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浅谈天然气分布式能源技术及其应用

2018-1-4 9:53:38 本站原创 【字体:


关键词:天然气;能源;发展;应用 
  中图分类号:TU99 文献标识码:A 
  根据2011年国家能源局联合四部委发布的《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源[2011]2196号),“十二五”期间,我国将大力发展天然气分布式能源,建设1000个左右天然气分布式能源项目,规划到2020年,总装机容量达到5000万KW,初步实现分布式能源装备的产业化。 
  1分布式能源 
  (1)分布式能源的概念。分布式能源指分布在用户端的能源综合利用系统。以天然气及生物质能、太阳能、氢能、风力和其他可再生的清洁能源为一次能源,在用户现场或靠近用户现场(用户端)的小型或微型独立输出电、热(冷)能的系统,实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用,并通过中央能源供应系统提供支持和补充,称作为分布式能源系统。相比于传统的能源系统,分布式能源系统具有靠近负荷中心,减少输配电线损及管道热损,传统的热电联产基础上综合利用冷能,外部能源网提供补充等优点。 
  (2)天然气分布式能源。天然气分布式能源系统指以天然气为主要燃料,带动燃气轮机或内燃机等燃气发电设备运行,产生的电力满足用户的电力需求,系统排出的废热通过余热锅炉或者余热直燃机等余热回收利用设备向用户供热、供冷。天然气分布式能源系统即是一个燃气冷热电多联供系统,其流程图如下:燃气冷热电多联供系统有两层含义:一个是电力的“现场产生、现场使用,二是冷热电联供,通过一种能源的输入,同时满足用户电、热、冷多种能量形式的需求,极大提高能源的利用效率。从图中可以看出,相比于传统的能源系统,分布式能源系统通过对余热的回收利用,多联供能够实现对一次能源的高效利用,单位能源的产出效益从60%提高到800/a以上。 
  (3)分布式能源系统的组成。天然气分布式能源系统由前端的发电装置和后端的余热回装置组成,采用温度对口、品质耦合的方式将高温热源用于产生高品质的电能,低温余热回收提供蒸汽、热水以及满足制冷需求,实现能量的梯级综合利用,能源综合利用效率可超过70%。应用于天然气分布式能源的发电装置主要有燃气轮机、燃气内燃机、微燃机以及燃料电池等,余热回收装置则包括余热锅炉、吸收式制冷机和配套的蓄能、除湿装置等,系统主要设备形式如图1所示。 
  采用不同发电装置的天然气分布式能源系统具有不同的运行与配置特性,其主要特性如表1所示。燃气轮机适用于较大型的天然气分布式能源系统,燃气内燃机更适用于小型的天然气分布式能源系统,采用微型燃气轮机和燃料电池的天然气分布式能源系统刚刚投入商业运行不久,其具有结构紧凑、循环效率高等优点,正不断得到更为广泛的应用。 
  2.天然气分布式能源的应用 
  (1)应用范围 
  天然气分布式能源系统适合有能源混合需求的区域或者单体项目,主要包括以下几类:①大城市规划新区、新规划的中小城镇,②工业园区、高新区、技术开发区,③大中型公建项目:机场、铁路站、交通枢纽,④综合商业区或商务区,⑤单体或建筑群如医院、酒店、学校、写字楼、机关等。 
  (2)发展天然气分布式能源的意义 
  ①节能方面。天然气分布式能源系统作为一种崭新的能源综合利用系统,它是在热电联产的基础上配制以热能为动力的吸收式制冷机。夏季利用多余的蒸汽或热水来制冷,使热电厂在生产供应电能和热能的同时,也生产供给冷水,用于空调及工艺冷却,充分利用了一次能源,系统综合能源利用可高达80%以上。节约了低位热能,更主要的是增加了夏季的热负荷,这对于燃机来说可增大机组的负荷率,使机组效率提高。在增加发电量的同时,也降低了燃料消耗量。靠近负荷中心,减少电厂的建设规模、输配电线损及管道热损。 
  ②环保方面。建设分布式能源系统将带来良好的节能减排效益,天然气分布式能源系统在实现能源综合利用的同时,具有良好的节能减排效益,如表2所示,相比传统的燃煤发电形式,天然气分布式能源系统可减少50%以上的CO2、几乎100%的SO2和70%的NOX排放,几乎没有固体废弃物和废水的排放。同时,由于分布式能源系统靠近用户侧的布置特点,可进一步减少电能在输送、配置过程中的损耗,提高能源终端利用效率。 
  根据天然气分布式能源系统热电冷匹配的特性,系统全年热电比一般为0.5-2,以热电比为1计算节能减排效果,根据以热定电的原则建设分布式能源系统。 
  ③能源利用效率方面。天然气分布式能源系统能实现能源的梯级利用,充分利用发电余热,就地供热、供电,可减少电力与热力长距离输送的损耗,能源综合利用率在80%以上,超过大型煤电发电机组一倍;同时节约电网、热力管网输送环节的投资费用,产生巨大的经济效益。 
  ④天然气调峰方面。天然气分布式能源项目可成为可中断、可调节的发电系统,对天然气和电力具有双重”削峰填谷“作用。有效地缓解天然气冬夏季峰谷差,提高夏季燃气设施的利用效率,增强供气系统安全性。同时减少电力设备的峰值装机容量以及天然气储气设施的投资,有效降低电网以及天然气管网的运行成本。 
  (3)发展分布式能源的障碍 
  ①主要障碍是电力市场未开放。目前国内电网还处于一家垄断的局面,使得分布式能源发电很难实现并网。②中央和地方能源规划尚未充分考虑分布式能源系统,各地电力、热力、燃气等各自为政,没有实现一体化。③用户和设计院对技术的特殊性认识不足,政府对项目的审评和建设设计均缺少规范。 
  3分布式能源的发展前景 
  虽然分布式能源在国内的发展尚未普及,但已有成功的案例,如在北京、上海、广州、杭州等一线发达城市已有分布式能源应用的成功案例。今年来,国家重视分布式能源的推广应用,相关政策也在陆续出台,给发展分布式能源创造了良好的市场环境。发展分布式能源对我国提高能效、节能减排有重大的战略意义,是我国发展低碳经济的关键,也是未来能源技术发展的重要方向之一。天然气分布式能源的广泛应用是未来城市发展的必由之路。 
  结语 
  天然气分布式能源系统具有清洁、高效、环保的特点,通过高温发电、低温供热、制冷的方式实现能源的梯级综合利用,能源综合利用效率可超过70%,相比传统燃煤发电,可减少50%以上的CO2、几乎100%的SO2和70%的NOX排放。目前,中小机组比例偏高的现状更加大了节能减排的难度。随着天然气供应格局的改善,积极建设分布式能源系统可带来良好的节能减排效益。以替代目前20%的小型热电机组供热量为基础,”以热定电“建设分布式能源系统,可每年减少CO2 排放。因此笔者认为积极建设分布式能源系统可带来良好的节能减排效益。 
  参考文献 
  [1]何忠.天然气分布式能源系统的应用及探讨[J].能源与环境.2011(04)