陳裕興

（1.佛山市順德區(qū)港華燃?xì)庥邢薰?，廣東 佛山 528300；2.華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510640）

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對電力的需求高速增長，能源緊缺和環(huán)境污染問題日益凸顯。傳統(tǒng)以煤炭、石油為主的能源供給方式存在污染嚴(yán)重、靈活性差、輸配電損耗高等缺點(diǎn)[1]，而分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（CCHP）是以能源梯級利用為基礎(chǔ)，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)供冷、供熱和發(fā)電過程的一體化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)集中式能源相比，其分布位置更接近負(fù)荷，不需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓輸送，顯著減少線損和運(yùn)行費(fèi)用，能達(dá)到更高的能源綜合利用率。當(dāng)今，各個(gè)國家的能源結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)型，非化石能源和天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的地位上升[2]。天然氣分布式CCHP系統(tǒng)，如圖1所示，指以天然氣作為燃料，通過冷熱電三聯(lián)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用，實(shí)現(xiàn)較高的綜合能源利用效率，是天然氣高效利用的重要方式。

圖1 天然氣CCHP系統(tǒng)[3]

1 天然氣分布式CCHP系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

分布式能源站技術(shù)從20世紀(jì)70年代末期開始發(fā)展，目前已經(jīng)成為美國、歐洲各國等國家能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。早在1978年，美國為了提高能源利用率，促進(jìn)分布式能源冷熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展，推出了《公共事業(yè)管理改制令》，幫助美國冷熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目迎來發(fā)展高峰。此后，美國的分布式能源裝機(jī)容量呈現(xiàn)倍速增長趨勢。目前，美國已經(jīng)構(gòu)建了超過6 000座分布式能源站，包括風(fēng)能、太陽能、水能、天然氣等，總發(fā)電量高達(dá)9.2×107kW，其中天然氣部分為8.3×107kW，約占總量的14%[4]。歐洲各國的天然氣分布式能源也起步較早，應(yīng)用熱電聯(lián)產(chǎn)的電力比美國還多。歐盟在1997年就制定了冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，到2010年熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的總電量比例達(dá)到了18%[5]。

我國天然氣分布式能源發(fā)展起步較晚，2000年以前的供電模式大部分采用集中供電。近年來，國家對清潔能源越發(fā)重視。考慮到我國的國情，天然氣儲備豐富，天然氣在中國發(fā)電領(lǐng)域中有良好的應(yīng)用前景，政府制定了許多政策大力推行分布式能源。根據(jù)中國城市燃?xì)鈪f(xié)會分布式能源專業(yè)委員會統(tǒng)計(jì)，截至2016年7月，共有288個(gè)項(xiàng)目的單機(jī)規(guī)模小于5×104kW，總裝機(jī)容量在2×105kW以下，其總裝機(jī)容量超過1.1×107kW[6]?？梢钥闯?，天然氣在我國能源結(jié)構(gòu)中逐漸取得了無可替代的位置。

2 影響天然氣分布式CCHP系統(tǒng)發(fā)展的主要因素

2.1 政策因素

目前，還沒有全面實(shí)施和推廣天然氣分布式能源的政策。我國政策最早在《節(jié)能法》中提到國家鼓勵(lì)發(fā)展冷熱電聯(lián)產(chǎn)，而在后來的《可再生能源法》中，也僅僅說明了分布式能源項(xiàng)目的合法并網(wǎng)等問題，未對能源綜合利用等問題提出要求[7]。此外，國家出臺的政策都比較寬泛，大多只是做了原則性規(guī)定，相關(guān)鼓勵(lì)和補(bǔ)貼較少，在政策實(shí)施過程中針對性不強(qiáng)。相關(guān)補(bǔ)貼政策也較少，是導(dǎo)致“十二五”主要任務(wù)與目標(biāo)均未實(shí)現(xiàn)的重要原因。

2.2 市場因素

導(dǎo)致我國天然氣價(jià)格體系混亂的原因主要是電力能源體制和市場化改革緩慢。電力并網(wǎng)難，從根本上限制了天然氣分布式能源的發(fā)展。而且，國內(nèi)管道天然氣終端價(jià)格比煤炭高出6倍，使得天然氣在能源市場的競爭力較弱。因此，獲得天然氣價(jià)格補(bǔ)貼或者天然氣優(yōu)惠價(jià)格是決定天然氣分布式能源初期發(fā)展是否順利的重要因素[8]。

此外，大多數(shù)分布式能源系統(tǒng)的開發(fā)商為中小型企業(yè)，在市場中話語權(quán)較弱。一旦發(fā)電和批發(fā)市場的開放程度有限，電網(wǎng)公司就可能對分布式能源開發(fā)商制造各種并網(wǎng)障礙。

2.3 技術(shù)因素

燃?xì)廨啓C(jī)和智能電網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)有待突破。我國并未掌握燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)和高溫部件制造等核心技術(shù)的主動權(quán)，僅僅是與國外燃?xì)廨啓C(jī)制造廠商合作得到產(chǎn)品，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)，進(jìn)口設(shè)備的采購價(jià)格昂貴，約占初投資的30%，對項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性影響很大。因此，國家未來需自主研發(fā)有關(guān)燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)和微電網(wǎng)自愈控制、智能互動用電等技術(shù)，從技術(shù)層面解決天然氣分布式能源存在的問題[9]。

2.4 利益因素

分布式能源系統(tǒng)并網(wǎng)需要向電網(wǎng)繳納兩部分費(fèi)用：接入費(fèi)和備用容量費(fèi)。接入費(fèi)是一次性收取，備用費(fèi)是按月收取。分布式能源發(fā)電的高成本，再加上高昂的接入費(fèi)和備用費(fèi)，使得大多數(shù)分布式能源站只能選擇離網(wǎng)運(yùn)行[10]。

3 天然氣分布式CCHP系統(tǒng)的應(yīng)用前景

3.1 我國天然氣資源情況

我國天然氣資源豐富，常規(guī)天然氣資源量為68 萬億m3。“十二五”期間全國累計(jì)新增探明常規(guī)天然氣地質(zhì)儲量約為3.9 萬億m3，累計(jì)產(chǎn)量比“十一五”期間增加約2 100 億m3[11]。此外，“十二五”期間，我國進(jìn)口天然氣總量迅速增加，累計(jì)進(jìn)口天然氣量是“十一五”的7.2倍，總量達(dá)到2 500 億m3，2015年進(jìn)口天然氣量為614 億m3[12]。如此大總量的天然氣，成為推動我國未來分布式能源發(fā)展的有力保障。

3.2 天然氣分布式CCHP系統(tǒng)的市場需求

環(huán)境污染和能源緊缺促成了我國目前能源優(yōu)化調(diào)整的階段，天然氣在能源改革中發(fā)揮重要作用。從此前分析可知，中國的天然氣消費(fèi)水平相對偏低，未來還有巨大的發(fā)展空間?！笆濉钡囊?guī)劃指出，我國實(shí)施的政策將重心偏向天然氣分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展上。未來大量的制造業(yè)將實(shí)施煤改氣，天然氣發(fā)電供熱將大幅增長。未來天然氣的需求主要取決于經(jīng)濟(jì)增長和天然氣的價(jià)格。

3.3 天然氣分布式CCHP系統(tǒng)的應(yīng)用方向

天然氣分布式CCHP系統(tǒng)被應(yīng)用在各行各業(yè)中，以下主要闡述分布式能源在陶瓷工業(yè)、工業(yè)園以及數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用。

陶瓷工業(yè)屬于高能耗行業(yè)，大多數(shù)企業(yè)的能源成本占生產(chǎn)成本的30%以上，其中，粉碎、干燥、壓制材料等生產(chǎn)過程需要大量能源。因此，為了提高能源利用率、降低能耗，利用天然氣分布式能源技術(shù)替代傳統(tǒng)的陶瓷工藝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要方法[13]。

工業(yè)園有較大的蒸汽負(fù)荷需求，熱電比較高，適合采用分布式供能系統(tǒng)。合理選擇分布式供能系統(tǒng)的運(yùn)行方式，能有效降低用能成本。在天然氣供給充足的城市，采用天然氣分布式能源替代工業(yè)燃煤鍋爐，不僅能滿足工業(yè)園的用能需求，還不會產(chǎn)生大量有害氣體，能量利用率高，符合國家的可持續(xù)發(fā)展觀[14]。

數(shù)據(jù)中心一般全年不間斷運(yùn)行，所帶來的能量消耗量非常巨大。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，數(shù)據(jù)中心中IT設(shè)備的用電量占據(jù)了70%以上，電能全部轉(zhuǎn)化為熱能。以功率為10 kW高密度機(jī)架為例，其年耗電量為175 200 kW/h，一年用電花費(fèi)14萬元。若采用天然氣分布式能源系統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)生的余熱制冷，可以使數(shù)據(jù)中心內(nèi)的空調(diào)主機(jī)幾乎不需能源成本，相當(dāng)于降低了30%能源費(fèi)用，且隨著天然氣價(jià)格制度完善，天然氣分布式能源在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用前景進(jìn)一步擴(kuò)大[15]。

4 結(jié)語

由上述論述可知，我國天然氣分布式CCHP系統(tǒng)的發(fā)展起步較晚，相關(guān)技術(shù)較其他發(fā)達(dá)國家還有一定距離。因此，我國急需掌握核心技術(shù)的主動權(quán)，適當(dāng)減少進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)等部件的使用，支持國產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。此外，能源危機(jī)及環(huán)境污染等問題推進(jìn)了我國能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，天然氣分布式CCHP系統(tǒng)受到了國家的高度重視，國家推行了一系列政策力求扶持起我國的分布式能源技術(shù)。天然氣分布式能源的高效、清潔等優(yōu)勢符合我國的科學(xué)發(fā)展觀，且分布式能源系統(tǒng)能應(yīng)用在各式各樣的場合，設(shè)備較集中供電更為分散，受環(huán)境的約束更小，有巨大的應(yīng)用前景?？梢灶A(yù)測，未來中國天然氣分布式CCHP系統(tǒng)的市場將快速拓寬，分布式能源技術(shù)的發(fā)展將走上高速路。