淺談天然氣分布式能源技術及其應用

黃劍鋒

（福建省莆田燃氣股份有限公司，福建 莆田 351100）

根據2011年國家能源局聯合四部委發布的《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》（發改能源［2011］2196號），“十二五”期間，我國將大力發展天然氣分布式能源，建設1000個左右天然氣分布式能源項目，規劃到2020年，總裝機容量達到5000萬KW，初步實現分布式能源裝備的產業化。

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。以天然氣及生物質能、太陽能、氫能、風力和其他可再生的清潔能源為一次能源，在用戶現場或靠近用戶現場（用戶端）的小型或微型獨立輸出電、熱（冷）能的系統，實現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提供支持和補充，稱作為分布式能源系統。相比于傳統的能源系統，分布式能源系統具有靠近負荷中心，減少輸配電線損及管道熱損，傳統的熱電聯產基礎上綜合利用冷能，外部能源網提供補充等優點。

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（2）天然氣分布式能源。天然氣分布式能源系統指以天然氣為主要燃料，帶動燃氣輪機或內燃機等燃氣發電設備運行，產生的電力滿足用戶的電力需求，系統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備向用戶供熱、供冷。天然氣分布式能源系統即是一個燃氣冷熱電多聯供系統，其流程圖如下：燃氣冷熱電多聯供系統有兩層含義：一個是電力的“現場產生、現場使用，二是冷熱電聯供，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，相比于傳統的能源系統，分布式能源系統通過對余熱的回收利用，多聯供能夠實現對一次能源的高效利用，單位能源的產出效益從60%提高到800/a以上。

（3）分布式能源系統的組成。天然氣分布式能源系統由前端的發電裝置和后端的余熱回裝置組成，采用溫度對口、品質耦合的方式將高溫熱源用于產生高品質的電能，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電裝置主要有燃氣輪機、燃氣內燃機、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，系統主要設備形式如圖1所示。

采用不同發電裝置的天然氣分布式能源系統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，燃氣內燃機更適用于小型的天然氣分布式能源系統，采用微型燃氣輪機和燃料電池的天然氣分布式能源系統剛剛投入商業運行不久，其具有結構緊湊、循環效率高等優點，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適合有能源混合需求的區域或者單體項目，主要包括以下幾類：①大城市規劃新區、新規劃的中小城鎮，②工業園區、高新區、技術開發區，③大中型公建項目：機場、鐵路站、交通樞紐，④綜合商業區或商務區，⑤單體或建筑群如醫院、酒店、學校、寫字樓、機關等。

（2）發展天然氣分布式能源的意義

①節能方面。天然氣分布式能源系統作為一種嶄新的能源綜合利用系統，它是在熱電聯產的基礎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，使熱電廠在生產供應電能和熱能的同時，也生產供給冷水，用于空調及工藝冷卻，充分利用了一次能源，系統綜合能源利用可高達80%以上。節約了低位熱能，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，減少電廠的建設規模、輸配電線損及管道熱損。

②環保方面。建設分布式能源系統將帶來良好的節能減排效益，天然氣分布式能源系統在實現能源綜合利用的同時，具有良好的節能減排效益，如表2所示，相比傳統的燃煤發電形式，天然氣分布式能源系統可減少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靠近用戶側的布置特點，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。

根據天然氣分布式能源系統熱電冷匹配的特性，系統全年熱電比一般為0.5-2，以熱電比為1計算節能減排效果，根據以熱定電的原則建設分布式能源系統。

③能源利用效率方面。天然氣分布式能源系統能實現能源的梯級利用，充分利用發電余熱，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，超過大型煤電發電機組一倍；同時節約電網、熱力管網輸送環節的投資費用，產生巨大的經濟效益。

④天然氣調峰方面。天然氣分布式能源項目可成為可中斷、可調節的發電系統，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，提高夏季燃氣設施的利用效率，增強供氣系統安全性。同時減少電力設備的峰值裝機容量以及天然氣儲氣設施的投資，有效降低電網以及天然氣管網的運行成本。

（3）發展分布式能源的障礙

①主要障礙是電力市場未開放。目前國內電網還處于一家壟斷的局面，使得分布式能源發電很難實現并網。②中央和地方能源規劃尚未充分考慮分布式能源系統，各地電力、熱力、燃氣等各自為政，沒有實現一體化。③用戶和設計院對技術的特殊性認識不足，政府對項目的審評和建設設計均缺少規范。

3 分布式能源的發展前景

雖然分布式能源在國內的發展尚未普及，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，相關政策也在陸續出臺，給發展分布式能源創造了良好的市場環境。發展分布式能源對我國提高能效、節能減排有重大的戰略意義，是我國發展低碳經濟的關鍵，也是未來能源技術發展的重要方向之一。天然氣分布式能源的廣泛應用是未來城市發展的必由之路。

結語

天然氣分布式能源系統具有清潔、高效、環保的特點，通過高溫發電、低溫供熱、制冷的方式實現能源的梯級綜合利用，能源綜合利用效率可超過70%，相比傳統燃煤發電，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狀更加大了節能減排的難度。隨著天然氣供應格局的改善，積極建設分布式能源系統可帶來良好的節能減排效益。以替代目前20%的小型熱電機組供熱量為基礎，”以熱定電“建設分布式能源系統，可每年減少CO2排放。因此筆者認為積極建設分布式能源系統可帶來良好的節能減排效益。

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