淺談天然氣分布式能源技術(shù)及其應用

黃劍鋒

（福建省莆田燃氣股份有限公司，福建 莆田 351100）

根據(jù)2011年國家能源局聯(lián)合四部委發(fā)布的《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》（發(fā)改能源［2011］2196號），“十二五”期間，我國將大力發(fā)展天然氣分布式能源，建設(shè)1000個左右天然氣分布式能源項目，規(guī)劃到2020年，總裝機容量達到5000萬KW，初步實現(xiàn)分布式能源裝備的產(chǎn)業(yè)化。

1 分布式能源

（1）分布式能源的概念。分布式能源指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。以天然氣及生物質(zhì)能、太陽能、氫能、風力和其他可再生的清潔能源為一次能源，在用戶現(xiàn)場或靠近用戶現(xiàn)場（用戶端）的小型或微型獨立輸出電、熱（冷）能的系統(tǒng)，實現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應系統(tǒng)提供支持和補充，稱作為分布式能源系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)具有靠近負荷中心，減少輸配電線損及管道熱損，傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)基礎(chǔ)上綜合利用冷能，外部能源網(wǎng)提供補充等優(yōu)點。

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（2）天然氣分布式能源。天然氣分布式能源系統(tǒng)指以天然氣為主要燃料，帶動燃氣輪機或內(nèi)燃機等燃氣發(fā)電設(shè)備運行，產(chǎn)生的電力滿足用戶的電力需求，系統(tǒng)排出的廢熱通過余熱鍋爐或者余熱直燃機等余熱回收利用設(shè)備向用戶供熱、供冷。天然氣分布式能源系統(tǒng)即是一個燃氣冷熱電多聯(lián)供系統(tǒng)，其流程圖如下：燃氣冷熱電多聯(lián)供系統(tǒng)有兩層含義：一個是電力的“現(xiàn)場產(chǎn)生、現(xiàn)場使用，二是冷熱電聯(lián)供，通過一種能源的輸入，同時滿足用戶電、熱、冷多種能量形式的需求，極大提高能源的利用效率。從圖中可以看出，相比于傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)通過對余熱的回收利用，多聯(lián)供能夠?qū)崿F(xiàn)對一次能源的高效利用，單位能源的產(chǎn)出效益從60%提高到800/a以上。

（3）分布式能源系統(tǒng)的組成。天然氣分布式能源系統(tǒng)由前端的發(fā)電裝置和后端的余熱回裝置組成，采用溫度對口、品質(zhì)耦合的方式將高溫熱源用于產(chǎn)生高品質(zhì)的電能，低溫余熱回收提供蒸汽、熱水以及滿足制冷需求，實現(xiàn)能量的梯級綜合利用，能源綜合利用效率可超過70%。應用于天然氣分布式能源的發(fā)電裝置主要有燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機、微燃機以及燃料電池等，余熱回收裝置則包括余熱鍋爐、吸收式制冷機和配套的蓄能、除濕裝置等，系統(tǒng)主要設(shè)備形式如圖1所示。

采用不同發(fā)電裝置的天然氣分布式能源系統(tǒng)具有不同的運行與配置特性，其主要特性如表1所示。燃氣輪機適用于較大型的天然氣分布式能源系統(tǒng)，燃氣內(nèi)燃機更適用于小型的天然氣分布式能源系統(tǒng)，采用微型燃氣輪機和燃料電池的天然氣分布式能源系統(tǒng)剛剛投入商業(yè)運行不久，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、循環(huán)效率高等優(yōu)點，正不斷得到更為廣泛的應用。

2.天然氣分布式能源的應用

（1）應用范圍

天然氣分布式能源系統(tǒng)適合有能源混合需求的區(qū)域或者單體項目，主要包括以下幾類：①大城市規(guī)劃新區(qū)、新規(guī)劃的中小城鎮(zhèn)，②工業(yè)園區(qū)、高新區(qū)、技術(shù)開發(fā)區(qū)，③大中型公建項目：機場、鐵路站、交通樞紐，④綜合商業(yè)區(qū)或商務(wù)區(qū)，⑤單體或建筑群如醫(yī)院、酒店、學校、寫字樓、機關(guān)等。

（2）發(fā)展天然氣分布式能源的意義

①節(jié)能方面。天然氣分布式能源系統(tǒng)作為一種嶄新的能源綜合利用系統(tǒng)，它是在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上配制以熱能為動力的吸收式制冷機。夏季利用多余的蒸汽或熱水來制冷，使熱電廠在生產(chǎn)供應電能和熱能的同時，也生產(chǎn)供給冷水，用于空調(diào)及工藝冷卻，充分利用了一次能源，系統(tǒng)綜合能源利用可高達80%以上。節(jié)約了低位熱能，更主要的是增加了夏季的熱負荷，這對于燃機來說可增大機組的負荷率，使機組效率提高。在增加發(fā)電量的同時，也降低了燃料消耗量。靠近負荷中心，減少電廠的建設(shè)規(guī)模、輸配電線損及管道熱損。

②環(huán)保方面。建設(shè)分布式能源系統(tǒng)將帶來良好的節(jié)能減排效益，天然氣分布式能源系統(tǒng)在實現(xiàn)能源綜合利用的同時，具有良好的節(jié)能減排效益，如表2所示，相比傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電形式，天然氣分布式能源系統(tǒng)可減少50%以上的CO2、幾乎100%的SO2和70%的NOX排放，幾乎沒有固體廢棄物和廢水的排放。同時，由于分布式能源系統(tǒng)靠近用戶側(cè)的布置特點，可進一步減少電能在輸送、配置過程中的損耗，提高能源終端利用效率。

根據(jù)天然氣分布式能源系統(tǒng)熱電冷匹配的特性，系統(tǒng)全年熱電比一般為0.5-2，以熱電比為1計算節(jié)能減排效果，根據(jù)以熱定電的原則建設(shè)分布式能源系統(tǒng)。

③能源利用效率方面。天然氣分布式能源系統(tǒng)能實現(xiàn)能源的梯級利用，充分利用發(fā)電余熱，就地供熱、供電，可減少電力與熱力長距離輸送的損耗，能源綜合利用率在80%以上，超過大型煤電發(fā)電機組一倍；同時節(jié)約電網(wǎng)、熱力管網(wǎng)輸送環(huán)節(jié)的投資費用，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

④天然氣調(diào)峰方面。天然氣分布式能源項目可成為可中斷、可調(diào)節(jié)的發(fā)電系統(tǒng)，對天然氣和電力具有雙重”削峰填谷“作用。有效地緩解天然氣冬夏季峰谷差，提高夏季燃氣設(shè)施的利用效率，增強供氣系統(tǒng)安全性。同時減少電力設(shè)備的峰值裝機容量以及天然氣儲氣設(shè)施的投資，有效降低電網(wǎng)以及天然氣管網(wǎng)的運行成本。

（3）發(fā)展分布式能源的障礙

①主要障礙是電力市場未開放。目前國內(nèi)電網(wǎng)還處于一家壟斷的局面，使得分布式能源發(fā)電很難實現(xiàn)并網(wǎng)。②中央和地方能源規(guī)劃尚未充分考慮分布式能源系統(tǒng)，各地電力、熱力、燃氣等各自為政，沒有實現(xiàn)一體化。③用戶和設(shè)計院對技術(shù)的特殊性認識不足，政府對項目的審評和建設(shè)設(shè)計均缺少規(guī)范。

3 分布式能源的發(fā)展前景

雖然分布式能源在國內(nèi)的發(fā)展尚未普及，但已有成功的案例，如在北京、上海、廣州、杭州等一線發(fā)達城市已有分布式能源應用的成功案例。今年來，國家重視分布式能源的推廣應用，相關(guān)政策也在陸續(xù)出臺，給發(fā)展分布式能源創(chuàng)造了良好的市場環(huán)境。發(fā)展分布式能源對我國提高能效、節(jié)能減排有重大的戰(zhàn)略意義，是我國發(fā)展低碳經(jīng)濟的關(guān)鍵，也是未來能源技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。天然氣分布式能源的廣泛應用是未來城市發(fā)展的必由之路。

結(jié)語

天然氣分布式能源系統(tǒng)具有清潔、高效、環(huán)保的特點，通過高溫發(fā)電、低溫供熱、制冷的方式實現(xiàn)能源的梯級綜合利用，能源綜合利用效率可超過70%，相比傳統(tǒng)燃煤發(fā)電，可減少50%以上的CO2、幾乎100%的SO2和70%的NOX排放。目前，中小機組比例偏高的現(xiàn)狀更加大了節(jié)能減排的難度。隨著天然氣供應格局的改善，積極建設(shè)分布式能源系統(tǒng)可帶來良好的節(jié)能減排效益。以替代目前20%的小型熱電機組供熱量為基礎(chǔ)，”以熱定電“建設(shè)分布式能源系統(tǒng)，可每年減少CO2排放。因此筆者認為積極建設(shè)分布式能源系統(tǒng)可帶來良好的節(jié)能減排效益。

[1]何忠.天然氣分布式能源系統(tǒng)的應用及探討[J].能源與環(huán)境.2011（04）.