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天然氣分布式能源系統(tǒng)及其應(yīng)用探討

文檔作者：趙奎文檔來(lái)源：中國(guó)石化天然氣分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月16日
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2012年第9期(總第177期) 應(yīng)用能源技術(shù)
doi：lO．3969／j．issn．1009—3230．2012．09．003
天然氣分布式能源系統(tǒng)及其應(yīng)用探討
趙奎
(中國(guó)石化天然氣分公司，北京100029)
摘要：天然氣分布式能源系統(tǒng)近年來(lái)日益得到廣泛應(yīng)用，特別是隨著國(guó)家相關(guān)政策的出
臺(tái)，進(jìn)一步規(guī)范和刺激了其應(yīng)用，開拓了天然氣應(yīng)用的新模式。文中根據(jù)天然氣分布式能源系
統(tǒng)的概念和特點(diǎn)，闡述了工作原理和其應(yīng)用領(lǐng)域，分析了國(guó)內(nèi)外天然氣分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展
現(xiàn)狀，針對(duì)分布式能源系統(tǒng)的典型應(yīng)用做了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)現(xiàn)階段發(fā)展中需解決的問(wèn)題也進(jìn)行了
分析，這對(duì)于推廣扣發(fā)展分布式能源系統(tǒng)具有重要意義。
關(guān)鍵詞：分布式能源；天然氣；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：FEl7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1009—3230(2012)09一0011—04
A Distributed Energy System of Natural Gas and its AppIication
ZHAO Kui
(SiIIopec G嬲CompaIly，Beijing 100029，Clli】艙)
Abstract：The distributed energy system of natural gas is used widely in recent yea瑙，especially稍tll
the issue of山e national relevant policy．It has s脅damized恥d stimulated its application mmler，出e
new usage mode has been opened up．Accoming to tlle c∞cept姐d chamcteIistic of t|Ie system，tllis
paper explains出e operational pdnciple and its application，蚰d“蚰alyses tlle development of t11e
system，and it intI_0duces tlle帥ical application． Cun℃nt probleIIls have been蛐alyzed． It is
important for p叩ul疵zing and devel叩ing t11e distributed energy system．
Key words：Distributed energy system；Natural gas；Application
0 引言
目前，國(guó)內(nèi)天然氣應(yīng)用逐步進(jìn)入了快速發(fā)展
的階段，這一方面是由于國(guó)內(nèi)外天然氣資源供給
逐步增加，另一方面是由于市場(chǎng)需求逐步被培育
和釋放，天然氣消費(fèi)主要集中在城市燃?xì)?、工業(yè)用
氣、燃?xì)獍l(fā)電和化工用氣等方面，并逐步向新的領(lǐng)
域拓展，天然氣分布式能源系統(tǒng)就屬于近期天然
氣應(yīng)用中的一個(gè)熱點(diǎn)，預(yù)計(jì)經(jīng)過(guò)前期的市場(chǎng)培育
和推廣，在我國(guó)將得到大規(guī)模的應(yīng)用和發(fā)展。從
政策上看，2011年10月國(guó)家四部委發(fā)布《關(guān)于發(fā)
展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》，提出要發(fā)展
收稿日期：2012一06—10 修訂日期：2012一06—21
作者簡(jiǎn)介：趙奎，工學(xué)碩士，主要從事天然氣市場(chǎng)營(yíng)銷研究
與管理工作。
建立1 000個(gè)示范工程，2020年全國(guó)裝機(jī)容量達(dá)
到5 000萬(wàn)kW，對(duì)試點(diǎn)項(xiàng)目將給予財(cái)政補(bǔ)貼等。
這必將刺激天然氣分布式能源系統(tǒng)的大力發(fā)展，
預(yù)計(jì)未來(lái)5—10年分布式能源系統(tǒng)將成為我國(guó)轉(zhuǎn)
換供能方式、改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的重要選擇，同時(shí)
也是落實(shí)節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的有效手段。
1 系統(tǒng)概念及特點(diǎn)
1．1概念與主要特點(diǎn)
分布式能源系統(tǒng)是相對(duì)于傳統(tǒng)的集中供電方
式而言，是指將冷熱電系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量、模
塊化、分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立地輸
出冷、熱、電能的系統(tǒng)。根據(jù)國(guó)際分布式能源聯(lián)盟
定義，“分布式能源”由下列發(fā)電系統(tǒng)組成，這些
系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點(diǎn)或附近的地方發(fā)電：高效利
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
12 應(yīng)用能源技術(shù)2012年第9期(總第177期)
用發(fā)電產(chǎn)生的廢能來(lái)生產(chǎn)熱和電的系統(tǒng)；具有現(xiàn)
場(chǎng)端的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)；包括利用現(xiàn)場(chǎng)廢氣、
廢熱以及多余壓差來(lái)發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。
相對(duì)于傳統(tǒng)集中式能源供應(yīng)系統(tǒng)，分布式能
源系統(tǒng)主要特點(diǎn)是將小規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)以分散的
形式在用戶端建設(shè)，按照用戶對(duì)能源產(chǎn)品的不同
需求，貼近用戶進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換并梯級(jí)利用，實(shí)現(xiàn)獨(dú)
立運(yùn)行和輸出冷、熱、電等能源產(chǎn)品。一般包括動(dòng)
力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)(供電)、余熱回收裝置(供熱)
和制冷系統(tǒng)(供冷)等。其燃料可分為化石能源
和可再生能源；其動(dòng)力裝置可分為蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃
機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)；其用戶需求可分為簡(jiǎn)單供能方式、
熱電聯(lián)產(chǎn)方式和冷熱電聯(lián)產(chǎn)方式。由于燃?xì)饫錈?
電三聯(lián)供其技術(shù)成熟、建設(shè)簡(jiǎn)單、投資相對(duì)較低和
經(jīng)濟(jì)上有競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)在國(guó)際上得到了迅速推廣。
1．2與傳統(tǒng)發(fā)電方式比較
(1)能源綜合利用率比較
大型電廠發(fā)電效率40％一50％，50％的能源
以廢熱形式排放，冷熱傳輸受距離限制。而分布
式能源分散在用戶附近，獲得40％的發(fā)電效率的
同時(shí)可將廢熱就近用于供冷供熱，能源效率提高
40％一50％。
從表l能源綜合利用率比較表可以看出，與
傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)相比，分布式能源系統(tǒng)在能源利用
率上高出25％以上，而C0：排放量比凝汽式發(fā)
電廠減少了大約三分之二，輸配電過(guò)程中的能量
損耗也降低了一半壽右。
表1 能源綜合利用率比較表
(2)經(jīng)濟(jì)性比較
分布式能源系統(tǒng)和燃?xì)忮仩t、燃?xì)庖徽羝?lián)
合循環(huán)機(jī)組等相比，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，每消耗
l m3天然氣所能得到的經(jīng)濟(jì)效益如表2所示。
表2 l m3天然氣不同利用方式經(jīng)濟(jì)性比較裹
2分布式能源工作原理
2．1概述
目前，國(guó)際上分布式能源系統(tǒng)中一次能源首
選氣體燃料，在氣體燃料中，以天然氣為主，先
利用天然氣發(fā)電，將發(fā)電后的余熱用于供熱制
冷，再將更低溫度的廢熱供應(yīng)生活熱水。分布式
能源可把城市電和氣兩個(gè)系統(tǒng)的峰和谷拉平，起
到削峰填谷的作用，從而合理利用天然氣。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2012年第9期(總第177期) 應(yīng)用能源技術(shù)13
2．2工作原理
天然氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，燃燒做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)
發(fā)電，產(chǎn)生高溫?zé)煔猓M(jìn)入余熱鍋爐，將水加熱
成為高壓蒸汽。在工作過(guò)程中，由于采用燃?xì)庖?
蒸汽聯(lián)合循環(huán)，可以同時(shí)發(fā)電、供熱、制冷，分別
形成電負(fù)荷、熱負(fù)荷、冷負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)熱電冷聯(lián)
產(chǎn)，而天然氣的熱能被逐級(jí)梯次利用，熱能利用
率可達(dá)80％左右，遠(yuǎn)高于凝汽式發(fā)電，且向外界
排放的煙氣不含硫等有害物。
3 分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用情況
3．1應(yīng)用領(lǐng)域
分布式能源系統(tǒng)的主要應(yīng)用于城區(qū)商業(yè)休閑
中心、公用事業(yè)部門或單位，或?qū)Τ菂^(qū)燃煤熱電聯(lián)
產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行改造，并能取代小型柴油機(jī)電站或?qū)?
原有的燃?xì)廨啓C(jī)電站升級(jí)，對(duì)現(xiàn)有商業(yè)住宅和新
建商業(yè)住宅小區(qū)可規(guī)劃建設(shè)，在中小型離散工業(yè)
園區(qū)或新建過(guò)程工業(yè)園區(qū)也可得到應(yīng)用。
3．2國(guó)外應(yīng)用情況
全球氣候變暖的嚴(yán)峻形勢(shì)促使世界各國(guó)積極
尋求減少溫室氣體排放的各種途徑。發(fā)達(dá)國(guó)家在
20世紀(jì)就開始研究和使用分布式能源系統(tǒng)。美
國(guó)在1978年頒布公共事業(yè)管理政策法后，正式
開始推廣建設(shè)分布式能源系統(tǒng)。目前，美國(guó)已有
6 000多座分布式能源站，美國(guó)計(jì)劃50％的新建
商用建筑使用CCHP(Combined c001ing Heating
and Power)系統(tǒng)，將15％的現(xiàn)有商用建筑改用
ccHP。根據(jù)美國(guó)的調(diào)查數(shù)據(jù)，采用冷熱電三聯(lián)供
系統(tǒng)分布式能源，寫字樓類建筑、商場(chǎng)類建筑、醫(yī)
院類建筑、體育場(chǎng)館類建筑、酒店類建筑分別可減
少運(yùn)營(yíng)成本12％、11％、2l％、32％和23％。
2009年日本CCHP總數(shù)達(dá)8199個(gè)項(xiàng)目，總裝機(jī)
已達(dá)938萬(wàn)Kw，并提出2萬(wàn)m2以上新建筑設(shè)
計(jì)，應(yīng)論證采用CCHP可能性。另外，分布式能源
系統(tǒng)在英國(guó)、丹麥、德國(guó)等歐洲各國(guó)的應(yīng)用也比較
普遍。
3．3國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況
隨著我國(guó)天然氣在能源利用中比重的不斷增
加，目前我國(guó)以天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)
建設(shè)已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開發(fā)實(shí)施階段。在北京、上海、
廣州等城市的居民小區(qū)、商城樓宇、大學(xué)城都有一
批電、熱、冷聯(lián)產(chǎn)示范工程投運(yùn)。在上海已建成8
項(xiàng)6 528 kw分布式能源，連同計(jì)劃建設(shè)的共13
項(xiàng)16 808 kw，建成100項(xiàng)容量為150萬(wàn)kw的分
布式能源，2020年前再翻一倍達(dá)300萬(wàn)kw。北
京市已建成3項(xiàng)5467 kW的分布式能源，連同擬
建的共14項(xiàng)66 285 kw。近年來(lái)幾大城市相繼實(shí)
施的大型CcHP項(xiàng)目，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、
環(huán)保效益和社會(huì)效益，CCHP系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越
受到關(guān)注和重視。同時(shí)，華電集團(tuán)、北京燃?xì)?、?
海申能、新奧燃?xì)?、?guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、中廣核、
杭州燃?xì)獾纫慌炯娂姴季职l(fā)展分布式能源
項(xiàng)目。
3．4應(yīng)用典型案例
案例一：北京燃?xì)饧瘓F(tuán)調(diào)度指揮中心項(xiàng)目：國(guó)
內(nèi)首個(gè)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)(1．2 Mw)與余熱直燃機(jī)對(duì)接
項(xiàng)目，為3．2萬(wàn)m2提供全部冷熱。
案例二：廣州大學(xué)城ccHP項(xiàng)目：裝機(jī)容量：
2 x78 Mw，屬于燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組。這一
項(xiàng)目由中國(guó)華電集團(tuán)實(shí)施，第二套機(jī)組順利通過(guò)
了“72+24”小時(shí)試運(yùn)行后已正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。
案例三：長(zhǎng)沙黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)能源中心：新建
田航站樓地上11．04萬(wàn)m2，地下4．39萬(wàn)m2，
2015年旅客吞吐量1 560萬(wàn)人次。系統(tǒng)配置為：2
臺(tái)836 kw燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)，2臺(tái)400萬(wàn)kcaL／h余
熱直燃機(jī)，2臺(tái)8∥h燃?xì)忮仩t，3臺(tái)4 571 kw電
空調(diào)，1套32800 kw水蓄冷。該機(jī)場(chǎng)內(nèi)設(shè)分布式
能源站，以燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉醇夹g(shù)為核心，主
要為新建航站樓提供全年冷、熱，并以“并網(wǎng)不上
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
14 應(yīng)用能源技術(shù)2012年第9期(總第177期)
網(wǎng)”的方式提供部分電力供應(yīng)，項(xiàng)目主要由新奧
集團(tuán)和遠(yuǎn)大集團(tuán)實(shí)施。
4 發(fā)展中需解決的問(wèn)題
分布式能源系統(tǒng)在我國(guó)有了較大的發(fā)展，而
且應(yīng)用前景廣闊，在提高我國(guó)能源利用率、降低發(fā)
電供熱能源方面將承擔(dān)十分重要的角色，但是天
然氣在分布式能源系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，還需解決以
下幾個(gè)問(wèn)題：一是應(yīng)制定出臺(tái)有利于分布式能源
系統(tǒng)發(fā)展的環(huán)保政策措施；二是應(yīng)鼓勵(lì)分布式能
源新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，合理高效利用天然氣；三
是建立合理的天然氣發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制，并對(duì)天
然氣發(fā)電實(shí)行調(diào)峰電價(jià)政策。
5 結(jié)束語(yǔ)
天然氣分布式能源系統(tǒng)由于運(yùn)用能源梯級(jí)利
用原理，有效提高能源利用率，因此具有傳統(tǒng)發(fā)電
所不具備的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家相關(guān)鼓勵(lì)政策的推動(dòng)下，
作為天然氣消費(fèi)的一種新方式，在我國(guó)將逐步得
到推廣和應(yīng)用。同時(shí)隨著新型分布式發(fā)電技術(shù)的
日漸成熟以及智能電網(wǎng)工程的全面推進(jìn)，分布式
能源系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)規(guī)模性并網(wǎng)，并以其低能耗、低排
放、高能效、高節(jié)能潛力等優(yōu)點(diǎn)逐漸在發(fā)展低碳經(jīng)
濟(jì)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，對(duì)我國(guó)未來(lái)能源的可持
續(xù)發(fā)展有著重要意義。因此，應(yīng)根據(jù)我國(guó)的能耗
特點(diǎn)把分布式能源應(yīng)用提到能源發(fā)展的戰(zhàn)略高
度，一方面努力提高資源的利用效率，另一方面最
大限度地減少環(huán)境污染，合理解決制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)
持續(xù)快速發(fā)展的能源資源短缺問(wèn)題。
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