賴建波 馬俊峰

摘 要：針對一些人在天然氣分布式能源與天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目理解上的困惑，闡述了對天然氣分布式能源的理解，比較了天然氣分布式能源與天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)在聯(lián)供和聯(lián)產(chǎn)、發(fā)電設(shè)備容量、系統(tǒng)設(shè)計上的區(qū)別。

關(guān)鍵詞：天然氣分布式能源；天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)；比較；區(qū)別

中圖分類號：TU996.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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

天然氣發(fā)電有四種形式：一是天然氣基荷電站，二是天然氣調(diào)峰電站，三是天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)，四是天然氣分布式能源。國務(wù)院于2018年6月27日印發(fā)的《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃的通知》（下稱《行動計劃》），提出有序發(fā)展天然氣調(diào)峰電站等可中斷用戶，原則上不再新建天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目?！缎袆佑媱潯分刑岬搅颂烊粴鉄犭娐?lián)產(chǎn)項目，但未提及天然氣分布式能源項目。

目前，我國尚未在技術(shù)指標(biāo)上將天然氣分布式能源項目與天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目加以區(qū)別，《行動計劃》讓一些人產(chǎn)生困惑，認(rèn)為政策限制了天然氣分布式能源的發(fā)展。鑒于此，筆者結(jié)合自己多年從事天然氣分布式能源項目設(shè)計和研究工作的經(jīng)驗，談?wù)勌烊粴夥植际侥茉错椖亢吞烊粴鉄犭娐?lián)產(chǎn)項目的區(qū)別。

2 對天然氣分布式能源的理解

2011年10月9日國家發(fā)展改革委等四部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》（下稱《指導(dǎo)意見》），文中指出，“天然氣分布式能源是指利用天然氣為燃料，通過冷熱電三聯(lián)供等方式實現(xiàn)能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%以上，并在負(fù)荷中心就近實現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式，是天然氣高效利用的重要方式?！?/p>

根據(jù)《指導(dǎo)意見》對天然氣分布式能源的定義，可以看出天然氣分布式能源包含以下幾個方面的信息：（1）以天然氣為燃料；（2）能源梯級利用；（3）冷（熱）電聯(lián)供；（4）綜合能源利用率在70%以上；（5）服務(wù)于負(fù)荷中心；（6）現(xiàn)代能源供應(yīng)方式。因此，天然氣分布式能源與天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)的最主要區(qū)別在于，它是服務(wù)于負(fù)荷中心的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式。

根據(jù)天然氣分布式能源定義，天然氣分布式能源是一種分布于用戶端的能量供應(yīng)系統(tǒng)，就近滿足用戶的能源需求。究其本質(zhì)，就是服務(wù)于當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷中心，而不是為了大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送能源。從滿足用戶能源需求的角度來講，天然氣分布式能源系統(tǒng)容量的大小是由用戶能源需求特性決定的，即天然氣分布式能源設(shè)備的選擇是由用戶冷、熱、電負(fù)荷需求特點決定的，這不同于天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)是以集中供熱為前提。

基于上述考慮，天然氣分布式能源是一種位于用戶側(cè)的，并立足于現(xiàn)有能源-資源配置條件和成熟的技術(shù)組合，是不同領(lǐng)域新技術(shù)革命的整合，建立在信息通信技術(shù)、智能控制技術(shù)等基礎(chǔ)上，具有低污染排放，靈活方便，高可靠性和高效率的能量生產(chǎn)系統(tǒng)[1]。

3 聯(lián)供和聯(lián)產(chǎn)的區(qū)別

聯(lián)供有聯(lián)產(chǎn)、供應(yīng)的意思，因此“聯(lián)供”包括了“聯(lián)產(chǎn)”的概念。聯(lián)產(chǎn)的側(cè)重點是在供應(yīng)側(cè)，為提高供應(yīng)側(cè)的能源轉(zhuǎn)換效率而設(shè)法充分利用余熱。聯(lián)供的側(cè)重點除了供應(yīng)側(cè)，還要滿足用戶側(cè)，因此，聯(lián)供系統(tǒng)需要解決兩個方面的技術(shù)與措施，一方面是，供應(yīng)側(cè)的各種冷、熱、電生產(chǎn)技術(shù)，如發(fā)電設(shè)備、制冷設(shè)備、供熱設(shè)備的選擇及采用不同的熱源，并結(jié)合各種可再生能源技術(shù)和蓄熱蓄冷技術(shù)；另一方面是，用戶側(cè)的供冷和供熱末端技術(shù)或終端的傳遞和控制技術(shù)與設(shè)施。因此，“聯(lián)供”系統(tǒng)的復(fù)雜程度和系統(tǒng)優(yōu)化的重要性要比“聯(lián)產(chǎn)”大得多[2]。

天然氣分布式能源是一種聯(lián)供系統(tǒng)，擁有先進(jìn)的自動化控制技術(shù)，能夠在各種氣候條件和負(fù)荷條件下，為用戶提供各類能源。要實現(xiàn)高效率、低成本的冷、熱、電聯(lián)供，不僅要用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，而且還要結(jié)合其他各種制冷、制熱的先進(jìn)技術(shù)，如熱泵技術(shù)、可再生能源利用技術(shù)等，把它們優(yōu)化集成在一起，系統(tǒng)生產(chǎn)的冷、熱、電負(fù)荷全部在一個經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)就地直供。

天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)是利用發(fā)電后產(chǎn)生的余熱生產(chǎn)相對低品位的熱能，從而使系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率提高。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的建設(shè)是按照“以熱定電”原則，因此，機(jī)組生產(chǎn)的大部分超過本區(qū)域需求的電都必須上網(wǎng)銷售。這種完全依賴電網(wǎng)的系統(tǒng)其實不是真正的分布式能源系統(tǒng)，因為這種系統(tǒng)不是服務(wù)于當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷中心。

4 發(fā)電設(shè)備容量差異

自從《指導(dǎo)意見》發(fā)布以來，天然氣分布式能源項目在我國得到了快速發(fā)展。截至2015年底，我國天然氣分布式能源項目已增加至288項，總裝機(jī)容量為1112萬千瓦，其中樓宇式133項，裝機(jī)容量約23萬千瓦；區(qū)域式155項，裝機(jī)容量約1089萬千瓦。由此得到，單個樓宇式平均裝機(jī)容量約1.7MW，單個區(qū)域式平均裝機(jī)容量約70MW。

天然氣分布式能源項目選擇的發(fā)電設(shè)備主要為微型燃?xì)廨啓C(jī)、小型燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)等。目前針對天然氣分布式能源項目設(shè)計可供參考的標(biāo)準(zhǔn)有兩個：一個是國家標(biāo)準(zhǔn)，即《燃?xì)饫錈犭娐?lián)供工程技術(shù)規(guī)范》（GB51131-2016），該標(biāo)準(zhǔn)適用于發(fā)電設(shè)備單機(jī)容量小于或等于25MW的簡單循環(huán)；另一個是電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即《燃?xì)夥植际焦┠苷驹O(shè)計規(guī)范》（DL/T 5508-2015），該標(biāo)準(zhǔn)適用于樓宇式能源站發(fā)電設(shè)備單機(jī)容量不大于10MW，區(qū)域式能源站發(fā)電設(shè)備單機(jī)容量不大于50MW。結(jié)合上述兩標(biāo)準(zhǔn)，天然氣分布式能源發(fā)電設(shè)備的單機(jī)容量不應(yīng)超過50MW。國際上常將單機(jī)出力在50MW及以下的燃?xì)廨啓C(jī)歸類為中小型燃?xì)廨啓C(jī)。

近年來，燃?xì)廨啓C(jī)正朝著大型化的方向發(fā)展。燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)組成的大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，最大功率可達(dá)420MW～480MW，循環(huán)發(fā)電效率可達(dá)55%～58%，若采用熱電聯(lián)產(chǎn)，其綜合能源利用效率可達(dá)80%～90%[3]。天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電設(shè)備采用的是大型燃?xì)廨啓C(jī)。根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電出力主要分為B級、E級、F級和H級，B級燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)出力不超過100MW；E級燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)出力在100MW～200MW之間，F(xiàn)級燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)出力在200MW～300MW之間，H級燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)出力在300MW～400MW之間。

當(dāng)前天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目正向大型化方向發(fā)展，而天然氣分布式能源項目則呈現(xiàn)小型化趨勢。天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)是一種大型的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，以集中供熱為前提，大部分電力被上傳電網(wǎng)，產(chǎn)生的蒸汽或熱水供應(yīng)周邊用戶使用。而天然氣分布式能源是一種小型的能源站，發(fā)電為自用，不上傳電網(wǎng)，產(chǎn)生的蒸汽、熱水、冷水等供用戶內(nèi)部使用。用戶可以是醫(yī)院、酒店等公共建筑，也可以是工業(yè)園區(qū)、生態(tài)園區(qū)、科技園區(qū)等區(qū)域。

5 系統(tǒng)設(shè)計上的差異

5.1 天然氣分布式能源系統(tǒng)

天然氣分布式能源系統(tǒng)設(shè)計，既可以“以熱定電”，也可以“以電定熱”，系統(tǒng)機(jī)組容量是根據(jù)用戶冷、熱負(fù)荷及電力負(fù)荷需求曲線進(jìn)行配置[4]。電力負(fù)荷需求大的用戶，按照“以熱定電”原則配置，用戶電力負(fù)荷調(diào)峰由電網(wǎng)補(bǔ)充。冷、熱負(fù)荷需求大的用戶，按照“以電定熱”原則配置，以用戶需求基荷電量來確定發(fā)電設(shè)備裝機(jī)容量，用戶冷、熱負(fù)荷調(diào)峰由外部熱網(wǎng)、尖峰鍋爐、吸收式冷熱水機(jī)組、壓縮式冷水機(jī)組、熱泵等設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充，且可采用蓄冷、蓄熱裝置。

基于天然氣分布式能源的多能互補(bǔ)供應(yīng)系統(tǒng)是天然氣分布式能源系統(tǒng)的衍生，這種能源系統(tǒng)基于總能系統(tǒng)思想，充分考慮各種用能品位基礎(chǔ)上的集成耦合?？傮w來說，基于天然氣分布式能源的多能互補(bǔ)供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)建原則可概括為：多源輸入，綜合互補(bǔ)；品位對口，梯級利用；多元輸出，合理分配。圖1為基于天然氣分布式能源的多能互補(bǔ)供應(yīng)系統(tǒng)的工藝流程圖。天然氣分布式能源系統(tǒng)可因地制宜地發(fā)展與太陽能供熱、太陽能發(fā)電、熱泵、生物質(zhì)能、工業(yè)廢熱等進(jìn)行集成，實現(xiàn)多能互補(bǔ)的能源供應(yīng)系統(tǒng)。

5.2 天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

根據(jù)《熱電聯(lián)產(chǎn)管理辦法》（2016年3月22日印發(fā)），燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)項目要以集中供熱為前提，堅持“以熱定電”，統(tǒng)籌考慮電網(wǎng)調(diào)峰要求。由此可見，熱電聯(lián)產(chǎn)項目要以滿足城市采暖或工業(yè)園區(qū)用熱作為機(jī)組選型的基礎(chǔ)條件，機(jī)組發(fā)電上網(wǎng)，兼顧電網(wǎng)調(diào)峰。而對天然氣分布式能源項目來說，調(diào)峰是指天然氣分布式能源系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)峰，包括對電、熱、冷負(fù)荷的調(diào)節(jié)。

天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，主要設(shè)備包括燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和汽輪機(jī)等。天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目根據(jù)供應(yīng)區(qū)域的主要用熱負(fù)荷分為采暖型熱電項目和工業(yè)型熱電項目。采暖型熱電項目常配置“凝抽背”式汽輪機(jī)，工業(yè)型熱電項目常按“一抽一背”配置汽輪機(jī)。與天然氣分布式能源系統(tǒng)相比，天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程相對簡單，主要為燃?xì)廨啓C(jī)+供熱余熱鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐+供熱式汽輪機(jī)。圖2為燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐+供熱式汽輪機(jī)系統(tǒng)流程示意圖。

6 結(jié)束語

綜上所述，天然氣分布式能源與天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)的主要區(qū)別在于以下幾點：

（1）天然氣分布式能源是服務(wù)于負(fù)荷中心的現(xiàn)代能源供應(yīng)系統(tǒng)，就近滿足用戶的各類能源需求，發(fā)電為自用，不上傳電網(wǎng)；天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)的大部分電力被上傳電網(wǎng)，產(chǎn)生的蒸汽或熱水供應(yīng)周邊用戶。

（2）天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)的側(cè)重點是在供應(yīng)側(cè)，而天然氣分布式能源系統(tǒng)的側(cè)重點除了供應(yīng)側(cè)，還要滿足用戶側(cè)，系統(tǒng)生產(chǎn)的各類能源是在一個經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)就地直供。

（3）天然氣分布式能源發(fā)電設(shè)備主要為微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)及中小型燃?xì)廨啓C(jī)，發(fā)電設(shè)備單機(jī)容量不超過50MW，而天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電設(shè)備為大型燃?xì)廨啓C(jī)，單機(jī)容量大于50MW，通常為E級、F級，呈大型化趨勢發(fā)展。

（4）天然氣分布式能源系統(tǒng)設(shè)計可以“以熱定電”，也可以“以電定熱”，系統(tǒng)靈活，常與其他能源集成多能互補(bǔ)系統(tǒng)，負(fù)荷調(diào)峰為系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)峰；而天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計是以集中供熱為前提，“以熱定電”原則，系統(tǒng)主要為燃?xì)廨啓C(jī)+供熱余熱鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐+供熱式汽輪機(jī)兩種，發(fā)電兼顧電網(wǎng)調(diào)峰。

參考文獻(xiàn)：

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