天然气分布式能源区域利用技术分析

天然气分布式能源区域利用技术分析

金常东 陈煌 孙俊鹏

温州市燃气有限公司 浙江温州 325000

摘要：天然气分布式能源是以洁净的天然气为能量,采用热电冷三联供的方法进行能量的梯级利用,综合能量效率在百分之七十以上,并在负载中心附近就近进行能量供给的现代能量供给方法。其有效性高、洁净无污染、安全好等优势,是天然气资源有效使用的主要方法,并受到了我国政府的大力支持。但在实践中,国内天然气分布式燃料市场并没有形成明显发展之势,用户也显示出了一定的理智和警惕。

关键词：天然气；分布式能源；区域利用技术

引言

天然气分布式能源是有效使用天然气和进行能源结构优化的重要方法,和传统的集中供给方法比较,天然气分布式能源的主要优点表现在效率高、清洁环保、经济效益好等几个方面。随着燃料供给环境压力的逐渐增加,天然气已经成为了一个重要清洁能源形式,其推广也有着巨大的国家战略意义,但是,随着能源结构调整和能源内部结构的进一步优化,积极开展天然气分布式能源的研发与建设工作,对构建我国清洁能源战略有着重大意义。

一、国内分布式能源发展分析

中国由于燃气工业的发展较晚,截至2019年底，天然气分布式能源项目数586个，总装机2042万kW。相较2018年，项目增加92个，同比增长18.6%，装机规模增加456万kW，同比增长28.8%。从总体上可以看出,包括天然气分布式能源建设项目在内的分布式能源发展过程非常曲折,个中影响建设项目发展的内外部原因相当复杂,科学技术发展不断进步、市场供求关系持续变化、商业环境持续优化、政府政策法规经常变化等时间层面上的原因造成了分布式能源建设项目经常受到冲击,不过分布式能源建设项目越挫敢干,仍然坚韧地存活,茁壮地发展。

2011年，国家发改委在《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中，对天然气分布式能源做了指导性定义：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，是天然气高效利用方式。

一方面看,分布式能源运用并非能源概念,而是技术范畴,是由一个负荷中心"量体裁衣"的能量运用技术体系。它融合了从微网系统方案设计到信息融合系统工程方案设计,从关键部件生产到系统集成生产设计,从单个工程项目执行到综合工程项目执行多方面技术。这当中我们的细微环节不少,技术软肋也不少,所以系统性、模块式、标准化的先进工业化生产技术并不强悍,更不必说信息化、智能化的先进工业发展要求。本来先进科技应该提供更少的投资成本,更佳的环保效果,更美的体验,不过现在有不少分布式能源项目却由于贪大贪全,不重视系统化、整体性设计而造成的过高投入成本和运营费用,不重视标准化、模组建设而造成的灵活性不大和可互换性不足等。这方面就必须有更多的系统企业和专业技术服务公司参与贡献,从而让分布式能源项目形成了一条新型的产业链。

另一方面看，分布式能源又是能源概念,不是科技概念,而是一个靠近应用端的能量使用方法。它将实实在在地提供一个更接近于终端用户的能源服务,以给终端用户创造安全、清洁贴心的能量服务作为己任。正是由于它的出现,为网络能源供应线做了巨大的填充,为各种能量组合进行了连接,为建立能量网络设置了节点,为能量生产和消费互联网提供了基础设施。分布式能源也赋予了投资人以无尽的机遇,热切的希望,全新的投资模式。从这一意义看,分布式能源必将成为全新的投资热点。

二、天然气分布能源区域利用处理技术分析

（一）原动机型选择分析

天然气分布式能量区域运用中的原动机一般包含了燃气内火机和燃气轮机,而且楼宇分布式能量站多使用内火机,而地区能量供给则重点关注内火机和燃气轮机。具体的设备选择必须按照使用者的要求有所不同,选择适当的主机系统。通常,工业蒸汽应用选择燃气轮机系统,居民、商店等要求采暖的应用则选择内燃机系统。一是燃气轮机选择原则天然气分布式燃料的主要特征是地区供能,电力必须就地产出就地消纳,所以,燃气轮机的规格不能太大,单机容积最宜限制在50MW以内。因此,可选择工业轻型型燃油轮机和航空改进型燃油轮机。而燃油涡轮发动机的选择,宜采用热电联产项目中以热定电的原则,按照用户平均供热负荷来选定最合适的轮机规格。航改款燃机的启停转速快、投资高,尤其适用于负荷频率波动较大的工程项目;相反,由于工业燃气轮机的投入较少,而且发电机组启停时间长,更适合于负荷比较稳定的应用。因此燃气轮机的选择是一项相当复杂的过程,必须针对场地规模、设备使用要求、项目的投资经济性和实际负载状况等,并综合以上各种原因加以考量。二是燃气内燃机选型原则内燃机相比较燃油轮机的单机容积更小,规格在100kW～10MW,其发电效率较高,对负载的响应速度也更快,适合于中小型区域分布式燃料项目。因为内燃机的余电烟气温度较低,并不适于制造蒸汽供应工业用,

所以,多用作城市区域用电和供冷供热等项目,最主要的使用型式为采用内燃机+溴化锂发电机的冷热电三联供模式。内燃机选型时也是根据使用负荷,并通过负荷曲线计算装置的启动时间和负荷状况,但考虑到对内燃机设备投入高于其辅助供能装置,为了提高投资经济效益,原则上内燃机的年均发电用小时数不应少于三千小时。鉴于中国内燃机项目主要设在城市区域,且近年来我国政府对燃油发电的补贴逐渐减少,从项目长期运营风险考量,不能采取发电后上网的运营模式;宜采取自发自用和用户直供的运营方式。

（二）余热系统分析

余热控制系统也可以按照原动机的种类加以分配,通常燃油轮机配备余电锅炉温度管理系统制备工业蒸气及温水,用以适应一定范围内使用者的工业蒸气需要、采暖和日常生活温水等;而内火机则配备锅炉烟气热工水力溴化锂机组和锅炉烟气板换管理系统制备工业温水、冷水,用以适应一定区内使用者采暖、冷却和日常生活温水等的需要。一是余热锅炉设备体系余热锅炉设备多作为燃油轮机的首尾烟气余电使用,由于燃油涡轮发动机所排放的烟尘水温较高,因此可在余热锅炉设备中通过热能使用形成蒸气,作为工业蒸气供暖和制造日常生活温水,即单循环;也可以直接把工业蒸气接到汽轮发电机系统中加以发电能形成联合循环机组,是电能高效利用的另一个表现形式。二是内燃机余热管理系统内燃机的余热管理系统大多使用烟气热型溴化锂发动机,将内燃机发电后所形成的高热烟尘和高温汽缸内套水的余热吸取了以前的热水和冷水,作为居民生活、商业生产供冷供热。

三、天然气分布式能源应用场景

（一）工业园区、城市新区等区域式场景

一是为了代替原来燃煤热电联产、燃煤锅炉等技术较为成熟的产业园、都市商圈等地区,供热负荷需求将较为平稳;二是基于洁净化绿色化发展需要,但不能新上燃煤热电联产等,同时也有供热负荷需要的地方新建工业园区或平台或新建的工业集中区等,因此其供热负荷需求量具有一定不确定性,且需要有相当的市场培育时间。但通过研究表明,目前各地方对于该类园区式需求仍较多。

（二）酒店、医院、数据中心等楼宇式场景

目前国内各地宾馆和医院中的天然气分布式项目运作得相对比较顺利,且负荷平稳,与需求量也比较匹配,可进一步推广。但数据中心建设项目经济效益不一,因为大型的互联网数据中心建设项目对供能稳定性要求极高、受市场环境影响很大、对市场培育期较长,经济效益不确定性也较强。所以,要全面汲取错误的训导,总结经验,建立一个与互联网数据中心相配套的天然气分布式建设项目。

结语

综上所述，天然气分布式能源不但能够有效克服供能离散的造成能量效率低下问题,还有助于增加能量供给保障,减少用能成本。在现实情况运用中,也需要经过多种方法的比选与不断优化,最后选出经济合理的能量使用模型。

参考文献：

[1]付佳鑫,刘颖琦.我国天然气分布式能源发展现状及思考[J].节能,2020(10):113-114.

[2]薛静.中国电力2016:吹响现代能源转型集结号[J].中国电力企业管理,2016(34):38-41.