浅谈天然气分布式能源项目的环保要点

2019-01-22肖文星

中国资源综合利用 2019年12期

肖文星，燕永

（1.湖北天圜工程有限公司，武汉 430073；2.中海油阜宁热电有限责任公司，江苏盐城 224400）

目前，随着全球资源的短缺性日益突出，能源问题成为制约国家发展的重要障碍，同时，能源利用所带来的环境污染问题也日益凸显。如何在日益复杂的环境下提升能源利用效率，减少能源使用的环境污染问题，成为目前各国研究的重要方向。清洁能源的开发和利用，成为目前能源利用率提升与环境保护的客观要求，其中，天然气分布式能源项目的开发利用成为当前研究与推广的重点内容。

1 天然气分布式能源项目概述

1.1 定义与分类

天然气分布式能源通过能源的梯级利用，能源综合利用效率可达70%，是能源利用方式转变与效率提升的重要方式[1]。分布式供能方式与集中式相比，具有能效高、安全性好、经济效益高的突出优势，成为目前天然气能源供应的主要方式[2]。另外，根据项目运行方式的差异，分布式能源项目又可分为区域式和楼宇式，不同供能方式各有优缺点，但都可提升天然气的利用效率[3]。

1.2 国内外发展的基本情况

国外分布式能源系统源于1882年的美国，以工厂余热发电并满足厂部与周边建筑电热负荷需求为标志，形成了最早的分布式能源系统，该系统因其较好的环境效益与利用效率，在国外发达国家已经实现了大规模的推广应用。据有关数据不完全统计，美国约有6 000个分布式能源站，其中，天然气分布式能源的装机容量已超过9 000万kW，日本达920万kW，英国达500万kW，荷兰国家电力系统的能源供应有40%来源于天然气，丹麦有一半的发电量来源于分布式能源发电[4]。不仅如此，随着各国的经济发展，发达国家建设分布式能源的步伐并未停止。

我国分布式能源的发展较晚，仅有十多年的发展历史，受制于政策与技术的限制，我国目前已经建成的项目多为孤网运行状态，未发挥分布式能源的高效性的优势，发展举步维艰。为了缓解目前分布式能源发展的危机，解决能源供应问题，我国政府部门出台了相关的政策与规划，助力新型能源技术的发展。预计在未来十年，我国天然气的使用规模将进一步增加，西气东输可以有效确保城市天然气的供应量，加上液化天然气的进口量与接收能力的提升，这些都为天然气的推广与利用提供坚实的基础。我国天然气分布式能源装机的规模将进一步提升，预估到2020年会达到5 000万kW，初步实现产业化[5]。

1.3 存在的问题

当前，我国天然气分布式能源的发展还存在一些制约因素，包括系统运行、设备、技术、政策等。目前，因系统运行时间波动，我国分布式能源供给供给不足，影响发电经济效益。我国分布式能源还处于初级发展阶段，技术发展尚不成熟，还需要较长的路要走，包括相关设备的制造、技术的开发、基础设施的建设等，都需要进一步发展，提升规模化水平与经济性。针对清洁能源与环境保护的关系，我国出台的相关政策较少，环境治理资金投入难以实现有效补偿，各种电价没有有效的补贴政策，清洁能源的税收问题、污染排放问题都会影响能源的开发与利用。另外，分布式能源的发电上网问题已经有相关解决办法，但仍有可提升的空间，需要制定可操作性强的具体方法。目前，人们对天然气分布式能源的认识度较低，导致项目发展困难，要加大宣传与培训，加快推动其发展。

2 天然气分布式能源项目环保要点

2.1 系统性能特点

在能源输出与利用方面，分布式能源项目首先满足蒸汽与热水等热负荷，其次满足冷负荷与供电负荷。在用户端，分布式项目可通过一次能源与二次能源的结合，实现能源梯级利用，一次能源主要是气体燃料，二次能源主要是用户端的热电冷联产。目前，我国天然气分布式能源项目采用并网模式，与传统的发电模式比较，可以有效提升能源利用效率。针对分布式能源站的建设，可以依据冷热电的特点与需求，在人口相对集中的区域建站，实现短距离供电，实现区域内能源节约与节能减排的目的。

2.2 项目规划方式

天然气分布式能源项目分为区域式与楼宇式。区域式需要符合地区《热电联产规划与管理办法》、《燃气分布式供能站设计规范》（DL/T 5508—2015）要求，利用介质为热水的热电联产机组，供热半径可设计为约20 km，利用介质为蒸汽的热电联产机组，供热半径可设计为约10 km。区域式分布式蒸汽供热半径≤5 km，热水≤10 km，供冷≤2 km[4]。在进行项目规划设计时，应进行切实可靠的调查研究，分析该区域的政策与区域实际热源点情况，设计出符合区域发展的项目，确定项目的可行性。要充分利用区域式分布式能源系统单位投资低、设备利用率高、节能效果好、独立功能等优势，建立切实可靠的区域供能系统。但是，区域式能源项目存在总体投资量大、建设门槛高、电销售价格低、负荷匹配能力较低、规划要求高等劣势，不适合中小型企业投资，仅适合大型企业借助政府的力量投资承建，限制了该技术的推广与利用。因此，该方式更适用于新建区域投资使用。楼宇式不受地区热电联产规划与热电联产管理办法的制约，仅需符合《燃气分布式供能站设计规范》（DL/T 5508—2015）中的设计与规划要求，并符合当地城市规划，因项目建设中环境保护的要求，当地规划部门需要给出具体的项目建设意见。它具有总投资较低、负荷匹配率高、规划层面要求较低的优势，建设过程独立，对区域规划无特殊要求。但是，它具有单位投资较大、固定成本与发电成本高、销售电价较高、燃料成本较高、设备利用率较低、不具备独立供能能力、节能效果低的劣势，一般采用欠匹配原则装机，装机量低，不能全部实现新功能，无法完成供能自给自足，节能总量、单位节能量低于区域式。

2.3 污染物排放

天然气分布式能源项目实施过程中的污染物包括废气、废水与噪声污染。天然气分布式能源项目采用清洁天然气燃料，使用过程产生的气体为甲烷、乙烷、丙烷、异戊烷、二氧化碳与氮等，烟尘极少。天然气含有微量硫元素，因此燃烧后会产生微量二氧化硫。它的主要废气污染物是氮氧化物，低氮燃烧技术可减少其排放，与传统技术相比，烟尘与二氧化硫的排放量较少。

项目废水污染涉及循环冷却水系统与工业废水两部分，若没有处理直接排放，就会对水环境产生影响[6]。当前，人们可以采用混凝沉淀技术来处理排放的冷却水，实现水资源的节约与循环利用。各种工业废水的成分不同，例如，反渗透浓水主要含有高浓度的氯离子，锅炉废水总体硬度较高，是锅炉清洗、降温过程产生的废水，汽机房杂用水主要含有石油类污染物和悬浮物。因此，人们要根据生产工艺特点、废水来源、污染物质含量等因素，对工业废水进行综合处理，达标后方可排放。

噪声污染是项目实施与运行过程的又一污染源，主要来源是机械，如燃气轮机、发电机、循环水泵等。在项目设计时，可以添加减震降噪装置，选择低频低噪声设备，做好基础防震处理，构建隔音屏，使噪声排放达到标准要求。固体废物污染主要是项目运行过程中各种废渣、废油、淤泥、废料等产生的污染，可将废弃物交由专业处理企业处理，特别是对环境危害较大的危险废弃物，必须由有资质的专业机构进行处理。

设计阶段，天然气分布式能源项目需要对各种影响环境的物质进行危险性识别，按物质的识别种类提出针对性的处理措施。天然气的主要成分是易燃易爆的甲烷，它具有微毒性，无致癌性。硫化氢是伴生有毒气体，需要进行脱硫净化处理，提升天然气的安全性。另外，为降低热力系统腐蚀，提升水的pH值，项目常采用加氨水措施。如果温度较高，氨水会分解挥发，导致容器内压增加，产生爆炸的危险，因此，项目环境温湿度控制尤为重要。生产期间，若调压站、管道阀门、燃气轮机、柴油储罐等产生天然气泄漏，会导致火灾、爆炸等危险事故，人们应根据物质危险性进行快速识别，制定预防措施，确保项目运行安全。

天然气分为一类和二类，对于不同类型的天然气，总硫与硫化氢的含量有较大差异，其烟尘排放量也具有差异。天然气燃烧排放的主要污染物是浓度不稳定的氮氧化物，内燃机的氮氧化物浓度高于燃气轮机且不易控制。因此，人们需要根据项目设计采用的低氮燃烧技术，执行不同的排放标准。地方政府要进一步细化排放标准要求，适当提高排放标准，降低燃气过程产生的环境污染。楼宇式主要考察噪声环保指标，通过建立噪声敏感目标，降低噪声对周边环境的污染。项目建设应与区域规划环境影响评价相符合，人们要熟悉规划环评问题，根据规划环评中基于环境容量提出的区域产业布局要求，进行天然气分布式能源项目的环境评价。项目可研初期，要对项目选址进行比对，分析天然气分布式能源项目选址的合理性，明确项目年均综合能源利用效率，根据有关设计规范要求，建设项目主体工程、配套工程和供气管网。