黑龍江省天然氣分布式能源系統(tǒng)的節(jié)能分析及應(yīng)用前景

劉堅（中國石油昆侖氣電有限公司）

美國是采用分布式能源系統(tǒng)較早的國家，但對我國而言，還處在起步階段。根據(jù)我國政府發(fā)展規(guī)劃要求，要結(jié)合社會經(jīng)濟發(fā)展的實際情況，大力推動和開展天然氣分布式能源，從而促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1]。通過運用天然氣分布式能源系統(tǒng)（以下簡稱“能源系統(tǒng)”），能夠大幅度提高天然氣的使用效率，還可將電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)的特點凸顯出來，有利于能源供應(yīng)的穩(wěn)定和可靠，進而表現(xiàn)出能源系統(tǒng)對節(jié)能減排起到重要作用。但在黑龍江省的實際應(yīng)用過程中，由于受到各方面因素的影響，導(dǎo)致該能源系統(tǒng)存在一定的局限性，不能充分滿足地區(qū)的需要；因此，本文針對黑龍江省天然氣分布式能源系統(tǒng)問題展開論述。

1 概述

分布式能源是指以滿足用戶對多種能源需求為基礎(chǔ)，對各類資源進行系統(tǒng)地整合與優(yōu)化，其能源供應(yīng)模式與集中功能的模式相對，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

采用分布式能源系統(tǒng)可以有效減少能源消耗[2]，符合國家節(jié)能減排規(guī)劃的要求。現(xiàn)階段，各省、自治區(qū)、直轄市充分結(jié)合本地域?qū)δ茉吹男枨笄闆r，大力支持分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展，在國家相關(guān)規(guī)劃的指導(dǎo)下，相繼推出了相關(guān)政策。與此同時，2017年6 月，國家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于加快推進天然氣利用的意見》中指出， 要大力發(fā)展天然氣分布式能源，在大眾城市具有冷熱電需求的能源符合中心、產(chǎn)業(yè)和物流園區(qū)、商業(yè)中心、醫(yī)院、學(xué)校等推廣天然氣分布式能源示范項目；而在相關(guān)管網(wǎng)尚未能普遍覆蓋的地區(qū)，先以LNG 作為氣源進行試點。之后，黑龍江省于2017 年12 月發(fā)布了《黑龍江能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃中提出“全面開放用戶側(cè)分布式電力市場，實現(xiàn)電網(wǎng)公平介入，促進分布式能源發(fā)展；推進分布式能源網(wǎng)絡(luò)建設(shè)”。

圖1 分布式能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 天然氣分布式能源系統(tǒng)內(nèi)容分析

天然氣分布式能源系統(tǒng)主要分布在用戶端能源綜合利用中，用戶可以利用微小型的獨立輸電、熱、冷系統(tǒng)，實現(xiàn)天然氣多種能源梯級的利用。另外，分布式能源系統(tǒng)更加靠近負荷中心，有效地減少輸配級別管道的熱損，在能源不足的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)外部能源網(wǎng)供給補充。

能源系統(tǒng)是以天然氣為基本燃料推動燃氣輪機、內(nèi)燃機等設(shè)備運行[3]，既能符合對電力能源的需求，又能將系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱通過相應(yīng)的設(shè)備為客戶供暖；如此一來，就建立了一套燃氣冷熱電等多能源聯(lián)合供應(yīng)的體系，以滿足各類用戶的需求，從而提高單位能源的利用率，實現(xiàn)節(jié)能減排的重要目標。

能源系統(tǒng)通常由動力系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)組成。其中，動力系統(tǒng)作為能量轉(zhuǎn)換的主要部分，是開發(fā)分布式能源系統(tǒng)的重點對象，包括燃氣輪機、內(nèi)燃機等設(shè)備。燃氣輪機的工作原理是利用燃氣燃燒產(chǎn)生的能，加熱鍋爐中的水產(chǎn)生水蒸氣，利用水蒸氣對汽輪機做功，從而產(chǎn)生電能。在這一過程中，可以將低壓蒸汽或熱水的部分能量回收再利用，從而滿足用戶的供暖需求。目前，燃氣輪機的余熱回收效率高，是主要的動力系統(tǒng)組件。另外，燃氣內(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機組，主要的燃料是天然氣，其在使用中相對投資少，機組啟動快速方便，變負荷性能突出，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

3 天然氣分布式能源系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用

當(dāng)前社會經(jīng)濟迅速發(fā)展， 天然氣分布式能源系統(tǒng)廣泛用于促進節(jié)能減排過程中，并取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，同時也推動了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。目前，能源系統(tǒng)在我國各地區(qū)都在不斷完善之中，一些重大的項目和規(guī)劃都在謀求通過這一系統(tǒng)，減少能源消耗，從而降低成本投入。

3.1 實施能源系統(tǒng)的意義

1）能源系統(tǒng)對節(jié)能減排起到重要作用。能源系統(tǒng)因其在節(jié)能方面的特性，可以大范圍地應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，特別是以熱電聯(lián)產(chǎn)為基礎(chǔ)，配備吸收式制冷機來吸收熱電轉(zhuǎn)換過程中的余熱。如此，能夠按照用戶的需要進行選擇，例如，夏季可以利用熱電生產(chǎn)時的冷卻水進行換熱，提高一次能源利用效率，從而提升整個系統(tǒng)的能源利用率；既節(jié)約燃料，又能增加發(fā)電量，還可減少因電能輸送產(chǎn)生的各類損耗。

2）能源系統(tǒng)能夠提高能源使用效率。以煤電為例，目前大型電廠的發(fā)電效率一般在35%～55%之間[4]，再考慮電能運輸過程中的線路損失[5]，到達終端后能源利用率只有30%～35%。應(yīng)用天然氣分布式能源系統(tǒng)及其梯級使用成果，可以將電能生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱加以利用。根據(jù)用戶的實際需求，實施能源的再次利用，可提升綜合利用效率至80%以上；而且分布式能源系統(tǒng)通常貼鄰用戶建設(shè)，可將電能與熱能在長途傳輸過程中的能量消耗降低到近似于零。按照每100×104kW 的裝機容量，每年可節(jié)能78×104t 標煤以上[6]。若按我國5年內(nèi)新增裝機容量預(yù)期超過4×108kW，其中15%～20%采用分布式能源系統(tǒng)計算，則每年可節(jié)能6 000×104t 標煤以上，CO2減排約1.6×108t。

3）能源系統(tǒng)對天然氣調(diào)峰起到緩沖作用。在能源系統(tǒng)運行過程中，能夠調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)天然氣需求量與電力供應(yīng)之間達到某一設(shè)定值時，通過分布式能源系統(tǒng)，對發(fā)電系統(tǒng)采取機械中斷，在不同的時間、季節(jié)發(fā)揮其削峰填谷作用，保證燃氣系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，減少電力裝置峰值裝機容量，從而降低電網(wǎng)和熱力管網(wǎng)的運營成本。

3.2 黑龍江省天然氣分布式能源系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

天然氣分布式能源系統(tǒng)在實際運行過程中，會受到多方面因素的影響，將影響能源系統(tǒng)對天然氣能源的優(yōu)化作用。目前，黑龍江省天然氣分布式能源系統(tǒng)運行情況如下所述。

3.2.1 天然氣資源分布不均勻

黑龍江省天然氣總體利用水平不高，供需矛盾比較突出[7]。2015 年，全省人均天然氣消費量約93 m3，比全國平均水平低47 m3，全省城鎮(zhèn)天然氣氣化率為33.3%，比全國平均水平低6.7%。據(jù)預(yù)計，到2020 年，全省天然氣需求總量將超過44.3×108m3[8]，目前氣源單一?，F(xiàn)有氣源主要是大慶油田生產(chǎn)的天然氣，其商品氣量低，導(dǎo)致各地氣源不足，天然氣市場發(fā)育緩慢，嚴重制約了天然氣分布式能源業(yè)務(wù)的開展。

黑龍江省天然氣消費以城市燃氣為主，城市燃氣為10.56×108m3，占比39%；工業(yè)燃氣為7.63×108m3，占比28%；天然氣發(fā)電1.2×108m3，占比5%；化工燃氣為7.59×108m3，占全省總量的28%。

3.2.2 能源系統(tǒng)短期內(nèi)難以并網(wǎng)

目前，天然氣分布式能源系統(tǒng)還處于發(fā)展過程中，而且黑龍江省的電力市場還沒有完全開放，國有的電力集團占主導(dǎo)地位，致使能源系統(tǒng)現(xiàn)階段在黑龍江省難以并網(wǎng)，影響能源系統(tǒng)對能源的管理效率。

3.2.3 能源系統(tǒng)與現(xiàn)行機制存在矛盾

現(xiàn)階段，我國對電價實施交叉補貼的模式，導(dǎo)致工業(yè)用電的價格低于居民、農(nóng)業(yè)用電，造成了能源系統(tǒng)與現(xiàn)行機制間產(chǎn)生矛盾。因為能源系統(tǒng)是可以應(yīng)用天然氣自行發(fā)電的系統(tǒng)，可以滿足余缺網(wǎng)補，將壓縮電網(wǎng)企業(yè)的利潤空間，從而阻礙電網(wǎng)的發(fā)展和運行。

3.2.4 燃氣價格無法得到用戶滿意

天然氣分布式能源業(yè)務(wù)的開展，對黑龍江省總體經(jīng)濟情況來說比較超前，部分地市的熱電企業(yè)對目前的天然氣價格不能接受，部分地區(qū)政府對當(dāng)?shù)孛旱V企業(yè)持保護態(tài)度，對目前氣源、氣價問題持懷疑和觀望態(tài)度。

4 黑龍江省天然氣資源及分布式能源系統(tǒng)發(fā)展前景

就目前黑龍江省而言，天然氣分布式能源系統(tǒng)屬于剛剛起步階段，但在實際應(yīng)用過程中，在大慶油田已經(jīng)有了多年的成功案例。其中，中油電能氣電公司（原大慶油田電力集團燃機電廠） 成立于1986 年，是大慶最早使用天然氣發(fā)電的企業(yè)，擁有2 套美國GE 公司生產(chǎn)的MS-6001B 型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，2 套機組分別于1986 年和1989 年投產(chǎn)，總裝機容量為105 MW。截至目前，該機組累計運行時間超過35×104h，累計發(fā)電超過150×108kWh 發(fā)電余熱，熱水供廠內(nèi)冬季供暖，與傳統(tǒng)煤電比較，節(jié)能減排效果顯著。該廠成立較早，成立之初并沒有分布式能源的概念，主要以發(fā)電為主，余熱利用為輔，嚴格而言還不能算是完整的分布式能源項目，但從多年的實際運行效果來說還是值得肯定和借鑒的。

隨著東北振興、城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的實施，以及資源環(huán)境的約束趨緊，大氣污染防治對綠色能源替代的要求日益迫切，黑龍江省正在推動全省傳統(tǒng)工業(yè)優(yōu)化升級，裝備制造、綠色食品、交通運輸?shù)戎攸c行業(yè)持續(xù)發(fā)展，黑龍江省天然氣資源將有極大的發(fā)展空間。國家引進俄氣戰(zhàn)略工程正在穩(wěn)步實施，國家確定的能源戰(zhàn)略大通道：中俄東線、中俄遠東線分別從黑河、虎林入境，分別自北向南、自東向西貫穿黑龍江省。其中東線正在建設(shè)，預(yù)計2019 年10月底達到通氣條件，干線完成通氣、再完成各市縣的支線建設(shè)后，基本能夠?qū)崿F(xiàn)黑龍江省天然氣全覆蓋，為黑龍江省大力發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)提供資源保障，也解決了天然氣分布式能源系統(tǒng)目前存在的氣源緊缺的困難，對優(yōu)化我省能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)節(jié)能減排、建設(shè)節(jié)約型社會發(fā)揮著巨大作用。在實際發(fā)展過程中，也需要不斷引進先進的技術(shù)，完善管理標準，提升燃氣利用效率，推進天然氣分布式能源系統(tǒng)創(chuàng)新，滿足當(dāng)前社會發(fā)展的需要，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，促進節(jié)約型社會的建設(shè)。

綜上所述，天然氣分布式能源系統(tǒng)具有清潔、高效、環(huán)保等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級綜合利用，進一步提升天然氣利用效率，減少三廢排放，滿足當(dāng)前節(jié)能要求[9]。由于黑龍江省的天然氣資源現(xiàn)狀、天然氣價格接受能力、電力市場相關(guān)政策等方面的原因，目前大力推行天然氣分布式能源項目還存在一定難度[10]。但從當(dāng)前全國天然氣分布式能源系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的趨勢，以及黑龍江省未來幾年天然氣資源配置日漸豐富的情況來看，改變當(dāng)前能源利用現(xiàn)狀，為提升節(jié)能減排的效益，最大限度減少二氧化碳的排放，增加節(jié)能減排的經(jīng)濟效益和社會效益，推行天然氣分布式能源項目的前景是十分樂觀和值得肯定的。