天然气分布式能源与天然气热电联产项目的区别

赖建波 马俊峰

摘 要：针对一些人在天然气分布式能源与天然气热电联产项目理解上的困惑，阐述了对天然气分布式能源的理解，比较了天然气分布式能源与天然气热电联产在联供和联产、发电设备容量、系统设计上的区别。

关键词：天然气分布式能源；天然气热电联产；比较；区别

中图分类号：TU996.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0050-03

Abstract： In view of some people's confusion about the understanding of natural gas distributed energy and natural gas cogeneration project， this paper expounds the understanding of natural gas distributed energy. The differences between natural gas distributed energy and the natural gas CHP （Combined Heating and Power） cogeneration and supply， the capacity of power generation equipment and the system design are compared.

Keywords： natural gas distributed energy； natural gas CHP cogeneration； comparison； difference

1 概述

天然氣发电有四种形式：一是天然气基荷电站，二是天然气调峰电站，三是天然气热电联产，四是天然气分布式能源。国务院于2018年6月27日印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》（下称《行动计划》），提出有序发展天然气调峰电站等可中断用户，原则上不再新建天然气热电联产项目。《行动计划》中提到了天然气热电联产项目，但未提及天然气分布式能源项目。

目前，我国尚未在技术指标上将天然气分布式能源项目与天然气热电联产项目加以区别，《行动计划》让一些人产生困惑，认为政策限制了天然气分布式能源的发展。鉴于此，笔者结合自己多年从事天然气分布式能源项目设计和研究工作的经验，谈谈天然气分布式能源项目和天然气热电联产项目的区别。

2 对天然气分布式能源的理解

2011年10月9日国家发展改革委等四部委联合发布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（下称《指导意见》），文中指出，“天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。”

根据《指导意见》对天然气分布式能源的定义，可以看出天然气分布式能源包含以下几个方面的信息：（1）以天然气为燃料；（2）能源梯级利用；（3）冷（热）电联供；（4）综合能源利用率在70%以上；（5）服务于负荷中心；（6）现代能源供应方式。因此，天然气分布式能源与天然气热电联产的最主要区别在于，它是服务于负荷中心的现代能源供应方式。

根据天然气分布式能源定义，天然气分布式能源是一种分布于用户端的能量供应系统，就近满足用户的能源需求。究其本质，就是服务于当地的负荷中心，而不是为了大规模远距离输送能源。从满足用户能源需求的角度来讲，天然气分布式能源系统容量的大小是由用户能源需求特性决定的，即天然气分布式能源设备的选择是由用户冷、热、电负荷需求特点决定的，这不同于天然气热电联产是以集中供热为前提。

基于上述考虑，天然气分布式能源是一种位于用户侧的，并立足于现有能源-资源配置条件和成熟的技术组合，是不同领域新技术革命的整合，建立在信息通信技术、智能控制技术等基础上，具有低污染排放，灵活方便，高可靠性和高效率的能量生产系统[1]。

3 联供和联产的区别

联供有联产、供应的意思，因此“联供”包括了“联产”的概念。联产的侧重点是在供应侧，为提高供应侧的能源转换效率而设法充分利用余热。联供的侧重点除了供应侧，还要满足用户侧，因此，联供系统需要解决两个方面的技术与措施，一方面是，供应侧的各种冷、热、电生产技术，如发电设备、制冷设备、供热设备的选择及采用不同的热源，并结合各种可再生能源技术和蓄热蓄冷技术；另一方面是，用户侧的供冷和供热末端技术或终端的传递和控制技术与设施。因此，“联供”系统的复杂程度和系统优化的重要性要比“联产”大得多[2]。

天然气分布式能源是一种联供系统，拥有先进的自动化控制技术，能够在各种气候条件和负荷条件下，为用户提供各类能源。要实现高效率、低成本的冷、热、电联供，不仅要用热电联产技术，而且还要结合其他各种制冷、制热的先进技术，如热泵技术、可再生能源利用技术等，把它们优化集成在一起，系统生产的冷、热、电负荷全部在一个经济合理的范围内就地直供。

天然气热电联产是利用发电后产生的余热生产相对低品位的热能，从而使系统的能源转换效率提高。热电联产机组的建设是按照“以热定电”原则，因此，机组生产的大部分超过本区域需求的电都必须上网销售。这种完全依赖电网的系统其实不是真正的分布式能源系统，因为这种系统不是服务于当地的负荷中心。

4 发电设备容量差异

自从《指导意见》发布以来，天然气分布式能源项目在我国得到了快速发展。截至2015年底，我国天然气分布式能源项目已增加至288项，总装机容量为1112万千瓦，其中楼宇式133项，装机容量约23万千瓦；区域式155项，装机容量约1089万千瓦。由此得到，单个楼宇式平均装机容量约1.7MW，单个区域式平均装机容量约70MW。

天然气分布式能源项目选择的发电设备主要为微型燃气轮机、小型燃气轮机和燃气内燃机等。目前针对天然气分布式能源项目设计可供参考的标准有两个：一个是国家标准，即《燃气冷热电联供工程技术规范》（GB51131-2016），该标准适用于发电设备单机容量小于或等于25MW的简单循环；另一个是电力行业标准，即《燃气分布式供能站设计规范》（DL/T 5508-2015），该标准适用于楼宇式能源站发电设备单机容量不大于10MW，区域式能源站发电设备单机容量不大于50MW。结合上述两标准，天然气分布式能源发电设备的单机容量不应超过50MW。国际上常将单机出力在50MW及以下的燃气轮机归类为中小型燃气轮机。

近年来，燃气轮机正朝着大型化的方向发展。燃气轮机与蒸汽轮机组成的大型燃气-蒸汽联合循环发电机组，最大功率可达420MW～480MW，循环发电效率可达55%～58%，若采用热电联产，其综合能源利用效率可达80%～90%[3]。天然气热电联产发电设备采用的是大型燃气轮机。根据燃气轮机的发电出力主要分为B级、E级、F级和H级，B级燃气轮机单机出力不超过100MW；E级燃气轮机单机出力在100MW～200MW之间，F级燃气轮机单机出力在200MW～300MW之间，H级燃气轮机单机出力在300MW～400MW之间。

当前天然气热电联产项目正向大型化方向发展，而天然气分布式能源项目则呈现小型化趋势。天然气热电联产是一种大型的燃气-蒸汽联合循环发电厂，以集中供热为前提，大部分电力被上传电网，产生的蒸汽或热水供应周边用户使用。而天然气分布式能源是一种小型的能源站，发电为自用，不上传电网，产生的蒸汽、热水、冷水等供用户内部使用。用户可以是医院、酒店等公共建筑，也可以是工业园区、生态园区、科技园区等区域。

5 系统设计上的差异

5.1 天然气分布式能源系统

天然气分布式能源系统设计，既可以“以热定电”，也可以“以电定热”，系统机组容量是根据用户冷、热负荷及电力负荷需求曲线进行配置[4]。电力负荷需求大的用户，按照“以热定电”原则配置，用户电力负荷调峰由电网补充。冷、热负荷需求大的用戶，按照“以电定热”原则配置，以用户需求基荷电量来确定发电设备装机容量，用户冷、热负荷调峰由外部热网、尖峰锅炉、吸收式冷热水机组、压缩式冷水机组、热泵等设备进行补充，且可采用蓄冷、蓄热装置。

基于天然气分布式能源的多能互补供应系统是天然气分布式能源系统的衍生，这种能源系统基于总能系统思想，充分考虑各种用能品位基础上的集成耦合。总体来说，基于天然气分布式能源的多能互补供应系统构建原则可概括为：多源输入，综合互补；品位对口，梯级利用；多元输出，合理分配。图1为基于天然气分布式能源的多能互补供应系统的工艺流程图。天然气分布式能源系统可因地制宜地发展与太阳能供热、太阳能发电、热泵、生物质能、工业废热等进行集成，实现多能互补的能源供应系统。

5.2 天然气热电联产系统

根据《热电联产管理办法》（2016年3月22日印发），燃气-蒸汽联合循环热电联产项目要以集中供热为前提，坚持“以热定电”，统筹考虑电网调峰要求。由此可见，热电联产项目要以满足城市采暖或工业园区用热作为机组选型的基础条件，机组发电上网，兼顾电网调峰。而对天然气分布式能源项目来说，调峰是指天然气分布式能源系统内部的调峰，包括对电、热、冷负荷的调节。

天然气热电联产系统是燃气-蒸汽联合循环系统，主要设备包括燃气轮机、余热锅炉和汽轮机等。天然气热电联产项目根据供应区域的主要用热负荷分为采暖型热电项目和工业型热电项目。采暖型热电项目常配置“凝抽背”式汽轮机，工业型热电项目常按“一抽一背”配置汽轮机。与天然气分布式能源系统相比，天然气热电联产系统工艺流程相对简单，主要为燃气轮机+供热余热锅炉和燃气轮机+余热锅炉+供热式汽轮机。图2为燃气轮机+余热锅炉+供热式汽轮机系统流程示意图。

6 结束语

综上所述，天然气分布式能源与天然气热电联产的主要区别在于以下几点：

（1）天然气分布式能源是服务于负荷中心的现代能源供应系统，就近满足用户的各类能源需求，发电为自用，不上传电网；天然气热电联产的大部分电力被上传电网，产生的蒸汽或热水供应周边用户。

（2）天然气热电联产的侧重点是在供应侧，而天然气分布式能源系统的侧重点除了供应侧，还要满足用户侧，系统生产的各类能源是在一个经济合理的范围内就地直供。

（3）天然气分布式能源发电设备主要为微型燃气轮机、燃气内燃机及中小型燃气轮机，发电设备单机容量不超过50MW，而天然气热电联产的发电设备为大型燃气轮机，单机容量大于50MW，通常为E级、F级，呈大型化趋势发展。

（4）天然气分布式能源系统设计可以“以热定电”，也可以“以电定热”，系统灵活，常与其他能源集成多能互补系统，负荷调峰为系统内部的调峰；而天然气热电联产系统设计是以集中供热为前提，“以热定电”原则，系统主要为燃气轮机+供热余热锅炉和燃气轮机+余热锅炉+供热式汽轮机两种，发电兼顾电网调峰。

参考文献：

[1]国家发展改革委经济运行调节局，国家电网公司营销部，南方电网公司市场营销部.分布式能源与热电冷联产[M].北京：中国电力出版社，2013，8：3.

[2]龚婕，华贲.分布式能源系统：联产和联供[J].沈阳工程学院学报，2007，3（1）：1-5.

[3]杨旭中，郭晓克，康慧.热电联产规划设计手册[M].北京：中国电力出版社，2008：12-13.

[4]李善化，应光伟.分布式供能系统设计手册[M].北京：中国电力出版社，2018：267-268.