天然氣分布式能源系統(tǒng)及其技術(shù)應(yīng)用

丁海紅　岳菊紅

（1.河南理工大學(xué)土木學(xué)院，河南　焦作　454000；2.河南礦業(yè)建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，河南　鄭州　450016）

天然氣分布式能源系統(tǒng)及其技術(shù)應(yīng)用

丁海紅1岳菊紅2

（1.河南理工大學(xué)土木學(xué)院，河南焦作454000；2.河南礦業(yè)建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，河南鄭州450016）

分布式能源系統(tǒng)擁有輸電成本低、供電效率高、經(jīng)濟(jì)性能好、環(huán)保性強(qiáng)以及安全可靠等優(yōu)勢(shì)，因此近年來(lái)受到了社會(huì)各界的關(guān)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(tǒng)的主要特征及其技術(shù)應(yīng)用。

天然氣；分布式能源；技術(shù)應(yīng)用

天然氣作為20世紀(jì)70年代以來(lái)發(fā)展速度最快的能源，到今天為止天然氣的年消耗量已經(jīng)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(guó)正式出臺(tái)《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》，進(jìn)而不斷促進(jìn)我國(guó)天然氣分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，這是提升能源實(shí)際利用效率的有效途徑，對(duì)于我國(guó)可持續(xù)戰(zhàn)略的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義。

1　天然氣分布式能源系統(tǒng)概述

天然氣分布式能源即是以天然氣為燃料，設(shè)置于用戶側(cè)可以獨(dú)立輸出冷、熱、電能的綜合能源利用系統(tǒng)。天然氣分布式能源系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工藝流程如圖1所示，天然氣充當(dāng)燃料進(jìn)入燃燒動(dòng)力設(shè)備并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，剩下的余熱根據(jù)其品質(zhì)不同來(lái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備制冷制熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，以防止能源的浪費(fèi)［1］。天然氣分布式能源系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電效率按照動(dòng)力設(shè)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(tǒng)的應(yīng)用和推廣，能夠在很大程度上釋放大電網(wǎng)在用電高峰階段的壓力與負(fù)荷。

圖1　天然氣分布式能源系統(tǒng)的基本組成及工藝流程

2　天然氣分布式能源系統(tǒng)的特征分析

2.1能源損失少，輸送成本低

按照國(guó)際分布式能源聯(lián)盟給出的報(bào)告，現(xiàn)階段很大一部分電量損耗出現(xiàn)在輸配環(huán)節(jié)，如果從用戶端進(jìn)行計(jì)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(dá)到80%甚至90%。直接設(shè)置在用戶附近的天然氣分布式能源和大電網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)，能在很大程度上補(bǔ)充大電網(wǎng)在可靠性方面的缺陷，進(jìn)而有效地增強(qiáng)用戶供電的安全穩(wěn)定性，特別是當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)崩潰或者意外事故的狀態(tài)下，依舊能夠持續(xù)對(duì)重點(diǎn)用戶予以供電。

2.2裝機(jī)容量小，靈活性較大

與集中式功能系統(tǒng)相比，分布式能源的裝機(jī)容量相對(duì)較?。╧W級(jí)到MW級(jí)）。其中，樓宇型天然氣分布式能源系統(tǒng)裝機(jī)容量一般保持在20MW內(nèi)；而區(qū)域型天然氣分布式冷熱電聯(lián)系統(tǒng)因?yàn)楣δ芤?guī)模更大，因此裝機(jī)容量一般是在100～200MW；裝機(jī)容量大于200MW時(shí)，則予以限制?？梢哉f(shuō)，天然氣分布式能源系統(tǒng)和用戶的實(shí)際需求聯(lián)系十分緊密，系統(tǒng)規(guī)模更小且靈活性較強(qiáng)，天然氣分布式能源系統(tǒng)更有助于進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有十分突出的節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)。

2.3系統(tǒng)集成多學(xué)科交叉協(xié)同

天然氣分布式能源系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展較快，同時(shí)表現(xiàn)出多種學(xué)科交叉協(xié)同的特點(diǎn)。所以，針對(duì)用戶實(shí)際需求的集成方式有不同的類型，擁有十分明顯的個(gè)性化特征，復(fù)制性較差?，F(xiàn)代新型天然氣分布式能源系統(tǒng)借助于選擇有針對(duì)性的科學(xué)技術(shù)，通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化與調(diào)整，可確保同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同的功能目標(biāo)，以符合不同用戶的具體需求。

3　天然氣分布式能源技術(shù)的應(yīng)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(tǒng)主要應(yīng)用于某一建筑的耗能需求，該系統(tǒng)的規(guī)模不大，因?yàn)樵谕唤ㄖ胁煌脩舻哪芎男枨蟛町愝^小，同時(shí)負(fù)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(duì)較小。因此，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對(duì)用戶的實(shí)際能耗需求變化進(jìn)行第一時(shí)間的快速反應(yīng)，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行必須要根據(jù)負(fù)荷變化而調(diào)整，運(yùn)行工況也必須要及時(shí)予以變化，始終處在一種相對(duì)被動(dòng)的狀態(tài)下，這就對(duì)系統(tǒng)的全工況性能要求有所提升。根據(jù)系統(tǒng)集成原則，可以選擇輸出能力比例可調(diào)、蓄能調(diào)節(jié)，另外將部分常規(guī)分產(chǎn)系統(tǒng)和聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行整合，也可選擇網(wǎng)電配合的優(yōu)化運(yùn)行模式來(lái)加以調(diào)整。

燃?xì)廨啓C(jī)-余熱吸收式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)其熱力循環(huán)的差異可以劃分為簡(jiǎn)單循環(huán)型和回?zé)嵫h(huán)型兩類。前者系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)便利，但發(fā)電效率僅僅可達(dá)30%左右，比如適用于用電需求較小但對(duì)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(duì)較低的用戶，一般其冷熱電比為1.0～1.5，熱能用于發(fā)電的比例較高。近年來(lái)，樓宇型天然氣分布式能源出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢(shì)，即是以燃用天然氣的微小型燃?xì)廨啓C(jī)作為分布式能源系統(tǒng)的核心動(dòng)力，廣泛的應(yīng)用在一些別墅或者莊園。

3.2區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

所謂區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，主要針對(duì)某一區(qū)域中部分建筑共同組成的建筑群，和單一建筑目標(biāo)相比，建筑群的實(shí)際能耗需求更大，同時(shí)因?yàn)楦鱾€(gè)建筑自身的實(shí)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(fù)荷變化難以同步，一般不會(huì)遇到同時(shí)高峰、低谷耗能的現(xiàn)象。因此，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中必須充分結(jié)合負(fù)荷的同時(shí)使用系數(shù)，增強(qiáng)供需的回旋余地，進(jìn)而降低系統(tǒng)全工況性能要求。所以，如果規(guī)模相對(duì)較大，能夠選擇更加高效的燃?xì)廨啓C(jī)——汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，確保燃?xì)狻⒄羝?、冷氣及熱水的科學(xué)匹配，有效增強(qiáng)能源利用效率。比如，華電集團(tuán)建造的國(guó)內(nèi)較大的廣州大學(xué)城區(qū)能源站工程，便是2×7.8MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組作為基礎(chǔ)的天然氣冷熱三聯(lián)供系統(tǒng)。燃?xì)饽艿?8%經(jīng)過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)變?yōu)殡娔埽?0℃左右的煙氣在余熱鍋爐形成4.0MPa的蒸汽，之后進(jìn)抽凝式汽輪機(jī)繼續(xù)做功發(fā)電；拿出0.5MPa蒸汽供給第一制冷展的溴化鋰吸收制冷機(jī)，余熱鍋爐產(chǎn)生的煙氣能夠應(yīng)用到生活用水的加熱上，不足熱量通過(guò)蒸汽透平冷凝潛熱予以補(bǔ)充。該系統(tǒng)能夠讓燃?xì)饽茉吹睦寐侍嵘?5%左右，與過(guò)去的火力發(fā)電廠的燃煤利用率35%相比已經(jīng)有了非常大的進(jìn)步。該能源站早在2010年便正式投入實(shí)際運(yùn)行，能夠?yàn)榇髮W(xué)城內(nèi)各個(gè)大學(xué)和附近20萬(wàn)用戶供應(yīng)電能、生活熱水及空調(diào)制冷。

3.3產(chǎn)業(yè)型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

較集中的一些現(xiàn)代工業(yè)園區(qū)，搭建天然氣分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，所需面對(duì)的一般是若干產(chǎn)業(yè)相對(duì)接近的企業(yè)或者中型企業(yè)，相對(duì)的用戶負(fù)荷擁有趨同的特性。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，往往會(huì)讓這些企業(yè)用戶同時(shí)處在高峰或者谷底用能狀態(tài)，同時(shí)因?yàn)樨?fù)荷規(guī)模相對(duì)較大，對(duì)系統(tǒng)的全工況要求更高。所以，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，須盡可能考慮蓄能設(shè)備對(duì)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)高效運(yùn)行和滿足用戶負(fù)荷的協(xié)調(diào)作用。

國(guó)內(nèi)化工、食品、建材及造紙等工業(yè)都屬于耗能大戶，在終端耗能構(gòu)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(guò)程需要加熱的溫度范圍也有差異性。而工業(yè)用冷溫度范圍較廣，包含了從0～20℃的一般淺冷，到乙烯工業(yè)、空氣液化分離所需的-180℃的深冷。上述工業(yè)用熱、用冷都能借助聯(lián)產(chǎn)及聯(lián)供技術(shù)的集成組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而最大限度提升能源的利用效率與經(jīng)濟(jì)效益。

4　結(jié)語(yǔ)

分布式能源系統(tǒng)屬于一種更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)及安全的能源系統(tǒng)，也必然會(huì)成為未來(lái)電力工業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)。因此，必須緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，積極跟蹤國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策與行業(yè)發(fā)展信息，努力做好相關(guān)技術(shù)的研究創(chuàng)新工作，推進(jìn)分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)的發(fā)展，為我國(guó)降低能源消耗、確保能源安全、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)作出積極貢獻(xiàn)。

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(yīng)用與節(jié)能技術(shù)；岳菊紅（1973-），女，碩士在讀，高級(jí)工程師，研究方向：工程技術(shù)與管理。

［1］陳賢國(guó).天然氣分布式能源（冷熱電三聯(lián)供）在國(guó)家會(huì)展中心的應(yīng)用［J］.上海電氣技術(shù)，2016（1）：30-32.