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摘要：本文通过介绍天然气分布式能源的政策、系统构成、特点、难点和案例分析，综合分析华东地区的空调供应时间和特点。
关键词：天然气分布式能源；燃气冷热电三联供
前言
总结了天然气分布式能源华东地区应用的建议和策略。
1背景
1.1背景1
国家政策对分布式能源的支持政策正逐年得到加强和落实2004年9月，国家发改委颁布《关于分布式能源系统有关问题的报告》，支持小型分布能源系统发展，鼓励发展区域热电联产分布式能源技术。
2006年，国家发改委同财政部、建设部等有关部门编制了《“十一五”十大重点节能工程实施意见》，其中提到“建设分布式热电联产和热电冷联供；研究并完善有关天然气分布式热电联产的标准和政策
发改委能源[2007]2155号文—国家发改委《关于印发天然气利用政策的通知》天然气利用顺序：
优先类：城市居民、分布式热电联产、热电冷联产用户等；
允许类：集中式采暖用气（指中心城区的中心地带）、分户式采暖用气、中央空调、工业燃料、调峰发电和部分天然气化工等
限制类：天然气发电（非重要用电负荷中心）、天然气化工等
禁止类：天然气发电（十三个大型煤炭基地所在地）、部分天然气化工
2010年4月，国家能源局油气司的《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（征求意见稿）
2011年10月，国家能源局《关于发展天然气分布式能源的指导意见》提出建立1000个示范工程，力争2020年全国装机容量达到5000万千瓦，对试点项目将给与财政补贴，投资分布式能源的能源服务公司可列入可获财政补贴的源服务公司范畴。
“十二五”期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域，2015年前完成天然气分布式能源主要装备研制，到2020 年，实现装机规模达到5000万千瓦，初步实现分布式能源装备产业化2011年10月，国家能源局电力司出台《分布式电源并网管理办法》（征求意见稿），文中规定：明确适用范围，将项目纳入省级分布式发电规划；地方电网企业应制定分布式发电的服务标准和细则；同时，分布式发电应接受电网统一调度；在应急情况下，作为应急保障电源等内容。明确经济发达地区先行试点，逐步推广。
2012年3月18日国务院批转发展改革委发布的《关于2012年深化经济体制改革重点工作的意见》（国发[2012]12号）指出：要深化电力体制改革，稳步开展输配分开试点，促进形成分布式能源发电无歧视、无障碍上网新机制，长期阻碍分布式能源发展并网的难题将有望得到解决。
2013年国家电网公司发布了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，对所允许并网的分布式能源提出了界定标准，并承诺为分布式能源项目接入电网提供诸多便利。该《并网意见》突破了以往分布式能源并网合法化和有序化。这对推广分布式能源具有开创意义。
1.2背景2
华东地区经济和气候的特殊性。华东地区是国内经济发展水平最高的地区之一，随着经济的发展、人们生活水平的提高以及气候变化，华东地区冬季采暖夏季制冷的需求比例正不断攀升，用能需求剧增。因此必须重视建筑的节能以及实施建筑物的复合能量系统，提高供暖、空调等能源利用率。
天然气进京、西气东输，天然气在城市能源系统中已显示出日益重要的作用，能否解决好天然气使用问题，将直接影响到城市能源结构的优化和环境质量的改善，而合理利用天然气的一个重要途径是发展微型联供系统。
华东地区空调供应时间一般是：制冷100～150天采暖90～100天过渡期为110～170天制冷和采暖的需求时间相对比较长些。
华东地区民用电价平均值为0.5645元/度，燃气销售价格2.2元/立方米。工业电价平均值为1元/度，燃气销售价格3.5元/立方米。
华东地区医院、酒店、商业、娱乐设施、办公、机场、学校、居民等用户的冷负荷、热负荷和电负荷需求及持续时间统计见下表：
表1冷负荷估算指标（W/m2）
表2电负荷估算指标W/m2
当条件不允许详细统计时，可参考下列指标估算通风、空气调节和制冷系统的用电量指标。
注：（1）当采用吸收式制冷机时，电量可比上述指标减少一半。
（2）当采用天然冷源时，不得采用上述指标。
（3）总建筑面积较小的建筑物或建筑物采用非集中空气调节系统时，通风、空气调节和制冷的用电量比上述指标应适当放大。
2天然气分布式能源的系统构成
2.1分布式能源系统概述
分布式区域冷热电联供系统的功能与传统冷热电联供（Combined Cooling，Heating&power，简写CCHP）相同，均可向周边区域提供冷，热和电力，但由于其相对比较独立，因此又称为“能源岛系统”（简称“能源岛”）。在能源岛中，发电系统以小规模（数千瓦至数兆瓦），分散布置的方式建在用户附近，独立地输出电、热或冷。它不仅满足了区域内用户的用能需求，还节省大量的城市供热管网的建设和运行费用，因此该技术在工业化国家迅速发展，近年来，随着先进微型热电转换装置的问世，出现了楼宇冷热电联供系统，（Building Combined Cooling Heating&power，简写为BCCHP）。它由多个小型能源岛相连，在向本楼宇供应冷，热和电力的同时，依靠因特网的指挥调度，可实现临近系统的互连互靠，形成自下而上的“能源互联网”。这种供能方式适应了信息时代以效益定规模的生产方式要求。弥补了由大型电厂，多层电网及供热锅炉组成的传统城市能源体系的不足。
分布式能源是相对于传统的集中式供电供热方式而言的，传统的供能方式是集中供能系统，具有以下特点：
（1）大电网有自身无法克服的低效率、低可靠性的特点。
（2）大电网笨拙：发电要求稳定，无法满足越来越不均衡的需求侧波动，特别是与气温有关的波动。
（3）大电网脆弱：一旦传输网络出现不可抗力造成的重大意外，可能造成长时间停电，难以恢复，损失惨重。例：南方冰灾，汶川震灾。
而分布式联供系统是指将能源生产系统以小规模、小容量（数千瓦至数万千瓦）、模块化、分散的方式布置在用户附近。可独立地输出电、热和冷能，根据用户用能负荷性质量身定做的生产系统。分布式能源通常的组成技术为：燃气冷热电三联供，满足以下三点：a.就近利用；b.梯级利用；c.全年综合利用率达70%以上。
（4）燃气冷热电三联供，也叫CCHP（Combine Cooling, Heating &Power），它主要是利用燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，对作功后的余热进一步回收，用来制冷、供暖和生活热水。
（5）使用能源主要为天然气，也有少量使用石油气、沼气和煤层气等。
（6）主要有区域式DCHP（Districted Cooling, Heating & Power）和楼宇式BCHP（Building Cooling Heating & Power）两种。
2.2分布式能源系统的特点
（1）节能，能源综合利用率高
冷热电联供不仅提高了低品位热能的利用率，更重要的是提高了能源综合利用率。在常规的集中供电方式中能量形式相对单一，当用户不仅仅需要电力，而且需要其它能量形式，如冷能和热能的供应时，仅通过电力来满足上述需要时难以实现能量的综合梯级利用，而分布式供电方式以其规模小，灵活性强等特点，通过不同循环的有机整合可以在满足用户需求的同时实现能量的综合梯级利用，并且克服了冷能和热能无法远距离传输的困难。事实上原动机驱动的复合能量系统可以实现发电、供热和制冷“三联供”，这种系统能源综合利用率高，一般均可达到70%以上。
（2）“分布式能源”是分布安置在需求侧的能源梯级利用，以及资源综合利用、可再生能源和蓄能设施。
（3）“分布式能源”是通过在需求现场根据用户对能源的不同需求，实现“分配得当、各得所需，温度对口，梯级利用”
（4）“分布式能源”是将输送环节的损耗降至最低，对能源“吃光用尽”，从而实现能源利用效能、效益的最大化和最优化。
2.3削峰填谷，缓和电力紧张，可实现能源消耗的季节平衡
冷热电联供系统采用溴化锂吸收式冷水机组作为制冷设备，利用低品位热能驱动。与压缩式制冷机相比，吸收式冷水机组最突出的优点是节电，例如：3500kW制冷量的吸收式制冷机可节电约890KW，因而安装1台溴化锂吸收式冷水机组，相当于建造1台小型发电站。
夏天空调用电紧缺而燃气消耗降低，采用燃气型冷热水机组，可减少夏季的电耗，从而削减电力的高峰，弥补季节能耗的不平衡，因为燃气的负荷需求特性与电力正好相反，在电力负荷最高的夏季正是燃气负荷最低的季节，如图1电力与燃气需求示。
图1电力与燃气需求图
在“西气东输”的基础上，大力发展以天然气为燃料的城市能源岛系统，实现城市燃气峰谷与电力峰谷互补，是我国东部经济发达地区实现能源合理、安全利用的有效途径。为电网、天然气调峰带来经济价值，以天然气为驱动热源的楼宇冷热电联供系统不仅能减少有害气体的排放，起到环保的作用，而且还可以增加夏季燃气用量，减小天然气负荷的季节差，降低天然气成本，有利于调节电力负荷的峰谷。
2.4环保
溴化锂吸收式制冷机采用对环境安全无害的天然工质作为制冷剂，并且CCHP系统能源综合利用效率高。所以CCHP系统在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力，据有关专家估算，如果从2000年起每年有4%的现有建筑的供电，供暖和供冷采用能源岛，从2005年起25%的新建建筑及从2010年起50%的新建建筑均采用能源岛的话，到2020年的二氧化碳的排放量将减少19%。如果将现有建筑实施能源岛的比例从4%提高到8%，到2020年二氧化碳的排放量将减少30%。
2.5能源安全
从目前国际复杂形势来看，能源安全已经成为中国必须考虑的问题，否则一旦发生战争，首先被摧毁的就是电厂，一旦供电瘫痪，国家机器将无法运行，分布式能源是相对独立的供能体系，可以不依赖与外界电力系统，于是，如何有效提高分布式供电系统的能量利用效率是当前分布式供电技术发展所面临的主要障碍之一，正如常规的集中供电电站可以通过供热并供提高能源利用率一样，分布式供电系统在用户需要的情况下，同样可以在生产电力的同时，提供热能或同时供热，制冷两方面的需求。而后者则成为一种先进的能源利用系统，即CCHP系统。与简单的供电系统相比，CCH系统可以在大幅度提高系统能源利用率的同时，降低环境污染，明显改善系统的热经济性。因此，CCHP技术是目前分布式供电发展的主要方向之一。
3分布式能源系统构成
以天然气为驱动热源的冷热电联供系统主要包括热电转换（原动机）和余热回收两大装置，如图2示。
图2天然气为驱动热源的冷热电联供系统图
在冷热电联供系统的各组成部件中，原动机和余热回收装置占系统初投资的份额最大，是决定系统经济性的主要因素。不同的原动机将决定联供系统的发电效率、余热品位与系统的连接方式。不同的余热回收装置将决定联供系统的热能消耗与冷量输出规律。在对冷热电联供系统进行配置时，如何根据用户的冷、热、电需求选择合适的原动机与余热回收装置，对于满足联供系统的经济性和环境保护的要求非常重要，也是决定联供系统成功与否的关键，其中：
原动机主要有：燃气轮机发电机组，燃气内燃发电机组和燃气外燃发电机组三种。
余热回收装置主要有：吸收式和吸附式机组，目前最常见的是吸收式制冷机组。
下面给出最常见的几种联供系统构成示意图：
b燃气内燃机联供系统形式
图3联供系统示意图
4分布式能源的难点
总体来说，分布式能源系统无论是技术还是关键设备方面都非常成熟，积累了一些成功的经验，同时在推广分布式能源项目时也存在很多的难点和困难，主要存在两大障碍：气价高电价低、并网上网难。
气价高电价低：华东地区天然气资源充足，西气东输每年可以向华东地区输送120亿立方米天然气。同时由于经过长距离管道输送，成本很高，在市场上缺乏竞争力，气/电价格比的迅速攀升极大地影响了分布式能源系统项目的推广。另外，电力市场开放的负面结果使电价偏低，项目不具经济性，不利于分布式能源项目的推广。
并网上网难：分布式能源系统并网存在以下限制：
（1）电网的技术条件：并网使得电网故障率上升，还意味着电网电压上高，这些对电网的改造提出了新要求。
（2）现有电网设计程序：它是根据电流又集中式发电厂输向用户端（单向）指定的，而分布式能源系统的并网原则意味着电流的双向流动，为此，必须修改现有的电网设计程序。
（3）安全问题：分布式能源系统的并网可能 引发意想不到的操作，并网的分布式能源系统数量越多，对电网的冲击大。间歇性的分布式能源系统还需要配备存储设备等。
（4）精确计量和控制方式：目前的计量和控制方式尚不能满足分布式能源系统推广应用的要求。
（5）缺乏必要的基础设施，制约了远离电网的分布式能源系统的建设。为了并网，分布式能源开发商必须接受电网公司或电力公司的有关并网技术条款，其中包括各方的责任、电网改造及线路延伸的成本分摊等。
5案例分析：医院冷热电联供系统模式
5.1建筑物冷、热、电负荷基本情况
医院内总床位900张，占地面积59168m2，总建筑面积140000m2，其中地上9万m2、地下5万m2，总投资8.12亿元，一期建设床位600张，建筑面积12.8万m2，其中地上7.8万m2，地下5万m2，投资预计6.82亿元左右；二期地上建筑面积1.2万m2。其设计负荷如下：总制冷负荷1000万大卡，即2613.5KW；总蒸汽用量29吨，其中采暖14吨，消毒1t/h，除湿.5t/h，食堂1.5t/h，生活热水8t/h；实际计算中取热负荷为1960.125KW，蒸汽用量忽略不计；总电力需求7574KW。
5.2系统配置
在此例中原动机取额定发电量为4000KW燃气内燃机，余热回收装置选用远大公司FKS-Q-4000，制冷/供热量分别为2700/2000KW。系统具体流程如下图所示。
图4系统组成
5.3联供系统经济效益
表1详细计算表
5.4敏感性分析
电价0.90元/度时，天然气价格变化
表2
电价0.90元/度时，天然气价格3元/m3 -3.5元/m3变化,系统仍具有经济性。
6结语
（1）华东地区空调供应时间：制冷100～150天，采暖90～100天，过渡期 为110～170天，制冷和采暖的需求时间相对比较长些。华东地区冬季采暖夏季制冷的需求比例正不断攀升，天然气在城市能源系统中已显示出日益重要的作用，能否解决好天然气使用问题，将直接影响到城市能源结构的优化和环境质量的改善，而合理利用天然气的一个重要途径是发展分布式能源冷热电联供系统。
（2）分布式能源项目系统中组成部分之一的原动机可选择种类较多，但大都是国外品牌，微型燃气轮机作为一种新兴技术，在设备成本方面相对较高，这主要是由于目前微型燃气轮机中使用的高效回热器、高速发电机、电子控制等部件的成本比较昂贵，它的发电效率低于内燃机，但其运行维护费用比内燃机低得多。
（3）燃气内燃机发电效率较高，但其运行维护费用很高，这将导致其发电成本的上升。
（4）燃气轮机投资少、运行维护费低、效率高、供热品质高，是分布式能源项目冷热电联供系统的极佳选择，适合于稍大规模的设施。在小规模设施如楼宇、宾馆、乃至个人用户等的分布式联供系统的应用中，主要使用微型燃气轮机和燃气内燃机。
（5）在天然气分布式能源推广政策方面，积极发挥政府的推动作用，依靠长期以来专业，高效的服务品牌优势，以及与政府长期以来的良好合作关系，在天然气分布式能源的推广过程成为一个重要的主动的参与者，同时协调处理好与设备供应商、热/电公司以及用户的关系，以谋求多方共赢的局面。
参考文献：
[1]任兴超．天然气分布式能源系统对燃气供应企业的影响[J]．煤气与热力，2012（32）
[2]胡小坚，王忠平，张雪梅．分布式天然气CCHP系统应用研究现状与前景[J]．煤气与热力，2011（31）
论文作者:朱志强,钱建君
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年12月上
论文发表时间:2016/9/6
标签：分布式论文; 能源论文; 系统论文; 天然气论文; 华东地区论文; 燃气论文; 电网论文; 《建筑建材装饰》2015年12月上论文;