天然气分布式能源系统及其技术应用

丁海红　岳菊红

（1.河南理工大学土木学院，河南　焦作　454000；2.河南矿业建设（集团）有限责任公司，河南　郑州　450016）

天然气分布式能源系统及其技术应用

丁海红1岳菊红2

（1.河南理工大学土木学院，河南焦作454000；2.河南矿业建设（集团）有限责任公司，河南郑州450016）

分布式能源系统拥有输电成本低、供电效率高、经济性能好、环保性强以及安全可靠等优势，因此近年来受到了社会各界的关注与投资者的青睐。基于此，主要探讨天然气分布式能源系统的主要特征及其技术应用。

天然气；分布式能源；技术应用

天然气作为20世纪70年代以来发展速度最快的能源，到今天为止天然气的年消耗量已经趋近于石油，继煤炭与石油之间开始成为世界第三大重要商品能源。2011年10月，我国正式出台《关于发展天然气分布式能源的指导意见》，进而不断促进我国天然气分布式能源系统的应用及相关技术的发展，这是提升能源实际利用效率的有效途径，对于我国可持续战略的发展来说具有十分重要的意义。

1　天然气分布式能源系统概述

天然气分布式能源即是以天然气为燃料，设置于用户侧可以独立输出冷、热、电能的综合能源利用系统。天然气分布式能源系统的基本构成和工艺流程如图1所示，天然气充当燃料进入燃烧动力设备并驱动发电机发电，剩下的余热根据其品质不同来驱动设备制冷制热，进而实现能源的高效利用，以防止能源的浪费［1］。天然气分布式能源系统实际发电效率按照动力设备的差异通常在25%～40%，总能源利用率通常保持在80%左右。天然气分布式能源系统的应用和推广，能够在很大程度上释放大电网在用电高峰阶段的压力与负荷。

图1　天然气分布式能源系统的基本组成及工艺流程

2　天然气分布式能源系统的特征分析

2.1能源损失少，输送成本低

按照国际分布式能源联盟给出的报告，现阶段很大一部分电量损耗出现在输配环节，如果从用户端进行计算，集中式供电的能源利用效率不到35%。而天然气分布式能源的利用效率最高能达到80%甚至90%。直接设置在用户附近的天然气分布式能源和大电网联系起来，能在很大程度上补充大电网在可靠性方面的缺陷，进而有效地增强用户供电的安全稳定性，特别是当电网出现崩溃或者意外事故的状态下，依旧能够持续对重点用户予以供电。

2.2装机容量小，灵活性较大

与集中式功能系统相比，分布式能源的装机容量相对较小（kW级到MW级）。其中，楼宇型天然气分布式能源系统装机容量一般保持在20MW内；而区域型天然气分布式冷热电联系统因为功能规模更大，因此装机容量一般是在100～200MW；装机容量大于200MW时，则予以限制。可以说，天然气分布式能源系统和用户的实际需求联系十分紧密，系统规模更小且灵活性较强，天然气分布式能源系统更有助于进行调节，具有十分突出的节能减排优势。

2.3系统集成多学科交叉协同

天然气分布式能源系统集成技术发展较快，同时表现出多种学科交叉协同的特点。所以，针对用户实际需求的集成方式有不同的类型，拥有十分明显的个性化特征，复制性较差。现代新型天然气分布式能源系统借助于选择有针对性的科学技术，通过系统优化与调整，可确保同时实现多个不同的功能目标，以符合不同用户的具体需求。

3　天然气分布式能源技术的应用

3.1楼宇型天然气分布式能源

楼宇型天然气分布式能源系统主要应用于某一建筑的耗能需求，该系统的规模不大，因为在同一建筑中不同用户的能耗需求差异较小，同时负荷变化方向一般比较趋同，供需之间的缓冲空间较小，回旋余地也相对较小。因此，系统应当对用户的实际能耗需求变化进行第一时间的快速反应，联产系统的运行必须要根据负荷变化而调整，运行工况也必须要及时予以变化，始终处在一种相对被动的状态下，这就对系统的全工况性能要求有所提升。根据系统集成原则，可以选择输出能力比例可调、蓄能调节，另外将部分常规分产系统和联产系统进行整合，也可选择网电配合的优化运行模式来加以调整。

燃气轮机-余热吸收式冷热电联产系统，根据其热力循环的差异可以划分为简单循环型和回热循环型两类。前者系统相对简单，维护便利，但发电效率仅仅可达30%左右，比如适用于用电需求较小但对冷热量需求较大的用户，冷热电比约为1.5～2.5；后者更加适合冷热电相对较低的用户，一般其冷热电比为1.0～1.5，热能用于发电的比例较高。近年来，楼宇型天然气分布式能源出现了新的发展趋势，即是以燃用天然气的微小型燃气轮机作为分布式能源系统的核心动力，广泛的应用在一些别墅或者庄园。

3.2区域型分布式冷热电联供系统

所谓区域型分布式冷热电联供系统，主要针对某一区域中部分建筑共同组成的建筑群，和单一建筑目标相比，建筑群的实际能耗需求更大，同时因为各个建筑自身的实际功能差异，其能耗需求也存在较大差异性。所以，不同用户的负荷变化难以同步，一般不会遇到同时高峰、低谷耗能的现象。因此，系统运行过程中必须充分结合负荷的同时使用系数，增强供需的回旋余地，进而降低系统全工况性能要求。所以，如果规模相对较大，能够选择更加高效的燃气轮机——汽轮机发电机组，确保燃气、蒸汽、冷气及热水的科学匹配，有效增强能源利用效率。比如，华电集团建造的国内较大的广州大学城区能源站工程，便是2×7.8MW燃气-蒸汽联合循环机组作为基础的天然气冷热三联供系统。燃气能的38%经过燃气轮机变为电能，50℃左右的烟气在余热锅炉形成4.0MPa的蒸汽，之后进抽凝式汽轮机继续做功发电；拿出0.5MPa蒸汽供给第一制冷展的溴化锂吸收制冷机，余热锅炉产生的烟气能够应用到生活用水的加热上，不足热量通过蒸汽透平冷凝潜热予以补充。该系统能够让燃气能源的利用率提升到75%左右，与过去的火力发电厂的燃煤利用率35%相比已经有了非常大的进步。该能源站早在2010年便正式投入实际运行，能够为大学城内各个大学和附近20万用户供应电能、生活热水及空调制冷。

3.3产业型分布式冷热电联供系统

较集中的一些现代工业园区，搭建天然气分布式冷热电联供系统，所需面对的一般是若干产业相对接近的企业或者中型企业，相对的用户负荷拥有趋同的特性。系统运行状态下，往往会让这些企业用户同时处在高峰或者谷底用能状态，同时因为负荷规模相对较大，对系统的全工况要求更高。所以，在对系统进行设置时，须尽可能考虑蓄能设备对联产系统高效运行和满足用户负荷的协调作用。

国内化工、食品、建材及造纸等工业都属于耗能大户，在终端耗能构成中，热电比一般在3以上，用热主要有蒸汽与物流加热。不同过程需要加热的温度范围也有差异性。而工业用冷温度范围较广，包含了从0～20℃的一般浅冷，到乙烯工业、空气液化分离所需的-180℃的深冷。上述工业用热、用冷都能借助联产及联供技术的集成组合来实现，进而最大限度提升能源的利用效率与经济效益。

4　结语

分布式能源系统属于一种更加环保、经济及安全的能源系统，也必然会成为未来电力工业的主要发展趋势。因此，必须紧跟时代发展的步伐，积极跟踪国家产业政策与行业发展信息，努力做好相关技术的研究创新工作，推进分布式冷热电联供能源系统的发展，为我国降低能源消耗、确保能源安全、优化能源结构作出积极贡献。

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

丁海红（1982-），女，硕士在读，讲师，研究方向：能源应用与节能技术；岳菊红（1973-），女，硕士在读，高级工程师，研究方向：工程技术与管理。

［1］陈贤国.天然气分布式能源（冷热电三联供）在国家会展中心的应用［J］.上海电气技术，2016（1）：30-32.