淺談天然氣分布式能源項目的環保要點

肖文星，燕 永

（1.湖北天圜工程有限公司，武漢 430073；2.中海油阜寧熱電有限責任公司，江蘇 鹽城 224400）

目前，隨著全球資源的短缺性日益突出，能源問題成為制約國家發展的重要障礙，同時，能源利用所帶來的環境污染問題也日益凸顯。如何在日益復雜的環境下提升能源利用效率，減少能源使用的環境污染問題，成為目前各國研究的重要方向。清潔能源的開發和利用，成為目前能源利用率提升與環境保護的客觀要求，其中，天然氣分布式能源項目的開發利用成為當前研究與推廣的重點內容。

1 天然氣分布式能源項目概述

1.1 定義與分類

天然氣分布式能源通過能源的梯級利用，能源綜合利用效率可達70%，是能源利用方式轉變與效率提升的重要方式[1]。分布式供能方式與集中式相比，具有能效高、安全性好、經濟效益高的突出優勢，成為目前天然氣能源供應的主要方式[2]。另外，根據項目運行方式的差異，分布式能源項目又可分為區域式和樓宇式，不同供能方式各有優缺點，但都可提升天然氣的利用效率[3]。

1.2 國內外發展的基本情況

國外分布式能源系統源于1882年的美國，以工廠余熱發電并滿足廠部與周邊建筑電熱負荷需求為標志，形成了最早的分布式能源系統，該系統因其較好的環境效益與利用效率，在國外發達國家已經實現了大規模的推廣應用。據有關數據不完全統計，美國約有6 000個分布式能源站，其中，天然氣分布式能源的裝機容量已超過9 000萬kW，日本達920萬kW，英國達500萬kW，荷蘭國家電力系統的能源供應有40%來源于天然氣，丹麥有一半的發電量來源于分布式能源發電[4]。不僅如此，隨著各國的經濟發展，發達國家建設分布式能源的步伐并未停止。

我國分布式能源的發展較晚，僅有十多年的發展歷史，受制于政策與技術的限制，我國目前已經建成的項目多為孤網運行狀態，未發揮分布式能源的高效性的優勢，發展舉步維艱。為了緩解目前分布式能源發展的危機，解決能源供應問題，我國政府部門出臺了相關的政策與規劃，助力新型能源技術的發展。預計在未來十年，我國天然氣的使用規模將進一步增加，西氣東輸可以有效確保城市天然氣的供應量，加上液化天然氣的進口量與接收能力的提升，這些都為天然氣的推廣與利用提供堅實的基礎。我國天然氣分布式能源裝機的規模將進一步提升，預估到2020年會達到5 000萬kW，初步實現產業化[5]。

1.3 存在的問題

當前，我國天然氣分布式能源的發展還存在一些制約因素，包括系統運行、設備、技術、政策等。目前，因系統運行時間波動，我國分布式能源供給供給不足，影響發電經濟效益。我國分布式能源還處于初級發展階段，技術發展尚不成熟，還需要較長的路要走，包括相關設備的制造、技術的開發、基礎設施的建設等，都需要進一步發展，提升規模化水平與經濟性。針對清潔能源與環境保護的關系，我國出臺的相關政策較少，環境治理資金投入難以實現有效補償，各種電價沒有有效的補貼政策，清潔能源的稅收問題、污染排放問題都會影響能源的開發與利用。另外，分布式能源的發電上網問題已經有相關解決辦法，但仍有可提升的空間，需要制定可操作性強的具體方法。目前，人們對天然氣分布式能源的認識度較低，導致項目發展困難，要加大宣傳與培訓，加快推動其發展。

2 天然氣分布式能源項目環保要點

2.1 系統性能特點

在能源輸出與利用方面，分布式能源項目首先滿足蒸汽與熱水等熱負荷，其次滿足冷負荷與供電負荷。在用戶端，分布式項目可通過一次能源與二次能源的結合，實現能源梯級利用，一次能源主要是氣體燃料，二次能源主要是用戶端的熱電冷聯產。目前，我國天然氣分布式能源項目采用并網模式，與傳統的發電模式比較，可以有效提升能源利用效率。針對分布式能源站的建設，可以依據冷熱電的特點與需求，在人口相對集中的區域建站，實現短距離供電，實現區域內能源節約與節能減排的目的。

2.2 項目規劃方式

天然氣分布式能源項目分為區域式與樓宇式。區域式需要符合地區《熱電聯產規劃與管理辦法》、《燃氣分布式供能站設計規范》（DL/T 5508—2015）要求，利用介質為熱水的熱電聯產機組，供熱半徑可設計為約20 km，利用介質為蒸汽的熱電聯產機組，供熱半徑可設計為約10 km。區域式分布式蒸汽供熱半徑≤5 km，熱水≤10 km，供冷≤2 km[4]。在進行項目規劃設計時，應進行切實可靠的調查研究，分析該區域的政策與區域實際熱源點情況，設計出符合區域發展的項目，確定項目的可行性。要充分利用區域式分布式能源系統單位投資低、設備利用率高、節能效果好、獨立功能等優勢，建立切實可靠的區域供能系統。但是，區域式能源項目存在總體投資量大、建設門檻高、電銷售價格低、負荷匹配能力較低、規劃要求高等劣勢，不適合中小型企業投資，僅適合大型企業借助政府的力量投資承建，限制了該技術的推廣與利用。因此，該方式更適用于新建區域投資使用。樓宇式不受地區熱電聯產規劃與熱電聯產管理辦法的制約，僅需符合《燃氣分布式供能站設計規范》（DL/T 5508—2015）中的設計與規劃要求，并符合當地城市規劃，因項目建設中環境保護的要求，當地規劃部門需要給出具體的項目建設意見。它具有總投資較低、負荷匹配率高、規劃層面要求較低的優勢，建設過程獨立，對區域規劃無特殊要求。但是，它具有單位投資較大、固定成本與發電成本高、銷售電價較高、燃料成本較高、設備利用率較低、不具備獨立供能能力、節能效果低的劣勢，一般采用欠匹配原則裝機，裝機量低，不能全部實現新功能，無法完成供能自給自足，節能總量、單位節能量低于區域式。

2.3 污染物排放

天然氣分布式能源項目實施過程中的污染物包括廢氣、廢水與噪聲污染。天然氣分布式能源項目采用清潔天然氣燃料，使用過程產生的氣體為甲烷、乙烷、丙烷、異戊烷、二氧化碳與氮等，煙塵極少。天然氣含有微量硫元素，因此燃燒后會產生微量二氧化硫。它的主要廢氣污染物是氮氧化物，低氮燃燒技術可減少其排放，與傳統技術相比，煙塵與二氧化硫的排放量較少。

項目廢水污染涉及循環冷卻水系統與工業廢水兩部分，若沒有處理直接排放，就會對水環境產生影響[6]。當前，人們可以采用混凝沉淀技術來處理排放的冷卻水，實現水資源的節約與循環利用。各種工業廢水的成分不同，例如，反滲透濃水主要含有高濃度的氯離子，鍋爐廢水總體硬度較高，是鍋爐清洗、降溫過程產生的廢水，汽機房雜用水主要含有石油類污染物和懸浮物。因此，人們要根據生產工藝特點、廢水來源、污染物質含量等因素，對工業廢水進行綜合處理，達標后方可排放。

噪聲污染是項目實施與運行過程的又一污染源，主要來源是機械，如燃氣輪機、發電機、循環水泵等。在項目設計時，可以添加減震降噪裝置，選擇低頻低噪聲設備，做好基礎防震處理，構建隔音屏，使噪聲排放達到標準要求。固體廢物污染主要是項目運行過程中各種廢渣、廢油、淤泥、廢料等產生的污染，可將廢棄物交由專業處理企業處理，特別是對環境危害較大的危險廢棄物，必須由有資質的專業機構進行處理。

設計階段，天然氣分布式能源項目需要對各種影響環境的物質進行危險性識別，按物質的識別種類提出針對性的處理措施。天然氣的主要成分是易燃易爆的甲烷，它具有微毒性，無致癌性。硫化氫是伴生有毒氣體，需要進行脫硫凈化處理，提升天然氣的安全性。另外，為降低熱力系統腐蝕，提升水的pH值，項目常采用加氨水措施。如果溫度較高，氨水會分解揮發，導致容器內壓增加，產生爆炸的危險，因此，項目環境溫濕度控制尤為重要。生產期間，若調壓站、管道閥門、燃氣輪機、柴油儲罐等產生天然氣泄漏，會導致火災、爆炸等危險事故，人們應根據物質危險性進行快速識別，制定預防措施，確保項目運行安全。

天然氣分為一類和二類，對于不同類型的天然氣，總硫與硫化氫的含量有較大差異，其煙塵排放量也具有差異。天然氣燃燒排放的主要污染物是濃度不穩定的氮氧化物，內燃機的氮氧化物濃度高于燃氣輪機且不易控制。因此，人們需要根據項目設計采用的低氮燃燒技術，執行不同的排放標準。地方政府要進一步細化排放標準要求，適當提高排放標準，降低燃氣過程產生的環境污染。樓宇式主要考察噪聲環保指標，通過建立噪聲敏感目標，降低噪聲對周邊環境的污染。項目建設應與區域規劃環境影響評價相符合，人們要熟悉規劃環評問題，根據規劃環評中基于環境容量提出的區域產業布局要求，進行天然氣分布式能源項目的環境評價。項目可研初期，要對項目選址進行比對，分析天然氣分布式能源項目選址的合理性，明確項目年均綜合能源利用效率，根據有關設計規范要求，建設項目主體工程、配套工程和供氣管網。

3 結論

天然氣分布式能源項目的實施有利于資源的有效利用，降低環境污染，經濟效益高，社會效益好。項目設計和實施過程有各種風險控制點，人們需要準確識別與控制風險，加強項目管理，保障項目持續運行，為我國清潔能源的推廣奠定基礎。