上海液化石油氣經(jīng)營有限公司 吳齊偉

0 前言

近年來，以天然氣為主要能源的、具有明顯節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)的分布式能源系統(tǒng)，作為 21世紀(jì)科學(xué)用能的最佳形式蓬勃興起，得到世界各國的普遍重視和推廣運(yùn)用，發(fā)展迅速。

在我國，分布式能源系統(tǒng)也引起人們的廣泛關(guān)注。國家“十二五”規(guī)劃已將促進(jìn)分布式能源系統(tǒng)的推廣應(yīng)用作為戰(zhàn)略目標(biāo)之一，或成未來一個(gè)時(shí)期能源發(fā)展的重要方向，在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的大變革中發(fā)揮重要作用。

1 分布式能源系統(tǒng)的界定及主要發(fā)展方式

分布式能源系統(tǒng)是一種根據(jù)工程熱力學(xué)原理，按“溫度對(duì)口、熱能梯級(jí)綜合利用”原則，著力提高能源利用水平的概念、方法及其相應(yīng)的能量系統(tǒng)。所謂“分布式”是相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)而言的。分布式能源系統(tǒng)既不同于傳統(tǒng)的“大機(jī)組、大電廠、大電網(wǎng)”的集中式能源生產(chǎn)、供應(yīng)模式，又與傳統(tǒng)概念中的“小機(jī)組”有著本質(zhì)區(qū)別。分布式能源系統(tǒng)是建在用戶側(cè)，直接面對(duì)用戶，按用戶需求提供各種形式能量(主要是電力、蒸汽、供冷、供熱、去濕、通風(fēng)和熱水)的中小型、多目標(biāo)功能的能量轉(zhuǎn)換、綜合利用系統(tǒng)。

按 2002年成立的國際分布式能源聯(lián)盟所做的界定，分布式能源系統(tǒng)包括高效熱電聯(lián)產(chǎn)、就地式可再生能源系統(tǒng)以及能量循環(huán)系統(tǒng)(包括利用廢氣、余熱或壓差來就地發(fā)電)，同時(shí)，這些發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)能在(或在靠近)消費(fèi)的地點(diǎn)提供電力，而不論其項(xiàng)目大小、燃料種類或技術(shù)，也不論該系統(tǒng)是否與供電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。

據(jù)此界定，分布式能源系統(tǒng)的形式多樣，既包括微型或小型燃?xì)獍l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電，太陽能高溫集熱發(fā)電，燃料電池等獨(dú)立電源技術(shù)，也包含燃料電池—燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)及分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)等。其中，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(combined colling，heating and power，CCHP)是分布式能源系統(tǒng)發(fā)展的主要方向和主要形式，也是最具活力、實(shí)際應(yīng)用最多的一種方式。

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以利用各種化石能源和各式可再生能源，或是化石能源與可再生能源的互補(bǔ)組合。但從能源的來源、品位、供能穩(wěn)定性和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)以及改善城市環(huán)境質(zhì)量等諸因素綜合考量，人們比較一致的看法是：在城市應(yīng)該采用天然氣或以天然氣為主、太陽能為輔的能源組合來發(fā)展分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

在實(shí)踐中，人們把利用天然氣為主燃料，通過冷熱電聯(lián)供方式實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)綜合利用，一次能源利用效率超過 70%，貼近負(fù)荷中心就地實(shí)現(xiàn)冷熱電三聯(lián)供的分布式能源系統(tǒng)，統(tǒng)稱為天然氣分布式能源。

天然氣分布式能源是在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種總能系統(tǒng)，它直接面向用戶，按用戶需求供電、供冷、供熱、供應(yīng)生活熱水等。

天然氣分布式能源集燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、吸收式冷熱水機(jī)、壓縮式冷熱水機(jī)、熱泵、吸收式除濕機(jī)和能源綜合控制等高新技術(shù)和設(shè)備于一體，通過對(duì)輸入能量及內(nèi)部能流根據(jù)熱能品位進(jìn)行綜合梯級(jí)應(yīng)用，以達(dá)到更高的能源利用率、更低的能源成本、更高的供能安全性和更好的環(huán)保性能等多功能綜合目標(biāo)。

推廣和發(fā)展天然氣分布式能源，是解決我國能源與環(huán)境問題的重要技術(shù)途徑，也是構(gòu)建未來新一代能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

2 天然氣分布式能源的總體思路

對(duì)分析熱機(jī)性能至關(guān)重要的熱力學(xué)第二定律，用來分析能源利用充分與否，研究提高熱機(jī)效率的方向。

在理想條件下(恒溫傳熱、沒有任何摩擦發(fā)生)，理想熱機(jī)的熱效率為：η=1-T2/T1，其中：T1是高溫?zé)嵩?工質(zhì))向熱機(jī)傳熱的絕對(duì)溫度，T2是熱機(jī)廢氣向低溫冷源傳熱的絕對(duì)溫度。

顯而易見，對(duì)理想熱機(jī)而言，高溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度T1越高越好，低溫冷源的絕對(duì)溫度T2越低越好。誠然，理想熱機(jī)效率高，實(shí)際的熱機(jī)效率相應(yīng)也高。T1高，表示能源所產(chǎn)生的工質(zhì)(燃?xì)饣蛘羝?溫度高，稱做高品位能源。T2低，表示熱機(jī)廢氣的溫度比較低，就叫做低品位能源。高品位能源用在熱機(jī)上最好，因?yàn)榭梢缘贸鲚^多的機(jī)械功；低品位能源就只能作為提供生產(chǎn)較低溫度的蒸汽或熱水之用，如170 ℃以上的熱能尚可用于驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)組，而 60 ℃以下的熱能就只好充當(dāng)加熱冷水使用，各得其所。這就是說，能量品質(zhì)存在高低差異，依其溫度而定，是呈現(xiàn)梯次的。不過，無論多高溫度的熱量也不可能完全轉(zhuǎn)化為功，因此只有綜合考慮能量所具有的數(shù)量和品質(zhì)兩方面的屬性，逐級(jí)地轉(zhuǎn)化能量并盡量縮小兩級(jí)之間的溫差，才能實(shí)現(xiàn)能量的有效利用。

天然氣分布式能源采用燃?xì)廨啓C(jī)(或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī))與吸收式制冷機(jī)聯(lián)合；先將天然氣燃燒產(chǎn)生的1 000 ℃以上高溫燃?xì)庥靡则?qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)(或內(nèi)燃機(jī))做功、發(fā)電，再利用 300~500 ℃的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽：在夏季用于驅(qū)動(dòng)吸收式雙效溴化鋰蒸汽型機(jī)組，對(duì)外提供7 ℃左右的冷水，供制冷空調(diào)；在冬季則通過換熱器提供 65 ℃的熱水以供暖(在復(fù)雜循環(huán)中，則先用較高溫度的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，再用汽輪機(jī)排汽驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī))，從而實(shí)現(xiàn)能的綜合梯級(jí)利用。

天然氣分布式能源的總體思路，是根據(jù)“溫度對(duì)口，熱能梯級(jí)綜合利用”原理，在系統(tǒng)的高度上綜合考慮能量轉(zhuǎn)換過程中物理能的梯級(jí)利用，通過合理安排不同品位和形式的能量、以及各分系統(tǒng)構(gòu)成的優(yōu)化匹配與轉(zhuǎn)換利用，總體合理地利用不同品位的物理能；即著眼于更好的總效果，而不拘泥于單一設(shè)備或工藝過程的能源利用率或其他性能的提高。核心問題在于能的綜合梯級(jí)利用，即按能量品位的高低，“高能高用，低能低用”，進(jìn)行梯級(jí)利用；盡量做到“物盡其用”，避免“大材小用”。從而得到在經(jīng)濟(jì)效益、能源利用率和碳排放三方面都比較滿意的一體化系統(tǒng)。

3 天然氣分布式能源的特點(diǎn)

作為新一代的供能模式，天然氣分布式能源是集中式供能系統(tǒng)的有力補(bǔ)充。它具有分布式能源系統(tǒng)的所有特點(diǎn)。

3.1 能源損失少、輸送成本低、供電安全

天然氣分布式能源作為服務(wù)于當(dāng)?shù)氐哪芰抗?yīng)中心，直接面對(duì)當(dāng)?shù)赜脩舻男枨?，就布置在用戶附近，于是便簡化了系統(tǒng)提供用戶能量的輸送環(huán)節(jié)，從而減少了能量輸送過程的能量損失與輸送成本。根據(jù)國際分布式能源聯(lián)盟提供的數(shù)據(jù)，目前有相當(dāng)數(shù)量的發(fā)電量損耗在輸配電過程中；若從用戶端計(jì)算，集中式供電的一次能源利用率尚不足三分之一。而天然氣分布式能源的一次能源利用率超過70%，甚至可高達(dá)90%。

直接安置在用戶近旁的天然氣分布式能源與大電網(wǎng)相互配合，有力地彌補(bǔ)了大電網(wǎng)在安全穩(wěn)定性方面的可能不足，可有效提高用戶的供電安全性。尤其是在電網(wǎng)崩潰或意外災(zāi)害(如地震、暴風(fēng)雪、嚴(yán)重冰凍、戰(zhàn)爭、人為破壞等)情況下，仍可確保對(duì)重要用戶的安全供電。

3.2 裝機(jī)容量多為中小容量，靈活性大，調(diào)控簡便

天然氣分布式能源，主要是針對(duì)局部用戶的需求，其系統(tǒng)容量受到用戶需求的制約。因此，相對(duì)于集中式供能系統(tǒng)而言，其裝機(jī)容量僅為中、小容量(kW級(jí)至MW級(jí))；其中樓宇型天然氣分布式能源的裝機(jī)規(guī)模通常都在20 MW以下；但區(qū)域型天然氣分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，由于供能規(guī)模較大，裝機(jī)容量達(dá)到 100~200 MW 范圍；裝機(jī)容量超過200 MW以上的則限制發(fā)展。

由于天然氣分布式能源與用戶的需求緊密結(jié)合，系統(tǒng)規(guī)模小，靈活性大，天然氣分布式能源往往便于調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能亦有所改善，節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)凸顯。與傳統(tǒng)供能系統(tǒng)相比，每100萬kW的電力裝機(jī)容量，每年個(gè)可節(jié)省78萬t以上標(biāo)準(zhǔn)煤，減少排放208萬t的CO2和約3萬t的SO2。

3.3 多能源輸入，多功能輸出

隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展，特別是可再生能源的積極推廣應(yīng)用，用戶的能量需求趨向多元、目標(biāo)各異；又，能源技術(shù)的發(fā)展，特別是可再生能源技術(shù)漸趨成熟，可供選擇的技術(shù)也日益增多。

天然氣分布式能源作為一種開放性的能源系統(tǒng)已顯現(xiàn)出多功能發(fā)展趨勢(shì)，既可包容多種能源輸入，又可同時(shí)滿足用戶的多種能量需求和其他性能要求。

3.4 系統(tǒng)集成呈現(xiàn)多領(lǐng)域、多學(xué)科交叉協(xié)同特征

天然氣分布式能源系統(tǒng)集成技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，呈現(xiàn)多領(lǐng)域、多學(xué)科交叉協(xié)同特征，專業(yè)廣、層次深；對(duì)流程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品性能、運(yùn)行模式、工程經(jīng)驗(yàn)等有較高要求。因此針對(duì)用戶具體需求(高效、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等)的集成方式多種多樣，層出不窮，具有很明顯的個(gè)性特點(diǎn)，復(fù)制性比較差。

新型的天然氣分布式能源通過選用合適的技術(shù)，經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化和整合，可以更好地同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能目標(biāo)，滿足用戶的特殊需求。

4 天然氣分布式能源的技術(shù)關(guān)鍵

與傳統(tǒng)的、單一功能的簡單熱力循環(huán)和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相比，天然氣分布式能源是一種更加復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)。它不是各種用能子系統(tǒng)的簡單疊加，而是一個(gè)通過系統(tǒng)集成將非熱力循環(huán)系統(tǒng)與熱力循環(huán)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起、來同時(shí)滿足能源和環(huán)境性能等多目標(biāo)需求的復(fù)雜系統(tǒng)。其總體性能不僅與各子系統(tǒng)的具體形式和性能參數(shù)有關(guān)，更為重要的是還取決于系統(tǒng)構(gòu)成的流程方式以及各子系統(tǒng)間的熱力參數(shù)匹配情況。因此，系統(tǒng)集成技術(shù)涉及到分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的各個(gè)層面，是決定天然氣分布式能源成敗的技術(shù)關(guān)鍵。

合理科學(xué)的系統(tǒng)集成，不僅可以使能源動(dòng)力系統(tǒng)達(dá)到提高能源利用率和降低污染的目的，而且可以降低系統(tǒng)中其他聯(lián)產(chǎn)過程的能耗與初始投資。因此，系統(tǒng)集成理論對(duì)分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、系統(tǒng)開拓和應(yīng)用發(fā)展都是至關(guān)重要的。系統(tǒng)集成理論的核心問題是能的綜合梯級(jí)利用和過程一體化原理，其理論基礎(chǔ)是總能系統(tǒng)工程熱力學(xué)。這是一門建立在工程熱力學(xué)基礎(chǔ)上，與系統(tǒng)工程理論、工程控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科彼此交叉，相互滲透而發(fā)展起來的，并與能源利用實(shí)踐緊密結(jié)合的工程熱力學(xué)新學(xué)科分支。

作為由多種能源技術(shù)集成得到的天然氣分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)的集成方法多種多樣，各個(gè)子系統(tǒng)的選擇范圍也相當(dāng)廣泛；其中動(dòng)力技術(shù)是天然氣分布式能源系統(tǒng)集成的核心技術(shù)。動(dòng)力系統(tǒng)處于天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的上游，通常都是根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)來確定天然氣分布式能源所采用的系統(tǒng)集成技術(shù)。

目前，天然氣分布式能源的動(dòng)力主要采用燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)。此外，還有尚處在研發(fā)階段中的燃料電池，由于其排氣溫度較高，比較適用于天然氣分布式能源，是一種很有前途的未來動(dòng)力。幾種采用不同動(dòng)力技術(shù)的天然氣分布式能源概略比較見表1。

表1 不同動(dòng)力技術(shù)天然氣分布式能源技術(shù)比較

從表1可以看出，與燃?xì)廨啓C(jī)相比，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率較高，電熱比較大，部分負(fù)荷性能較好。因此，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)電力需求較多或經(jīng)常處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，就應(yīng)優(yōu)先采用內(nèi)燃機(jī)。不過，內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度和缸套水溫度都比較低，所能輸出的熱量相對(duì)較少；而燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度較高且熱流量較大。因此，當(dāng)用戶的熱需求較大且對(duì)熱量的要求較高時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)便具有較大優(yōu)勢(shì)。

制冷機(jī)與熱泵是天然氣分布式能源不可或缺的重要構(gòu)成。吸收式制冷機(jī)組、吸收式熱泵、吸收式除濕和蓄冷技術(shù)等都是改善分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能源綜合利用效率的重要技術(shù)手段。

具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析用戶對(duì)冷熱電的具體需求，來確定所需的系統(tǒng)規(guī)模以及不同能量之間的比例關(guān)系，然后結(jié)合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性進(jìn)行最終的選擇。因此，通常不存在具有普遍意義的系統(tǒng)集成方案，設(shè)計(jì)結(jié)果往往具有極為鮮明的個(gè)性特征，頗難復(fù)制。

深度集成將更好地體現(xiàn)熱能梯級(jí)綜合利用原理，是進(jìn)一步挖掘天然氣分布式能源潛力的有效手段和技術(shù)保證。

5 天然氣分布式能源技術(shù)的發(fā)展

作為未來能源發(fā)展的發(fā)展方向之一，天然氣分布式能源的推廣運(yùn)用可以明顯緩解能源生產(chǎn)、利用過程所面臨的諸多問題。但作為一種由多個(gè)子系統(tǒng)集成而成的復(fù)雜系統(tǒng)，目前尚處在快速發(fā)展的階段。不同子系統(tǒng)間的集成以及如何與建筑物的需求整合成一體，尚需更深入的研究和實(shí)踐探索。基于不同的集成水平，天然氣分布式能源的發(fā)展，大體上可分為三代。

第一代：主要是實(shí)現(xiàn)了常規(guī)動(dòng)力技術(shù)與余熱利用技術(shù)的簡單合成，但存在吸收式制冷子系統(tǒng)的補(bǔ)燃量過大，或電壓縮式制冷份額過大的問題，相對(duì)節(jié)能率在 5%~10%(相對(duì)節(jié)能率的概念是聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗減少值與參照系統(tǒng)總能耗的比值。通常都是選擇當(dāng)前使用最廣泛的分產(chǎn)系統(tǒng)作為參照，來考察常規(guī)系統(tǒng)與聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的燃料代價(jià)節(jié)省情況)。

第二代：通過動(dòng)力技術(shù)與余熱利用技術(shù)的有機(jī)整合，構(gòu)成了較好的綜合利用，相對(duì)節(jié)能率達(dá)到10%~20%。目前實(shí)施的多數(shù)分布式能源系統(tǒng)，可以達(dá)到這一水平。

第三代：尚處在發(fā)展中。在仔細(xì)考慮用戶不同冷熱電及環(huán)保性能具體需求的前提下，采用最佳的優(yōu)化控制方式，使得每種需求都能得到滿足，相對(duì)節(jié)能率將達(dá)到20%~30%。

調(diào)節(jié)靈活的天然氣分布式能源技術(shù)，將帶動(dòng)建筑一體化技術(shù)和太陽能技術(shù)、微風(fēng)發(fā)電技術(shù)以及智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展；其未來發(fā)展趨勢(shì)是：以天然氣分布式能源為核心，結(jié)合可再生能源構(gòu)建“小型化區(qū)域能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)”，形成多功能互補(bǔ)的智能電網(wǎng)(微電網(wǎng))與智能冷、熱氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

可以合理地預(yù)見，世界電力工業(yè)，將由傳統(tǒng)的“大電廠、大機(jī)組、大電網(wǎng)、城市熱網(wǎng)”組合的集中供能系統(tǒng)，向以依靠大型發(fā)電為主、天然氣分布式能源為補(bǔ)充的“多模式互補(bǔ)系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變。

6 天然氣分布式能源技術(shù)的應(yīng)用

天然氣分布式能源是分布式能源系統(tǒng)的核心技術(shù)和最主要的組成部分，它主要用于建筑和過程工業(yè)領(lǐng)域。按系統(tǒng)的規(guī)模劃分，主要有樓宇型、區(qū)域型和產(chǎn)業(yè)型三種。它們各有特點(diǎn)，要求不同，相應(yīng)的系統(tǒng)集成原則也有較大差別。概要分述如下：

6.1 樓宇型天然氣分布式能源

樓宇型天然氣分布式能源面對(duì)的是某一建筑(如醫(yī)院、學(xué)校、大型超市、公共設(shè)施、賓館、娛樂中心等)的能量需求，其系統(tǒng)規(guī)模較小，由于在同一建筑內(nèi)不同用戶的需求差異不會(huì)很大，而且負(fù)荷變化方向又往往趨同，供需之間的緩沖空間不大，回旋余地就比較??；這就要求系統(tǒng)必須對(duì)用戶的能量需求變化作出即時(shí)快速反應(yīng)。為此，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行需要緊隨負(fù)荷變化，運(yùn)行工況必然要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，始終處于被動(dòng)狀態(tài)；因此對(duì)系統(tǒng)的全工況性能要求就比較高。按系統(tǒng)集成原則，宜采用輸出能量比例可調(diào)、蓄能調(diào)節(jié)，同時(shí)考慮部分常規(guī)分產(chǎn)系統(tǒng)與聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化整合，以及與網(wǎng)電配合的優(yōu)化運(yùn)行模式等集成措施予以協(xié)調(diào)。

樓宇型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)布置相對(duì)簡單，通常采用燃?xì)廨啓C(jī)－余熱吸收型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。由于燃?xì)廨啓C(jī)的功率范圍較寬，可從幾kW到200多MW，適用于各種容量規(guī)模的天然氣分布式能源；其中又以20 MW以下容量的機(jī)組應(yīng)用得最為普遍。

燃?xì)廨啓C(jī)余熱吸收式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，按熱力循環(huán)不同，主要有兩種類型，一種是簡單循環(huán)型，其系統(tǒng)簡單、易于維護(hù)，但發(fā)電效率較低、多在24%~30%之間，適合那些對(duì)電需求不高，但對(duì)冷熱量需求較大的建筑用戶；其冷熱電比高達(dá)1.5~2.5；這在容量1 000 kW以下的系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。另一種是回?zé)嵫h(huán)型，適用于冷(熱)電比較低的場(chǎng)合，通常為1.0~1.5，此時(shí)熱能用于發(fā)電的比例相對(duì)較高。

目前，樓宇型天然氣分布式能源應(yīng)用最多的是單軸燃?xì)廨啓C(jī)，其流程如圖1所示。

圖1 簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)—余熱吸收型分布式能源流程

近年來，樓宇型天然氣分布式能源還出現(xiàn)了一個(gè)值得重視的新動(dòng)向：以燃用天然氣的微小型燃?xì)廨啓C(jī)為核心動(dòng)力的分布式能源異軍突起，或?qū)⒃趧e墅、莊園得到廣泛應(yīng)用。

在日本，2001年~2002年期間，僅東京燃?xì)夤疽患揖桶惭b了700多套30~60 kW的微燃型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(CCHP)。

6.2 區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)面對(duì)的是一定區(qū)域內(nèi)若干建筑共同構(gòu)成的一片建筑群。與單一建筑相比，建筑群的能量需求規(guī)模擴(kuò)大，且由于不同建筑的功能通常不同，相應(yīng)的能量需求及其變化也會(huì)有所不同；因此不同用戶的負(fù)荷變化很少同步，通常不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)高峰或低谷的情況。因此，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要考慮負(fù)荷的“同時(shí)使用系數(shù)”，這將加大供應(yīng)與需求之間的回旋余地，從而降低了對(duì)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的全工況性能要求。因此，當(dāng)規(guī)模適當(dāng)大時(shí)，就可以引進(jìn)高效的燃?xì)廨啓C(jī)——汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組(η=35%~45%)，實(shí)現(xiàn)燃?xì)?、蒸汽、電力、冷氣、熱水的最佳匹配，進(jìn)一步提高一次能源利用率。如，由華電集團(tuán)建造的目前全國最大的廣州大學(xué)城區(qū)域能源站一期，就是以2×7.8 MW燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組為基礎(chǔ)的天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。燃?xì)饽艿?8%先經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)換為電能，50 ℃左右的煙氣在余熱鍋爐產(chǎn)生4.0 MPa蒸汽，然后進(jìn)抽凝式汽輪機(jī)進(jìn)一步作功發(fā)電；可以抽出部分0.5 MPa蒸汽供給第一制冷站的溴化鋰吸收制冷機(jī)，余熱鍋爐排出的50~100 ℃煙氣用于加熱、供應(yīng)60 ℃生活用水，不足熱量用蒸汽透平冷凝潛熱補(bǔ)充；燃?xì)饽茉蠢眯蔬_(dá)到78%以上(傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠，煤燃燒發(fā)電的利用率僅是35%左右，用煤做燃料發(fā)電并供熱的熱電廠，能源利用率也僅在45%左右)。能源站已于2009年成功運(yùn)行可為大學(xué)城內(nèi)10所大學(xué)及周邊20萬用戶提供全部電力、生活熱水和空調(diào)制冷。

在可能條件下，還可以考慮由若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的中小型分布式能源聯(lián)合，共同構(gòu)成一個(gè)能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)不同建筑物之間、企業(yè)之間的能量聯(lián)接和資源共享，以便根據(jù)不同的負(fù)荷情況，靈活啟、停部分機(jī)組，使運(yùn)行的機(jī)組始終處在設(shè)計(jì)工況附近運(yùn)行，以利于機(jī)組的運(yùn)行控制。

內(nèi)燃機(jī)——吸收式制冷的天然氣分布式能源，發(fā)電效率較高，且內(nèi)燃機(jī)價(jià)格也比較便宜，在區(qū)域型天然氣分布式能源中應(yīng)用也相當(dāng)普遍，其流程見圖2。

圖2 內(nèi)燃機(jī)—余熱吸收型分布能源流程

我國人口眾多、居住密集；發(fā)展區(qū)域天然氣分布式能源十分符合我國國情。在目前城市建設(shè)快速發(fā)展、推進(jìn)城鎮(zhèn)化和現(xiàn)有公用建筑能量系統(tǒng)改造中，都可以采用規(guī)模為50 MW左右甚至規(guī)模更大的機(jī)組，與幾萬冷噸(1冷噸等于3.51 kW。指24小時(shí)1 t的0 ℃水變成0 ℃冰所需的制冷量)的區(qū)域供冷系統(tǒng)或幾百萬平方米的供暖系統(tǒng)結(jié)合，建設(shè)區(qū)域型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

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

在產(chǎn)業(yè)相對(duì)集中的現(xiàn)代工業(yè)園區(qū)，建設(shè)天然氣分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，面對(duì)的可能是若干產(chǎn)業(yè)比較接近的企業(yè)，也可能是一個(gè)中型企業(yè)，相應(yīng)的用戶負(fù)荷具有趨同的特征。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，很容易出現(xiàn)這些企業(yè)用戶同時(shí)處于高峰(或谷底)用能的狀況，加之負(fù)荷規(guī)模比較大，對(duì)系統(tǒng)的全工況要求必然很高。因此，在系統(tǒng)布置時(shí)，應(yīng)充分考慮蓄能裝置對(duì)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)高效運(yùn)行與滿足用戶負(fù)荷的協(xié)調(diào)作用。當(dāng)然，必要時(shí)還可采取管理措施，安排各企業(yè)錯(cuò)開時(shí)段用能，避峰填谷。

工業(yè)能耗占我國總能耗60%以上，采用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)提高能源利用效率的潛力是非常大的。我國化工、食品、冶金、建材、造紙等過程工業(yè)都是耗能大戶，在其終端耗能構(gòu)成中，熱電比常常在3以上。用熱包括蒸汽和物流加熱。不同的過程，需要加熱的溫度范圍各不相同。例如，食品工業(yè)用熱常在100 ℃左右，建材工業(yè)用熱則會(huì)達(dá)到800~1 000℃，煉油工業(yè)用熱從100 ℃左右到400~500 ℃。工業(yè)用冷溫度范圍很廣，從0~20 ℃左右的一般淺冷，到乙烯工業(yè)、空氣液化分離需要的-180 ℃左右的深冷都有。這些用熱、用冷都是可以通過聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)供技術(shù)的集成組合來生產(chǎn)和提供，最終實(shí)現(xiàn)更高的能源終端利用效率和最大的經(jīng)濟(jì)效益。

7 展望

綜上所述，推廣應(yīng)用天然氣分布式能源技術(shù)，對(duì)提高一次能源利用率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少溫室氣體排放、降低環(huán)境污染、平衡電力、燃?xì)獾募竟?jié)性峰谷差，增加供電安全性和可靠性都有著十分重大的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。相關(guān)專家指出，“十二五”期間，解決好2015年消費(fèi)2 600億m3天然氣的合理利用問題，重點(diǎn)就是發(fā)展天然氣分布式能源。

隨著天然氣供應(yīng)量日趨增多，智能電網(wǎng)建設(shè)步伐加快，專業(yè)化的能源服務(wù)公司方興未艾，我國已經(jīng)具備大規(guī)模發(fā)展天然氣分布式能源的條件。以燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)和燃料電池等動(dòng)力技術(shù)為核心的天然氣分布式能源，將首先在發(fā)達(dá)的東部沿海、中部地區(qū)的大中城市、大企業(yè)中推廣應(yīng)用?，F(xiàn)已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性快速起步階段，即將邁向規(guī)?；瘜?shí)施進(jìn)程，產(chǎn)業(yè)前景廣闊。

2011年10月，國家發(fā)改委、財(cái)政部等四部委聯(lián)合發(fā)文，出臺(tái)《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》，《意見》要求以提高能源綜合利用效率為首要目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排任務(wù)為工作抓手，重點(diǎn)在能源負(fù)荷中心、包括城市工業(yè)園區(qū)、旅游集中服務(wù)區(qū)、生態(tài)園區(qū)、大型商業(yè)設(shè)施等，建設(shè)區(qū)域分布式能源系統(tǒng)和樓宇分布式能源系統(tǒng)；在條件具備的地方結(jié)合太陽能、風(fēng)能、地源熱泵等可再生能源進(jìn)行綜合利用。明確提出要在“十二五”期間建設(shè)1 000個(gè)左右天然氣分布式能源項(xiàng)目，并建設(shè) 10個(gè)左右各類典型特征的天然氣分布式能源示范區(qū)域；爭取到2020年，實(shí)現(xiàn)裝機(jī)規(guī)模5 000萬kW，初步實(shí)現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，為克服天然氣分布式能源發(fā)展瓶頸，給天然氣分布式能源上網(wǎng)、并網(wǎng)創(chuàng)造條件，《意見》還專門提出電網(wǎng)方面要加強(qiáng)對(duì)天然氣分布式能源并網(wǎng)的配合，并提出今后將在財(cái)政、標(biāo)準(zhǔn)等多方面，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)天然氣分布式能源的支持。

與此相呼應(yīng)，國家能源局起草的《分布式電網(wǎng)上網(wǎng)管理辦法》和《分布式發(fā)電管理辦法》也正在征求意見之中。此外，各地方政府也相繼出臺(tái)相應(yīng)的天然氣分布式能源發(fā)展規(guī)劃及相關(guān)的財(cái)政扶持政策。發(fā)展分布式能源，成為中國提高能源利用效率、實(shí)現(xiàn)能源集約化發(fā)展、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

在當(dāng)前形勢(shì)下，燃?xì)馄髽I(yè)未雨稠綢，了解天然氣分布式能源新技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)，把握國家政策走向，抓住機(jī)遇，布局公司未來發(fā)展規(guī)劃，厲兵秣馬，迎接挑戰(zhàn)就顯得很有必要。