天然气分布式能源介绍

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所属分类:分布式能源

1. 分布式能源系统涵义

分布式能源系统,常可称冷热电联供(Combined cooling heating and power, CCHP):一种建立在能源梯级利用概念基础上,将制冷、供热及发电集成的多联供总能系统。天然气分布式能源系统是以天然气等清洁能源为燃料,应用燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等各种热动力发电机组和余热利用机组的能量转化设备,为用户提供冷、热、电等各种负荷需求的分布式供能系统。

天然气分布式能源是分布式能源体系中的核心技术,是我国为了实现节能减排和清洁能源高效利用迫切需要发展的核心技术。接近负荷、建在用户需求侧、相对独立的功能系统和实现能源梯级利用、燃气的高效利用、提高能源综合利用率是定义天然气冷热电分布式能源的基本特征。

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图:天然气分布式能源系统示意图

按照规模划分,天然气分布式能源系统主要包括楼宇型和区域型两种类型。楼宇型一般适用于二次能源需求性质相近且用户相对集中的楼宇(群),包括宾馆、学校、医院、写字楼以及商场等,一般采用内燃机或小型燃气轮机作为动力设备。区域型一般适用于冷、热(包括蒸汽、热水)、电需求较大的工业园区、产业园区、大型商务区等,一般采用燃气轮机作为动力设备。按照与电网的关系划分,天然气分布式能源系统主要包括独立运行、并网不上网、并网上网和发电量全部上网4种类型。

2.天然气分布式能源系统的特点

(1)优化能源结构

天然气分布式能源系统主要以天然气和可再生能源等清洁能源为一次能源,符合国家能源规划和节能减排政策,利于改善和优化我国长期以来以煤炭为主的能源结构,并且天然气在分布式能源的利用还有利于提高输气管线利用率,平衡夏季天然气冗余。冬季天然气供应短缺的问题,削峰填谷缓解电力紧张。

(2)提高能源综合利用率

分布式能源不仅可以同时向用户提供冷、热、电等多种能源供应方式,而且实现了优质的天然气能源的梯级和高效利用,有效提高能源的综合利用效率,能源综合效率在70%以上,是节约能源、提高能源利用率、增加能源供应、应对能源短缺、能源危机和能源安全问题的有效途径。

(3)输配电损失小、经济效益较高

天然气分布式能源系统采用小型或微型发电设备,并与供热、制冷等装置组成的系统,规模一般都比较小,是用户自主解决能源供应,通过提高能源综合利用率,从而减少能源费用支出的一种能源投资方式,因此其投资回报率一般都比较高,系统相对单位功率初投资较少,运行维护方便。

(4)排放低、环境效益高

天然气分布式能源系统采用天然气做燃料,减少有害物的排放总量,由于实现了优质能源梯级合理利用,SO2和固体废弃物排放几乎为零,温室气体CO2减少50%以上,NO2减少80%,总悬浮颗粒物减少95%,具有明显的减排效果。同时可以采用脱硝等其他辅助减排技术,达到更好的环境保护效益。

(5)提高供能安全性和可靠性

天然气分布式能源系统布置在用户端,与利用太阳能、水能、风能等受地理气候等条件影响相比,在供能安全及可靠方面具有较高的运行灵活性。分布式能源系统可与市政电网并网运行,既可缓解电网压力,改善电能质量,又可保证供电可靠性,避免供电危机。

(6)控制管理智能化

分布式能源系统网络能将每个能源装置的自动控制连接,实现智能指挥调度,并根据整体的电力、热力、制冷需求,蓄能与燃料变化进行优化调节,从而彻底平衡电力、热力、制冷、热水和燃料的峰谷变化平衡问题,做到控制管理智能化。同时,天然气分布式能源系统普遍容量较小,机组的启停和调节迅速,便于无人值守,因此十分灵活和易于操作。

3. 天然气分布式能源系统主要设备

天然气分布式能源系统的主要由发电设备(原动机)、余热利用设备及相关辅助设备组成。原动机主要包括燃气轮机、燃气内燃机、微型燃气轮机(微燃机)等,燃气轮机和内燃机应用最广泛。余热利用设备包括烟气热水型溴化锂空调、余热锅炉等。

表:不同类型原动机性能特点对比

项 目

燃气微燃机

燃气内燃机

燃气轮机

发电机组功率(kW)

≤300

一般≤5000

一般>1000

发电机组电压(kV)

0.4

0.4或 10

0.4或 10

发电效率(%)

15-31

25-45

18.9-38.5

排烟温度(℃)

242-645

356-618

368-555

余热回收型式

烟气

烟气+缸套水

烟气

余热回收系统

简单

复杂

简单

大修期(小时)

NA

30000-80000

40000-60000

启动时间

较短

较短

较长

振动

噪声分贝(dB)

罩外<80

裸机 100-130

罩外≤85

减振措施

不需要

需要

不需要

所需燃气压力(kPa)

1-965

1-410

1000-3500

与燃气轮机相比,内燃机发电效率较高,热电比小,部分负荷较好,并且初投资较低,但余热回收较麻烦,排烟温度和缸套水温度低,因此对电力需求较多或经常处于低负荷运行时,应优先考虑内燃机。燃气轮机排烟温度较高且流量大,热电比高,因此对热量需求较大且对热量的要求较高时,燃气轮机具有较大的优势。目前,内燃机在较小容量的燃气分布式能源系统中占有一定优势,而燃气轮机在规模较大的系统中具有吸引力。

4. 天然气分布式能源技术发展现状

目前我国正处于工业化、城镇化加速发展阶段,居民和非居民供热、供冷需求持续快速增长。特别是在京津冀鲁、长三角、珠三角等大气污染防控重点区域和省级重点城市,工业园区、经济开发区、商业建筑的热、冷负荷需求旺盛,而燃煤锅炉热效率低、污染物排放浓度高,发展空间受限。因此通过建设包括天然气分布式能源在内的清洁能源机组实现冷热电联供,可以满足新增供热、供冷需求,替代分散燃煤锅炉,同时有效降低分散供热带来的环境污染。

未来我国天然气消费比重将不断增加,天然气供需形势相对缓和,气价形成机制逐步市场化,冷热需求快速增长等因素均为天然气分布式能源的发展提供了有利的市场环境。国家能源产业政策、节能环保政策、电力体制改革政策等均鼓励在经济发达地区发展天然气分布式能源,构建智慧能源有利于发挥天然气分布式能源的优势。目前天然气分布式能源的上网电价政策和补贴机制有待进一步完善,并网服务有待进一步落实。随着政策和机制的逐步完善,我国天然气分布式能源已经进入新一轮布局窗口期,预计未来几年我国天然气分布式能源将进入快速发展期。

据不完全统计,截止到2015年底,我国天然气分布式能源项目(单机规模小于或等于50兆瓦,总装机容量200兆瓦以下)共计288个,总装机超过11123兆瓦。其中已建项目127个,装机1405.5兆瓦;在建项目69个,装机1603.2兆瓦;已建在建项目合计装机3008.6兆瓦;筹建项目92个,装机8114.8兆瓦。与《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中设定的“十二五” 期间建设1000个左右天然气分布式能源项目、并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域的目标相差甚远。

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