黑龍江省天然氣分布式能源系統的節能分析及應用前景

劉堅（中國石油昆侖氣電有限公司）

美國是采用分布式能源系統較早的國家，但對我國而言，還處在起步階段。根據我國政府發展規劃要求，要結合社會經濟發展的實際情況，大力推動和開展天然氣分布式能源，從而促進國民經濟的可持續發展[1]。通過運用天然氣分布式能源系統（以下簡稱“能源系統”），能夠大幅度提高天然氣的使用效率，還可將電網和天然氣管網的特點凸顯出來，有利于能源供應的穩定和可靠，進而表現出能源系統對節能減排起到重要作用。但在黑龍江省的實際應用過程中，由于受到各方面因素的影響，導致該能源系統存在一定的局限性，不能充分滿足地區的需要；因此，本文針對黑龍江省天然氣分布式能源系統問題展開論述。

1 概述

分布式能源是指以滿足用戶對多種能源需求為基礎，對各類資源進行系統地整合與優化，其能源供應模式與集中功能的模式相對，具體結構如圖1所示。

采用分布式能源系統可以有效減少能源消耗[2]，符合國家節能減排規劃的要求。現階段，各省、自治區、直轄市充分結合本地域對能源的需求情況，大力支持分布式能源系統的發展，在國家相關規劃的指導下，相繼推出了相關政策。與此同時，2017年6 月，國家發改委發布的《關于加快推進天然氣利用的意見》中指出， 要大力發展天然氣分布式能源，在大眾城市具有冷熱電需求的能源符合中心、產業和物流園區、商業中心、醫院、學校等推廣天然氣分布式能源示范項目；而在相關管網尚未能普遍覆蓋的地區，先以LNG 作為氣源進行試點。之后，黑龍江省于2017 年12 月發布了《黑龍江能源發展“十三五”規劃》，規劃中提出“全面開放用戶側分布式電力市場，實現電網公平介入，促進分布式能源發展；推進分布式能源網絡建設”。

圖1 分布式能源系統結構

2 天然氣分布式能源系統內容分析

天然氣分布式能源系統主要分布在用戶端能源綜合利用中，用戶可以利用微小型的獨立輸電、熱、冷系統，實現天然氣多種能源梯級的利用。另外，分布式能源系統更加靠近負荷中心，有效地減少輸配級別管道的熱損，在能源不足的情況下，也能夠實現外部能源網供給補充。

能源系統是以天然氣為基本燃料推動燃氣輪機、內燃機等設備運行[3]，既能符合對電力能源的需求，又能將系統產生的余熱通過相應的設備為客戶供暖；如此一來，就建立了一套燃氣冷熱電等多能源聯合供應的體系，以滿足各類用戶的需求，從而提高單位能源的利用率，實現節能減排的重要目標。

能源系統通常由動力系統、供熱系統和制冷系統組成。其中，動力系統作為能量轉換的主要部分，是開發分布式能源系統的重點對象，包括燃氣輪機、內燃機等設備。燃氣輪機的工作原理是利用燃氣燃燒產生的能，加熱鍋爐中的水產生水蒸氣，利用水蒸氣對汽輪機做功，從而產生電能。在這一過程中，可以將低壓蒸汽或熱水的部分能量回收再利用，從而滿足用戶的供暖需求。目前，燃氣輪機的余熱回收效率高，是主要的動力系統組件。另外，燃氣內燃機驅動發電機組，主要的燃料是天然氣，其在使用中相對投資少，機組啟動快速方便，變負荷性能突出，廣泛應用于各行各業。

3 天然氣分布式能源系統節能應用

當前社會經濟迅速發展， 天然氣分布式能源系統廣泛用于促進節能減排過程中，并取得了巨大的經濟效益和社會效益，同時也推動了社會經濟的可持續發展。目前，能源系統在我國各地區都在不斷完善之中，一些重大的項目和規劃都在謀求通過這一系統，減少能源消耗，從而降低成本投入。

3.1 實施能源系統的意義

1）能源系統對節能減排起到重要作用。能源系統因其在節能方面的特性，可以大范圍地應用在電力系統中，特別是以熱電聯產為基礎，配備吸收式制冷機來吸收熱電轉換過程中的余熱。如此，能夠按照用戶的需要進行選擇，例如，夏季可以利用熱電生產時的冷卻水進行換熱，提高一次能源利用效率，從而提升整個系統的能源利用率；既節約燃料，又能增加發電量，還可減少因電能輸送產生的各類損耗。

2）能源系統能夠提高能源使用效率。以煤電為例，目前大型電廠的發電效率一般在35%～55%之間[4]，再考慮電能運輸過程中的線路損失[5]，到達終端后能源利用率只有30%～35%。應用天然氣分布式能源系統及其梯級使用成果，可以將電能生產過程中產生的余熱加以利用。根據用戶的實際需求，實施能源的再次利用，可提升綜合利用效率至80%以上；而且分布式能源系統通常貼鄰用戶建設，可將電能與熱能在長途傳輸過程中的能量消耗降低到近似于零。按照每100×104kW 的裝機容量，每年可節能78×104t 標煤以上[6]。若按我國5年內新增裝機容量預期超過4×108kW，其中15%～20%采用分布式能源系統計算，則每年可節能6 000×104t 標煤以上，CO2減排約1.6×108t。

3）能源系統對天然氣調峰起到緩沖作用。在能源系統運行過程中，能夠調節發電系統。當天然氣需求量與電力供應之間達到某一設定值時，通過分布式能源系統，對發電系統采取機械中斷，在不同的時間、季節發揮其削峰填谷作用，保證燃氣系統和電力系統的安全性和穩定性，減少電力裝置峰值裝機容量，從而降低電網和熱力管網的運營成本。

3.2 黑龍江省天然氣分布式能源系統運行現狀

天然氣分布式能源系統在實際運行過程中，會受到多方面因素的影響，將影響能源系統對天然氣能源的優化作用。目前，黑龍江省天然氣分布式能源系統運行情況如下所述。

3.2.1 天然氣資源分布不均勻

黑龍江省天然氣總體利用水平不高，供需矛盾比較突出[7]。2015 年，全省人均天然氣消費量約93 m3，比全國平均水平低47 m3，全省城鎮天然氣氣化率為33.3%，比全國平均水平低6.7%。據預計，到2020 年，全省天然氣需求總量將超過44.3×108m3[8]，目前氣源單一。現有氣源主要是大慶油田生產的天然氣，其商品氣量低，導致各地氣源不足，天然氣市場發育緩慢，嚴重制約了天然氣分布式能源業務的開展。

黑龍江省天然氣消費以城市燃氣為主，城市燃氣為10.56×108m3，占比39%；工業燃氣為7.63×108m3，占比28%；天然氣發電1.2×108m3，占比5%；化工燃氣為7.59×108m3，占全省總量的28%。

3.2.2 能源系統短期內難以并網

目前，天然氣分布式能源系統還處于發展過程中，而且黑龍江省的電力市場還沒有完全開放，國有的電力集團占主導地位，致使能源系統現階段在黑龍江省難以并網，影響能源系統對能源的管理效率。

3.2.3 能源系統與現行機制存在矛盾

現階段，我國對電價實施交叉補貼的模式，導致工業用電的價格低于居民、農業用電，造成了能源系統與現行機制間產生矛盾。因為能源系統是可以應用天然氣自行發電的系統，可以滿足余缺網補，將壓縮電網企業的利潤空間，從而阻礙電網的發展和運行。

3.2.4 燃氣價格無法得到用戶滿意

天然氣分布式能源業務的開展，對黑龍江省總體經濟情況來說比較超前，部分地市的熱電企業對目前的天然氣價格不能接受，部分地區政府對當地煤礦企業持保護態度，對目前氣源、氣價問題持懷疑和觀望態度。

4 黑龍江省天然氣資源及分布式能源系統發展前景

就目前黑龍江省而言，天然氣分布式能源系統屬于剛剛起步階段，但在實際應用過程中，在大慶油田已經有了多年的成功案例。其中，中油電能氣電公司（原大慶油田電力集團燃機電廠） 成立于1986 年，是大慶最早使用天然氣發電的企業，擁有2 套美國GE 公司生產的MS-6001B 型燃氣-蒸汽聯合循環機組，2 套機組分別于1986 年和1989 年投產，總裝機容量為105 MW。截至目前，該機組累計運行時間超過35×104h，累計發電超過150×108kWh 發電余熱，熱水供廠內冬季供暖，與傳統煤電比較，節能減排效果顯著。該廠成立較早，成立之初并沒有分布式能源的概念，主要以發電為主，余熱利用為輔，嚴格而言還不能算是完整的分布式能源項目，但從多年的實際運行效果來說還是值得肯定和借鑒的。

隨著東北振興、城鎮化戰略的實施，以及資源環境的約束趨緊，大氣污染防治對綠色能源替代的要求日益迫切，黑龍江省正在推動全省傳統工業優化升級，裝備制造、綠色食品、交通運輸等重點行業持續發展，黑龍江省天然氣資源將有極大的發展空間。國家引進俄氣戰略工程正在穩步實施，國家確定的能源戰略大通道：中俄東線、中俄遠東線分別從黑河、虎林入境，分別自北向南、自東向西貫穿黑龍江省。其中東線正在建設，預計2019 年10月底達到通氣條件，干線完成通氣、再完成各市縣的支線建設后，基本能夠實現黑龍江省天然氣全覆蓋，為黑龍江省大力發展天然氣產業提供資源保障，也解決了天然氣分布式能源系統目前存在的氣源緊缺的困難，對優化我省能源結構、實現節能減排、建設節約型社會發揮著巨大作用。在實際發展過程中，也需要不斷引進先進的技術，完善管理標準，提升燃氣利用效率，推進天然氣分布式能源系統創新，滿足當前社會發展的需要，實現節能減排的目標，促進節約型社會的建設。

綜上所述，天然氣分布式能源系統具有清潔、高效、環保等優點，能夠實現能源的梯級綜合利用，進一步提升天然氣利用效率，減少三廢排放，滿足當前節能要求[9]。由于黑龍江省的天然氣資源現狀、天然氣價格接受能力、電力市場相關政策等方面的原因，目前大力推行天然氣分布式能源項目還存在一定難度[10]。但從當前全國天然氣分布式能源系統廣泛應用的趨勢，以及黑龍江省未來幾年天然氣資源配置日漸豐富的情況來看，改變當前能源利用現狀，為提升節能減排的效益，最大限度減少二氧化碳的排放，增加節能減排的經濟效益和社會效益，推行天然氣分布式能源項目的前景是十分樂觀和值得肯定的。