米x90厘米）的空間。照片的左下方是自動(dòng)收集和壓縮灰分的小型可移動(dòng)垃圾箱。該箱每年需要排空4-8次，當(dāng)箱子快滿的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)電子郵件和文本通知所有者。下圖是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)（Stirling engine and generator）。

　　整個(gè)微型CHP裝置的平均效率為85％。這意味著在最佳配置下完全輸出，CHP系統(tǒng)可以產(chǎn)生約205,000BTU/小時(shí)（60kW熱力）和5kW電力。該系統(tǒng)有效地從20kW（約68,000BTU/時(shí)）的熱量輸出到60kw的全輸出。系統(tǒng)根據(jù)熱量需求調(diào)節(jié)其輸出。電力輸出與熱量輸出成正比。

　　60kW的熱量輸出超過(guò)了大多數(shù)中小型家庭需求。在未來(lái)幾個(gè)月，將會(huì)提供更適合中小型家庭的。但是，對(duì)于大戶家庭、許多企業(yè)、公寓樓、小學(xué)校、診所、圖書館和市政大樓等，這個(gè)機(jī)組將能夠滿足熱力需求，同時(shí)產(chǎn)生5kW的電力。在具有足夠熱量需求的一些應(yīng)用中，可以將兩個(gè)或更多個(gè)機(jī)組放置在獨(dú)立的能量艙中。

　　小型顆粒燃料熱電聯(lián)產(chǎn)前景

　　為了說(shuō)明產(chǎn)生熱能和電力的好處，F(xiàn)utureMetrics已經(jīng)生成了一個(gè)儀表板，顯示了使用顆粒燃料熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的電量對(duì)電動(dòng)汽車（EV）充電的成本。

　　儀表板計(jì)算通過(guò)CHP系統(tǒng)生產(chǎn)的電力，為當(dāng)前可用的12臺(tái)電動(dòng)汽車中的任何一輛充電的成本。用戶可以更改許多輸入。輸入和輸出可以在美版（使用英制單位和美元）和歐洲版本（使用公制單位和歐元）之間切換。儀表板將EV與汽油或柴油車的每英里或公里的“燃料”成本進(jìn)行比較。用戶還可以將EV充電的每千瓦時(shí)的成本與微型熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)比，并與電力公司的電力進(jìn)行比較。為了看到當(dāng)加熱需求小于最大輸出時(shí)，較小的機(jī)組或當(dāng)前機(jī)組的情況，用戶可以將“熱輸出”控制滑動(dòng)到較低值。

　　使用儀表板的默認(rèn)輸入，并將汽油車與BMW i3 EV進(jìn)行對(duì)比，在美國(guó)，駕駛相同距離，燃油車比微型CHP充電的EV燃料成本高5.45倍。在歐洲，由于燃料成本較高，每公里使用柴油比使用顆粒CHP系統(tǒng)的電力要貴13倍。

　　小規(guī)模顆粒燃料CHP有可能成為未來(lái)分布式智能電網(wǎng)的主要部分。

　　此外，通過(guò)提供由可再生顆粒燃料生產(chǎn)的低碳熱能和電力，來(lái)彌補(bǔ)優(yōu)質(zhì)供暖顆粒行業(yè)和電力行業(yè)之間的差距，從而擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)顆粒市場(chǎng)。