天然氣分布式能源與天然氣熱電聯產項目的區(qū)別

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產項目理解上的困惑，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產在聯供和聯產、發(fā)電設備容量、系統設計上的區(qū)別。

關鍵詞：天然氣分布式能源；天然氣熱電聯產；比較；區(qū)別

中圖分類號：TU996.2 文獻標志碼：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，二是天然氣調峰電站，三是天然氣熱電聯產，四是天然氣分布式能源。國務院于2018年6月27日印發(fā)的《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃的通知》（下稱《行動計劃》），提出有序發(fā)展天然氣調峰電站等可中斷用戶，原則上不再新建天然氣熱電聯產項目?！缎袆佑媱潯分刑岬搅颂烊粴鉄犭娐摦a項目，但未提及天然氣分布式能源項目。

目前，我國尚未在技術指標上將天然氣分布式能源項目與天然氣熱電聯產項目加以區(qū)別，《行動計劃》讓一些人產生困惑，認為政策限制了天然氣分布式能源的發(fā)展。鑒于此，筆者結合自己多年從事天然氣分布式能源項目設計和研究工作的經驗，談談天然氣分布式能源項目和天然氣熱電聯產項目的區(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合發(fā)布了《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》（下稱《指導意見》），文中指出，“天然氣分布式能源是指利用天然氣為燃料，通過冷熱電三聯供等方式實現能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%以上，并在負荷中心就近實現能源供應的現代能源供應方式，是天然氣高效利用的重要方式?！?/p>

根據《指導意見》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）電聯供；（4）綜合能源利用率在70%以上；（5）服務于負荷中心；（6）現代能源供應方式。因此，天然氣分布式能源與天然氣熱電聯產的最主要區(qū)別在于，它是服務于負荷中心的現代能源供應方式。

根據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系統，就近滿足用戶的能源需求。究其本質，就是服務于當地的負荷中心，而不是為了大規(guī)模遠距離輸送能源。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備的選擇是由用戶冷、熱、電負荷需求特點決定的，這不同于天然氣熱電聯產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的，并立足于現有能源-資源配置條件和成熟的技術組合，是不同領域新技術革命的整合，建立在信息通信技術、智能控制技術等基礎上，具有低污染排放，靈活方便，高可靠性和高效率的能量生產系統[1]。

3 聯供和聯產的區(qū)別

聯供有聯產、供應的意思，因此“聯供”包括了“聯產”的概念。聯產的側重點是在供應側，為提高供應側的能源轉換效率而設法充分利用余熱。聯供的側重點除了供應側，還要滿足用戶側，因此，聯供系統需要解決兩個方面的技術與措施，一方面是，供應側的各種冷、熱、電生產技術，如發(fā)電設備、制冷設備、供熱設備的選擇及采用不同的熱源，并結合各種可再生能源技術和蓄熱蓄冷技術；另一方面是，用戶側的供冷和供熱末端技術或終端的傳遞和控制技術與設施。因此，“聯供”系統的復雜程度和系統優(yōu)化的重要性要比“聯產”大得多[2]。

天然氣分布式能源是一種聯供系統，擁有先進的自動化控制技術，能夠在各種氣候條件和負荷條件下，為用戶提供各類能源。要實現高效率、低成本的冷、熱、電聯供，不僅要用熱電聯產技術，而且還要結合其他各種制冷、制熱的先進技術，如熱泵技術、可再生能源利用技術等，把它們優(yōu)化集成在一起，系統生產的冷、熱、電負荷全部在一個經濟合理的范圍內就地直供。

天然氣熱電聯產是利用發(fā)電后產生的余熱生產相對低品位的熱能，從而使系統的能源轉換效率提高。熱電聯產機組的建設是按照“以熱定電”原則，因此，機組生產的大部分超過本區(qū)域需求的電都必須上網銷售。這種完全依賴電網的系統其實不是真正的分布式能源系統，因為這種系統不是服務于當地的負荷中心。

4 發(fā)電設備容量差異

自從《指導意見》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，總裝機容量為1112萬千瓦，其中樓宇式133項，裝機容量約23萬千瓦；區(qū)域式155項，裝機容量約1089萬千瓦。由此得到，單個樓宇式平均裝機容量約1.7MW，單個區(qū)域式平均裝機容量約70MW。

天然氣分布式能源項目選擇的發(fā)電設備主要為微型燃氣輪機、小型燃氣輪機和燃氣內燃機等。目前針對天然氣分布式能源項目設計可供參考的標準有兩個：一個是國家標準，即《燃氣冷熱電聯供工程技術規(guī)范》（GB51131-2016），該標準適用于發(fā)電設備單機容量小于或等于25MW的簡單循環(huán)；另一個是電力行業(yè)標準，即《燃氣分布式供能站設計規(guī)范》（DL/T 5508-2015），該標準適用于樓宇式能源站發(fā)電設備單機容量不大于10MW，區(qū)域式能源站發(fā)電設備單機容量不大于50MW。結合上述兩標準，天然氣分布式能源發(fā)電設備的單機容量不應超過50MW。國際上常將單機出力在50MW及以下的燃氣輪機歸類為中小型燃氣輪機。

近年來，燃氣輪機正朝著大型化的方向發(fā)展。燃氣輪機與蒸汽輪機組成的大型燃氣-蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電機組，最大功率可達420MW～480MW，循環(huán)發(fā)電效率可達55%～58%，若采用熱電聯產，其綜合能源利用效率可達80%～90%[3]。天然氣熱電聯產發(fā)電設備采用的是大型燃氣輪機。根據燃氣輪機的發(fā)電出力主要分為B級、E級、F級和H級，B級燃氣輪機單機出力不超過100MW；E級燃氣輪機單機出力在100MW～200MW之間，F級燃氣輪機單機出力在200MW～300MW之間，H級燃氣輪機單機出力在300MW～400MW之間。

當前天然氣熱電聯產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小型化趨勢。天然氣熱電聯產是一種大型的燃氣-蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電廠，以集中供熱為前提，大部分電力被上傳電網，產生的蒸汽或熱水供應周邊用戶使用。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，產生的蒸汽、熱水、冷水等供用戶內部使用。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 系統設計上的差異

5.1 天然氣分布式能源系統

天然氣分布式能源系統設計，既可以“以熱定電”，也可以“以電定熱”，系統機組容量是根據用戶冷、熱負荷及電力負荷需求曲線進行配置[4]。電力負荷需求大的用戶，按照“以熱定電”原則配置，用戶電力負荷調峰由電網補充。冷、熱負荷需求大的用戶，按照“以電定熱”原則配置，以用戶需求基荷電量來確定發(fā)電設備裝機容量，用戶冷、熱負荷調峰由外部熱網、尖峰鍋爐、吸收式冷熱水機組、壓縮式冷水機組、熱泵等設備進行補充，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供應系統是天然氣分布式能源系統的衍生，這種能源系統基于總能系統思想，充分考慮各種用能品位基礎上的集成耦合?？傮w來說，基于天然氣分布式能源的多能互補供應系統構建原則可概括為：多源輸入，綜合互補；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供應系統的工藝流程圖。天然氣分布式能源系統可因地制宜地發(fā)展與太陽能供熱、太陽能發(fā)電、熱泵、生物質能、工業(yè)廢熱等進行集成，實現多能互補的能源供應系統。

5.2 天然氣熱電聯產系統

根據《熱電聯產管理辦法》（2016年3月22日印發(fā)），燃氣-蒸汽聯合循環(huán)熱電聯產項目要以集中供熱為前提，堅持“以熱定電”，統籌考慮電網調峰要求。由此可見，熱電聯產項目要以滿足城市采暖或工業(yè)園區(qū)用熱作為機組選型的基礎條件，機組發(fā)電上網，兼顧電網調峰。而對天然氣分布式能源項目來說，調峰是指天然氣分布式能源系統內部的調峰，包括對電、熱、冷負荷的調節(jié)。

天然氣熱電聯產系統是燃氣-蒸汽聯合循環(huán)系統，主要設備包括燃氣輪機、余熱鍋爐和汽輪機等。天然氣熱電聯產項目根據供應區(qū)域的主要用熱負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，工業(yè)型熱電項目常按“一抽一背”配置汽輪機。與天然氣分布式能源系統相比，天然氣熱電聯產系統工藝流程相對簡單，主要為燃氣輪機+供熱余熱鍋爐和燃氣輪機+余熱鍋爐+供熱式汽輪機。圖2為燃氣輪機+余熱鍋爐+供熱式汽輪機系統流程示意圖。

6 結束語

綜上所述，天然氣分布式能源與天然氣熱電聯產的主要區(qū)別在于以下幾點：

（1）天然氣分布式能源是服務于負荷中心的現代能源供應系統，就近滿足用戶的各類能源需求，發(fā)電為自用，不上傳電網；天然氣熱電聯產的大部分電力被上傳電網，產生的蒸汽或熱水供應周邊用戶。

（2）天然氣熱電聯產的側重點是在供應側，而天然氣分布式能源系統的側重點除了供應側，還要滿足用戶側，系統生產的各類能源是在一個經濟合理的范圍內就地直供。

（3）天然氣分布式能源發(fā)電設備主要為微型燃氣輪機、燃氣內燃機及中小型燃氣輪機，發(fā)電設備單機容量不超過50MW，而天然氣熱電聯產的發(fā)電設備為大型燃氣輪機，單機容量大于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設計可以“以熱定電”，也可以“以電定熱”，系統靈活，常與其他能源集成多能互補系統，負荷調峰為系統內部的調峰；而天然氣熱電聯產系統設計是以集中供熱為前提，“以熱定電”原則，系統主要為燃氣輪機+供熱余熱鍋爐和燃氣輪機+余熱鍋爐+供熱式汽輪機兩種，發(fā)電兼顧電網調峰。

參考文獻：

[1]國家發(fā)展改革委經濟運行調節(jié)局，國家電網公司營銷部，南方電網公司市場營銷部.分布式能源與熱電冷聯產[M].北京：中國電力出版社，2013，8：3.

[2]龔婕，華賁.分布式能源系統：聯產和聯供[J].沈陽工程學院學報，2007，3（1）：1-5.

[3]楊旭中，郭曉克，康慧.熱電聯產規(guī)劃設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2008：12-13.

[4]李善化，應光偉.分布式供能系統設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2018：267-268.