天然氣分布式能源系統及其技術應用

丁海紅　岳菊紅

（1.河南理工大學土木學院，河南　焦作　454000；2.河南礦業建設（集團）有限責任公司，河南　鄭州　450016）

天然氣分布式能源系統及其技術應用

丁海紅1岳菊紅2

（1.河南理工大學土木學院，河南焦作454000；2.河南礦業建設（集團）有限責任公司，河南鄭州450016）

分布式能源系統擁有輸電成本低、供電效率高、經濟性能好、環保性強以及安全可靠等優勢，因此近年來受到了社會各界的關注與投資者的青睞。基于此，主要探討天然氣分布式能源系統的主要特征及其技術應用。

天然氣；分布式能源；技術應用

天然氣作為20世紀70年代以來發展速度最快的能源，到今天為止天然氣的年消耗量已經趨近于石油，繼煤炭與石油之間開始成為世界第三大重要商品能源。2011年10月，我國正式出臺《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》，進而不斷促進我國天然氣分布式能源系統的應用及相關技術的發展，這是提升能源實際利用效率的有效途徑，對于我國可持續戰略的發展來說具有十分重要的意義。

1　天然氣分布式能源系統概述

天然氣分布式能源即是以天然氣為燃料，設置于用戶側可以獨立輸出冷、熱、電能的綜合能源利用系統。天然氣分布式能源系統的基本構成和工藝流程如圖1所示，天然氣充當燃料進入燃燒動力設備并驅動發電機發電，剩下的余熱根據其品質不同來驅動設備制冷制熱，進而實現能源的高效利用，以防止能源的浪費［1］。天然氣分布式能源系統實際發電效率按照動力設備的差異通常在25%～40%，總能源利用率通常保持在80%左右。天然氣分布式能源系統的應用和推廣，能夠在很大程度上釋放大電網在用電高峰階段的壓力與負荷。

圖1　天然氣分布式能源系統的基本組成及工藝流程

2　天然氣分布式能源系統的特征分析

2.1能源損失少，輸送成本低

按照國際分布式能源聯盟給出的報告，現階段很大一部分電量損耗出現在輸配環節，如果從用戶端進行計算，集中式供電的能源利用效率不到35%。而天然氣分布式能源的利用效率最高能達到80%甚至90%。直接設置在用戶附近的天然氣分布式能源和大電網聯系起來，能在很大程度上補充大電網在可靠性方面的缺陷，進而有效地增強用戶供電的安全穩定性，特別是當電網出現崩潰或者意外事故的狀態下，依舊能夠持續對重點用戶予以供電。

2.2裝機容量小，靈活性較大

與集中式功能系統相比，分布式能源的裝機容量相對較小（kW級到MW級）。其中，樓宇型天然氣分布式能源系統裝機容量一般保持在20MW內；而區域型天然氣分布式冷熱電聯系統因為功能規模更大，因此裝機容量一般是在100～200MW；裝機容量大于200MW時，則予以限制。可以說，天然氣分布式能源系統和用戶的實際需求聯系十分緊密，系統規模更小且靈活性較強，天然氣分布式能源系統更有助于進行調節，具有十分突出的節能減排優勢。

2.3系統集成多學科交叉協同

天然氣分布式能源系統集成技術發展較快，同時表現出多種學科交叉協同的特點。所以，針對用戶實際需求的集成方式有不同的類型，擁有十分明顯的個性化特征，復制性較差。現代新型天然氣分布式能源系統借助于選擇有針對性的科學技術，通過系統優化與調整，可確保同時實現多個不同的功能目標，以符合不同用戶的具體需求。

3　天然氣分布式能源技術的應用

3.1樓宇型天然氣分布式能源

樓宇型天然氣分布式能源系統主要應用于某一建筑的耗能需求，該系統的規模不大，因為在同一建筑中不同用戶的能耗需求差異較小，同時負荷變化方向一般比較趨同，供需之間的緩沖空間較小，回旋余地也相對較小。因此，系統應當對用戶的實際能耗需求變化進行第一時間的快速反應，聯產系統的運行必須要根據負荷變化而調整，運行工況也必須要及時予以變化，始終處在一種相對被動的狀態下，這就對系統的全工況性能要求有所提升。根據系統集成原則，可以選擇輸出能力比例可調、蓄能調節，另外將部分常規分產系統和聯產系統進行整合，也可選擇網電配合的優化運行模式來加以調整。

燃氣輪機-余熱吸收式冷熱電聯產系統，根據其熱力循環的差異可以劃分為簡單循環型和回熱循環型兩類。前者系統相對簡單，維護便利，但發電效率僅僅可達30%左右，比如適用于用電需求較小但對冷熱量需求較大的用戶，冷熱電比約為1.5～2.5；后者更加適合冷熱電相對較低的用戶，一般其冷熱電比為1.0～1.5，熱能用于發電的比例較高。近年來，樓宇型天然氣分布式能源出現了新的發展趨勢，即是以燃用天然氣的微小型燃氣輪機作為分布式能源系統的核心動力，廣泛的應用在一些別墅或者莊園。

3.2區域型分布式冷熱電聯供系統

所謂區域型分布式冷熱電聯供系統，主要針對某一區域中部分建筑共同組成的建筑群，和單一建筑目標相比，建筑群的實際能耗需求更大，同時因為各個建筑自身的實際功能差異，其能耗需求也存在較大差異性。所以，不同用戶的負荷變化難以同步，一般不會遇到同時高峰、低谷耗能的現象。因此，系統運行過程中必須充分結合負荷的同時使用系數，增強供需的回旋余地，進而降低系統全工況性能要求。所以，如果規模相對較大，能夠選擇更加高效的燃氣輪機——汽輪機發電機組，確保燃氣、蒸汽、冷氣及熱水的科學匹配，有效增強能源利用效率。比如，華電集團建造的國內較大的廣州大學城區能源站工程，便是2×7.8MW燃氣-蒸汽聯合循環機組作為基礎的天然氣冷熱三聯供系統。燃氣能的38%經過燃氣輪機變為電能，50℃左右的煙氣在余熱鍋爐形成4.0MPa的蒸汽，之后進抽凝式汽輪機繼續做功發電；拿出0.5MPa蒸汽供給第一制冷展的溴化鋰吸收制冷機，余熱鍋爐產生的煙氣能夠應用到生活用水的加熱上，不足熱量通過蒸汽透平冷凝潛熱予以補充。該系統能夠讓燃氣能源的利用率提升到75%左右，與過去的火力發電廠的燃煤利用率35%相比已經有了非常大的進步。該能源站早在2010年便正式投入實際運行，能夠為大學城內各個大學和附近20萬用戶供應電能、生活熱水及空調制冷。

3.3產業型分布式冷熱電聯供系統

較集中的一些現代工業園區，搭建天然氣分布式冷熱電聯供系統，所需面對的一般是若干產業相對接近的企業或者中型企業，相對的用戶負荷擁有趨同的特性。系統運行狀態下，往往會讓這些企業用戶同時處在高峰或者谷底用能狀態，同時因為負荷規模相對較大，對系統的全工況要求更高。所以，在對系統進行設置時，須盡可能考慮蓄能設備對聯產系統高效運行和滿足用戶負荷的協調作用。

國內化工、食品、建材及造紙等工業都屬于耗能大戶，在終端耗能構成中，熱電比一般在3以上，用熱主要有蒸汽與物流加熱。不同過程需要加熱的溫度范圍也有差異性。而工業用冷溫度范圍較廣，包含了從0～20℃的一般淺冷，到乙烯工業、空氣液化分離所需的-180℃的深冷。上述工業用熱、用冷都能借助聯產及聯供技術的集成組合來實現，進而最大限度提升能源的利用效率與經濟效益。

4　結語

分布式能源系統屬于一種更加環保、經濟及安全的能源系統，也必然會成為未來電力工業的主要發展趨勢。因此，必須緊跟時代發展的步伐，積極跟蹤國家產業政策與行業發展信息，努力做好相關技術的研究創新工作，推進分布式冷熱電聯供能源系統的發展，為我國降低能源消耗、確保能源安全、優化能源結構作出積極貢獻。

Natural Gas Distributed Energy System and Its Technology Application

Ding Haihong1Yue Juhong2
（1.School of Civil Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454000；2.Henan Mining Construction（Group）Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450016）

Distributed energy system has advantages of low transmission cost，high power supply efficiency，good economic performance，environmental protection and safety and reliability，etc..So in recent years，it has been the concern of the community and investors.Based on this，this paper mainly discussed the main characteristics of the natural gas distributed energy system and its technical application.

natural gas；distributed energy；application technology

TU996.5

A

1003-5168（2016）05-0119-02

2016-04-28

丁海紅（1982-），女，碩士在讀，講師，研究方向：能源應用與節能技術；岳菊紅（1973-），女，碩士在讀，高級工程師，研究方向：工程技術與管理。

［1］陳賢國.天然氣分布式能源（冷熱電三聯供）在國家會展中心的應用［J］.上海電氣技術，2016（1）：30-32.