论文《天然气分布式能源在国内发展现状》

2018-10-3110:27:31 发表评论 37

论文《天然气分布式能源在国内发展现状》

文/李恒松 杨 晖 张思健,北京市供热、供燃气、通风及空调工程重点实验室 北京建筑大学(2015)

  与传统的集中式供能方式相比,天然气分布式能源靠近用户端,且系统具有综合利用率高、洁净环保、能源供应安全可靠、削峰填谷等优点。近几年来,国家各部门相继出台了一系列政策文件支持和促进天然气分布式能源在国内的发展,2011年国家发布的《关于发展天然气分布式能源的指导意见》提出“十二五”期间建设1 000个左右天然气分布式能源项目,到2020年使天然气分布式能源装机规模达到5 000万kw的计划。目前,《天然气分布式能源示范项目实施细则》已经公布,并与2014年11月1号正式实施,细则中对天然气分布式能源示范项目的申报条件、评选原则及要求都做了明确规定。能源政策上的支持使天然气分布式能源在国内的发展进入了一个高潮。

1分布式能源的定义

1.1国外对分布式能源的定义

目前,国际上有不少机构对分布式能源做出了定义,一致认为分布式能源是靠近用能中心或客户端的分散式能源系统,但也存在一些分歧,专业术语也不尽相同。其主要分歧表现在两个方面,一是供能形式,二是装机规模。例如:

1) 美国:US Department of Energy(美国能源部)分布式能源的术语是DER(Distributed energy resource),并定义DER为小型、模块化、分散、不考虑是否联网的能源系统,包括发电、储能和输送等有效措施,系统一般设置于用能地点或附近。美国能源部对不同技术形式的DER并没有给出统一的规模界定,而是给出了不同的容量范围。表1为美国能源部关于DER不同技术的装机容量范围。

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  2) WADE(世界分布式能源联盟,World Alliance for Decentralized Energy)采用的分布式能源的术语为DE(Decentralized Energy),其定义也较为宽泛,指在用户地点或附近的发电供能系统,不考虑这些项目的规模和采用的技术、所用燃料类型及是否联网等条件,同时指出决定一个系统是不是分布式能源的不是其容量的大小,而是其地点是否靠近用户。

  1.2 国内对分布式能源的定义

1) 国家发展和改革委员会在2004年第1702号文件中指出:DER是近年来兴起的利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式,并指出分布式能源接近负荷,不需建设大电网,可大大减少线损,节省输电和运行费用,同时指出分布式能源多采取天然气、可再生能源等清洁能源为燃料,实现能源的梯级利用,并在2011年第2196号文件中指出天然气分布式能源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,是天然气高效利用的重要方式。

2) 国家能源局在2011年第55号文件中对分布式发电的定义为“位于用户所在地附近,不以大规模远距离输送电力为目的,所生产的电力除由用户自用和就近利用外,多余电力送入当地配电网的发电设施、发电系统或电力输出的能量综合梯级利用多联供系统。” 同时指出,DER主要形式包括:燃气冷热电三联供、废弃物发电、生物质发电、小水电、小型光伏和风电等。

  1.3国内外分布式能源定义的异同

国内外机构都强调 DER 是靠近用户的用能系统,以自用为主,且用能形式很广泛。但在阐述装机规模和用能形式时侧重点有所不同。美国能源部强调DER为小型化、模块化,并对不同技术形式的DER系统装机规模做出了规定。WADE抓住了DER靠近用户这一实质,同时不限制其规模容量。

在我国,发改委和能源局都同时强调DER应是小型化,不以大规模远距离输送电为目的。发改委还指出DER多采用天然气等可再生能源为燃料,能源局也指出天然气冷热电三联供是DER系统主要形式之一。可见,在我国天然气联供系统作为DER的一种主要形式,其发展已越来越重要。

 2天然气分布式能源在我国的发展困境

 

  2.1分布式能源规模问题

国家电网2013年在《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》指出,单个并网点总装机规模不超过6MW的分布式发电项目免收并网接入费。这样就限制了大容量天然气DER的发展。然而,DER侧重点是靠近用户的供能系统,CCHP是在此基础之上通过对能量的梯级利用来实现冷、热、电的联供系统。

发改委的诸多文件及《燃气冷热电三联供工程技术规程》中都曾提出联供系统的年平均能源综合利用率应大于70%。国家近几年大力推进DER及CCHP技术的发展,也是从节能减排、能源的就近选择及供能的安全性等多方面考虑,因此,只要能满足这几个方面的要求,规模具体大小就不再重要。

2.2并网难问题

并网难主要有两方面的原因,一方面分布式能源在并网过程中,由于其能源的随机性,可能会影响电网稳定性。另外并网运行的分布式电源又是一个独立于电网之外的自备电源,很容产生孤岛效应,对电网系统、用电设备、用户和维修人员造成一定危害。孤岛效应很难避免,而且接入电源容量越大电压等级越高,孤岛效应的危害越大,这也限制了DER的发展。另一方面,分布式发电的接入可能会造成原有电力系统的某些设备闲置甚至成为备用,而且向电网卖电也会分得电网公司一部分利益,这些都将对电网公司造成一定的利益损害。

 

  2.3天然气价格问题

目前天然气的发电成本远高于煤电成本,大部分天然气发电企业只得靠补贴存活,肖蔚然在文献中曾指出只有禁煤的区域才不得不选择价格高昂的天然气作为燃料,更具备发展天然气 DER 的条件。因此特别是在非禁煤的区域,要想充分发展天然气DER,就需要通过相关途径获得国家补贴,并签订一定年限内天然气不涨价协议,方可使得天然气DER系统在经济上获得一定的可行性。

  3天然气分布式能源并网规模的思考

分布式发电并网容量越大,其对电网的冲击也会越大。单个并网点不超过6 WM的规模对于光伏、风力等能源集中度不高的分布式发电而言或许够用,但天然气属高热值燃料,能源集中度比较高,便于大规模集中。因此,单个并网点不超过6 MW的限制对于天然气分布式能源而言,其制约作用显得尤为明显。例如已获批复的北京华电通州区域能源中心是“厂、网、站一体化”燃气分布式能源项目,总装机规模达231 MW。

另外,现行《燃气冷热电三联供工程技术规程》中规定燃气CCHP的装机容量上限是15 MW,条例说明上指出在这种并网的情况下能供应几十万平方米建筑的冷、热、电负荷,是联供系统比较经济的规模。最近住房和城乡建设部联合国家质量监督检验检疫总局又发布了一版《燃气冷热电三联供工程技术规范》(征求意见稿),此征求意见稿中将CCHP的装机容量上限提高到25 MW。由此可以说明15 MW的并网容量从技术上和经济上是可以实现的。

从国际上看,美国能源部早期对DER的定义中限制了容量范围是从几千瓦到50 MW ,而现在已把对DER容量范围的限定从定义中取消,只是在讨论不同技术形式的DER时给出了一定容量限定;国际分布式能源联盟对DER的定义中刻意指出不考虑项目规模的大小。从这些国际权威机构对DER的定义可以看出,国际上在对DER的研究中装机规模的限制已不再是问题重点。

论文《天然气分布式能源在国内发展现状》

 表2是笔者收集的截至2013年美国热电联产不同形式装机规模的比较。从表2可以看出,目前在美国,热电联产总的装机规模已超过85GW,规模已相当大,其中内燃机和燃气轮机简单循环联供系统装机容量比较小,但在数量上占绝对优势,而大型的联合循环系统数量较少但装机容量却占明显优势。从这些数据虽然还不能看出美国对 DER 的界定,但可以知道,无论是大型的还是小型联供系统都有各自的应用环境,而且都有一定的合理性。

  4结论

天然气CCHP作为分布式能源的一种重要形式,应充分发挥系统靠近用户、对能源梯级利用、削峰填谷的作用,而不要过于限制其装机容量。对于电网方面,应该注重引用国外先进的并网技术和经验,以最大限度的减少DER在并网过程中可能带来的问题。

对于天然气多联供系统,在提高机组运行小时数的同时还要注重优化CCHP的系统配置,充分利用其发电余热进行供暖或制冷,提高能源的终端利用率,实现冷热电的高效就地直供。

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