劉堅(jiān)（中國(guó)石油昆侖氣電有限公司）

美國(guó)是采用分布式能源系統(tǒng)較早的國(guó)家，但對(duì)我國(guó)而言，還處在起步階段。根據(jù)我國(guó)政府發(fā)展規(guī)劃要求，要結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際情況，大力推動(dòng)和開(kāi)展天然氣分布式能源，從而促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。通過(guò)運(yùn)用天然氣分布式能源系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)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(diǎn)凸顯出來(lái)，有利于能源供應(yīng)的穩(wěn)定和可靠，進(jìn)而表現(xiàn)出能源系統(tǒng)對(duì)節(jié)能減排起到重要作用。但在黑龍江省的實(shí)際應(yīng)用過(guò)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(duì)黑龍江省天然氣分布式能源系統(tǒng)問(wèn)題展開(kāi)論述。

1 概述

分布式能源是指以滿足用戶對(duì)多種能源需求為基礎(chǔ)，對(duì)各類資源進(jìn)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(duì)，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(guó)家節(jié)能減排規(guī)劃的要求?，F(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(guó)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(shí)，2017年6 月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于加快推進(jìn)天然氣利用的意見(jiàn)》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(xiàng)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(jìn)行試點(diǎn)。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(kāi)放用戶側(cè)分布式電力市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)公平介入，促進(jìn)分布式能源發(fā)展；推進(jìn)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(dú)立輸電、熱、冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)天然氣多種能源梯級(jí)的利用。另外，分布式能源系統(tǒng)更加靠近負(fù)荷中心，有效地減少輸配級(jí)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(bǔ)充。

能源系統(tǒng)是以天然氣為基本燃料推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等設(shè)備運(yùn)行[3]，既能符合對(duì)電力能源的需求，又能將系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備為客戶供暖；如此一來(lái)，就建立了一套燃?xì)饫錈犭姷榷嗄茉绰?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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要目標(biāo)。

能源系統(tǒng)通常由動(dòng)力系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)組成。其中，動(dòng)力系統(tǒng)作為能量轉(zhuǎn)換的主要部分，是開(kāi)發(fā)分布式能源系統(tǒng)的重點(diǎn)對(duì)象，包括燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等設(shè)備。燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理是利用燃?xì)馊紵a(chǎn)生的能，加熱鍋爐中的水產(chǎn)生水蒸氣，利用水蒸氣對(duì)汽輪機(jī)做功，從而產(chǎn)生電能。在這一過(guò)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?xì)廨啓C(jī)的余熱回收效率高，是主要的動(dòng)力系統(tǒng)組件。另外，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組，主要的燃料是天然氣，其在使用中相對(duì)投資少，機(jī)組啟動(dòng)快速方便，變負(fù)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(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展， 天然氣分布式能源系統(tǒng)廣泛用于促進(jìn)節(jié)能減排過(guò)程中，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)也推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。目前，能源系統(tǒng)在我國(guó)各地區(qū)都在不斷完善之中，一些重大的項(xiàng)目和規(guī)劃都在謀求通過(guò)這一系統(tǒng)，減少能源消耗，從而降低成本投入。

3.1 實(shí)施能源系統(tǒng)的意義

1）能源系統(tǒng)對(duì)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(jī)來(lái)吸收熱電轉(zhuǎn)換過(guò)程中的余熱。如此，能夠按照用戶的需要進(jìn)行選擇，例如，夏季可以利用熱電生產(chǎn)時(shí)的冷卻水進(jìn)行換熱，提高一次能源利用效率，從而提升整個(gè)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(yùn)輸過(guò)程中的線路損失[5]，到達(dá)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(jí)使用成果，可以將電能生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱加以利用。根據(jù)用戶的實(shí)際需求，實(shí)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(zhǎng)途傳輸過(guò)程中的能量消耗降低到近似于零。按照每100×104kW 的裝機(jī)容量，每年可節(jié)能78×104t 標(biāo)煤以上[6]。若按我國(guó)5年內(nèi)新增裝機(jī)容量預(yù)期超過(guò)4×108kW，其中15%～20%采用分布式能源系統(tǒng)計(jì)算，則每年可節(jié)能6 000×104t 標(biāo)煤以上，CO2減排約1.6×108t。

3）能源系統(tǒng)對(duì)天然氣調(diào)峰起到緩沖作用。在能源系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)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(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，通過(guò)分布式能源系統(tǒng)，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)采取機(jī)械中斷，在不同的時(shí)間、季節(jié)發(fā)揮其削峰填谷作用，保證燃?xì)庀到y(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(jī)容量，從而降低電網(wǎng)和熱力管網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)成本。

3.2 黑龍江省天然氣分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

天然氣分布式能源系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到多方面因素的影響，將影響能源系統(tǒng)對(duì)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(yùn)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(fèi)量約93 m3，比全國(guó)平均水平低47 m3，全省城鎮(zhèn)天然氣氣化率為33.3%，比全國(guó)平均水平低6.7%。據(jù)預(yù)計(jì)，到2020 年，全省天然氣需求總量將超過(guò)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(chǎng)發(fā)育緩慢，嚴(yán)重制約了天然氣分布式能源業(yè)務(wù)的開(kāi)展。

黑龍江省天然氣消費(fèi)以城市燃?xì)鉃橹鳎鞘腥細(xì)鉃?0.56×108m3，占比39%；工業(yè)燃?xì)鉃?.63×108m3，占比28%；天然氣發(fā)電1.2×108m3，占比5%；化工燃?xì)鉃?.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(guò)程中，而且黑龍江省的電力市場(chǎng)還沒(méi)有完全開(kāi)放，國(guó)有的電力集團(tuán)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(duì)能源的管理效率。

3.2.3 能源系統(tǒng)與現(xiàn)行機(jī)制存在矛盾

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)電價(jià)實(shí)施交叉補(bǔ)貼的模式，導(dǎo)致工業(yè)用電的價(jià)格低于居民、農(nóng)業(yè)用電，造成了能源系統(tǒng)與現(xiàn)行機(jī)制間產(chǎn)生矛盾。因?yàn)槟茉聪到y(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(bǔ)，將壓縮電網(wǎng)企業(yè)的利潤(rùn)空間，從而阻礙電網(wǎng)的發(fā)展和運(yùn)行。

3.2.4 燃?xì)鈨r(jià)格無(wú)法得到用戶滿意

天然氣分布式能源業(yè)務(wù)的開(kāi)展，對(duì)黑龍江省總體經(jīng)濟(jì)情況來(lái)說(shuō)比較超前，部分地市的熱電企業(yè)對(duì)目前的天然氣價(jià)格不能接受，部分地區(qū)政府對(duì)當(dāng)?shù)孛旱V企業(yè)持保護(hù)態(tài)度，對(duì)目前氣源、氣價(jià)問(wèn)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(shí)際應(yīng)用過(guò)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(tuán)燃機(jī)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(guó)GE 公司生產(chǎn)的MS-6001B 型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，2 套機(jī)組分別于1986 年和1989 年投產(chǎn)，總裝機(jī)容量為105 MW。截至目前，該機(jī)組累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)35×104h，累計(jì)發(fā)電超過(guò)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(méi)有分布式能源的概念，主要以發(fā)電為主，余熱利用為輔，嚴(yán)格而言還不能算是完整的分布式能源項(xiàng)目，但從多年的實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)說(shuō)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(shí)施，以及資源環(huán)境的約束趨緊，大氣污染防治對(duì)綠色能源替代的要求日益迫切，黑龍江省正在推動(dòng)全省傳統(tǒng)工業(yè)優(yōu)化升級(jí)，裝備制造、綠色食品、交通運(yùn)輸?shù)戎攸c(diǎn)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(guó)家引進(jìn)俄氣戰(zhàn)略工程正在穩(wěn)步實(shí)施，國(guó)家確定的能源戰(zhàn)略大通道：中俄東線、中俄遠(yuǎn)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(jì)2019 年10月底達(dá)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(duì)優(yōu)化我省能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)發(fā)揮著巨大作用。在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，也需要不斷引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，完善管理標(biāo)準(zhǔn)，提升燃?xì)饫眯?，推進(jìn)天然氣分布式能源系統(tǒng)創(chuàng)新，滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，促進(jìn)節(jié)約型社會(huì)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(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級(jí)綜合利用，進(jìn)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(jià)格接受能力、電力市場(chǎng)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(xiàng)目還存在一定難度[10]。但從當(dāng)前全國(guó)天然氣分布式能源系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的趨勢(shì)，以及黑龍江省未來(lái)幾年天然氣資源配置日漸豐富的情況來(lái)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(jì)效益和社會(huì)效益，推行天然氣分布式能源項(xiàng)目的前景是十分樂(lè)觀和值得肯定的。