黑龙江省天然气分布式能源系统的节能分析及应用前景

刘坚（中国石油昆仑气电有限公司）

美国是采用分布式能源系统较早的国家，但对我国而言，还处在起步阶段。根据我国政府发展规划要求，要结合社会经济发展的实际情况，大力推动和开展天然气分布式能源，从而促进国民经济的可持续发展[1]。通过运用天然气分布式能源系统（以下简称“能源系统”），能够大幅度提高天然气的使用效率，还可将电网和天然气管网的特点凸显出来，有利于能源供应的稳定和可靠，进而表现出能源系统对节能减排起到重要作用。但在黑龙江省的实际应用过程中，由于受到各方面因素的影响，导致该能源系统存在一定的局限性，不能充分满足地区的需要；因此，本文针对黑龙江省天然气分布式能源系统问题展开论述。

1 概述

分布式能源是指以满足用户对多种能源需求为基础，对各类资源进行系统地整合与优化，其能源供应模式与集中功能的模式相对，具体结构如图1所示。

采用分布式能源系统可以有效减少能源消耗[2]，符合国家节能减排规划的要求。现阶段，各省、自治区、直辖市充分结合本地域对能源的需求情况，大力支持分布式能源系统的发展，在国家相关规划的指导下，相继推出了相关政策。与此同时，2017年6 月，国家发改委发布的《关于加快推进天然气利用的意见》中指出， 要大力发展天然气分布式能源，在大众城市具有冷热电需求的能源符合中心、产业和物流园区、商业中心、医院、学校等推广天然气分布式能源示范项目；而在相关管网尚未能普遍覆盖的地区，先以LNG 作为气源进行试点。之后，黑龙江省于2017 年12 月发布了《黑龙江能源发展“十三五”规划》，规划中提出“全面开放用户侧分布式电力市场，实现电网公平介入，促进分布式能源发展；推进分布式能源网络建设”。

图1 分布式能源系统结构

2 天然气分布式能源系统内容分析

天然气分布式能源系统主要分布在用户端能源综合利用中，用户可以利用微小型的独立输电、热、冷系统，实现天然气多种能源梯级的利用。另外，分布式能源系统更加靠近负荷中心，有效地减少输配级别管道的热损，在能源不足的情况下，也能够实现外部能源网供给补充。

能源系统是以天然气为基本燃料推动燃气轮机、内燃机等设备运行[3]，既能符合对电力能源的需求，又能将系统产生的余热通过相应的设备为客户供暖；如此一来，就建立了一套燃气冷热电等多能源联合供应的体系，以满足各类用户的需求，从而提高单位能源的利用率，实现节能减排的重要目标。

能源系统通常由动力系统、供热系统和制冷系统组成。其中，动力系统作为能量转换的主要部分，是开发分布式能源系统的重点对象，包括燃气轮机、内燃机等设备。燃气轮机的工作原理是利用燃气燃烧产生的能，加热锅炉中的水产生水蒸气，利用水蒸气对汽轮机做功，从而产生电能。在这一过程中，可以将低压蒸汽或热水的部分能量回收再利用，从而满足用户的供暖需求。目前，燃气轮机的余热回收效率高，是主要的动力系统组件。另外，燃气内燃机驱动发电机组，主要的燃料是天然气，其在使用中相对投资少，机组启动快速方便，变负荷性能突出，广泛应用于各行各业。

3 天然气分布式能源系统节能应用

当前社会经济迅速发展， 天然气分布式能源系统广泛用于促进节能减排过程中，并取得了巨大的经济效益和社会效益，同时也推动了社会经济的可持续发展。目前，能源系统在我国各地区都在不断完善之中，一些重大的项目和规划都在谋求通过这一系统，减少能源消耗，从而降低成本投入。

3.1 实施能源系统的意义

1）能源系统对节能减排起到重要作用。能源系统因其在节能方面的特性，可以大范围地应用在电力系统中，特别是以热电联产为基础，配备吸收式制冷机来吸收热电转换过程中的余热。如此，能够按照用户的需要进行选择，例如，夏季可以利用热电生产时的冷却水进行换热，提高一次能源利用效率，从而提升整个系统的能源利用率；既节约燃料，又能增加发电量，还可减少因电能输送产生的各类损耗。

2）能源系统能够提高能源使用效率。以煤电为例，目前大型电厂的发电效率一般在35%～55%之间[4]，再考虑电能运输过程中的线路损失[5]，到达终端后能源利用率只有30%～35%。应用天然气分布式能源系统及其梯级使用成果，可以将电能生产过程中产生的余热加以利用。根据用户的实际需求，实施能源的再次利用，可提升综合利用效率至80%以上；而且分布式能源系统通常贴邻用户建设，可将电能与热能在长途传输过程中的能量消耗降低到近似于零。按照每100×104kW 的装机容量，每年可节能78×104t 标煤以上[6]。若按我国5年内新增装机容量预期超过4×108kW，其中15%～20%采用分布式能源系统计算，则每年可节能6 000×104t 标煤以上，CO2减排约1.6×108t。

3）能源系统对天然气调峰起到缓冲作用。在能源系统运行过程中，能够调节发电系统。当天然气需求量与电力供应之间达到某一设定值时，通过分布式能源系统，对发电系统采取机械中断，在不同的时间、季节发挥其削峰填谷作用，保证燃气系统和电力系统的安全性和稳定性，减少电力装置峰值装机容量，从而降低电网和热力管网的运营成本。

3.2 黑龙江省天然气分布式能源系统运行现状

天然气分布式能源系统在实际运行过程中，会受到多方面因素的影响，将影响能源系统对天然气能源的优化作用。目前，黑龙江省天然气分布式能源系统运行情况如下所述。

3.2.1 天然气资源分布不均匀

黑龙江省天然气总体利用水平不高，供需矛盾比较突出[7]。2015 年，全省人均天然气消费量约93 m3，比全国平均水平低47 m3，全省城镇天然气气化率为33.3%，比全国平均水平低6.7%。据预计，到2020 年，全省天然气需求总量将超过44.3×108m3[8]，目前气源单一。现有气源主要是大庆油田生产的天然气，其商品气量低，导致各地气源不足，天然气市场发育缓慢，严重制约了天然气分布式能源业务的开展。

黑龙江省天然气消费以城市燃气为主，城市燃气为10.56×108m3，占比39%；工业燃气为7.63×108m3，占比28%；天然气发电1.2×108m3，占比5%；化工燃气为7.59×108m3，占全省总量的28%。

3.2.2 能源系统短期内难以并网

目前，天然气分布式能源系统还处于发展过程中，而且黑龙江省的电力市场还没有完全开放，国有的电力集团占主导地位，致使能源系统现阶段在黑龙江省难以并网，影响能源系统对能源的管理效率。

3.2.3 能源系统与现行机制存在矛盾

现阶段，我国对电价实施交叉补贴的模式，导致工业用电的价格低于居民、农业用电，造成了能源系统与现行机制间产生矛盾。因为能源系统是可以应用天然气自行发电的系统，可以满足余缺网补，将压缩电网企业的利润空间，从而阻碍电网的发展和运行。

3.2.4 燃气价格无法得到用户满意

天然气分布式能源业务的开展，对黑龙江省总体经济情况来说比较超前，部分地市的热电企业对目前的天然气价格不能接受，部分地区政府对当地煤矿企业持保护态度，对目前气源、气价问题持怀疑和观望态度。

4 黑龙江省天然气资源及分布式能源系统发展前景

就目前黑龙江省而言，天然气分布式能源系统属于刚刚起步阶段，但在实际应用过程中，在大庆油田已经有了多年的成功案例。其中，中油电能气电公司（原大庆油田电力集团燃机电厂） 成立于1986 年，是大庆最早使用天然气发电的企业，拥有2 套美国GE 公司生产的MS-6001B 型燃气-蒸汽联合循环机组，2 套机组分别于1986 年和1989 年投产，总装机容量为105 MW。截至目前，该机组累计运行时间超过35×104h，累计发电超过150×108kWh 发电余热，热水供厂内冬季供暖，与传统煤电比较，节能减排效果显著。该厂成立较早，成立之初并没有分布式能源的概念，主要以发电为主，余热利用为辅，严格而言还不能算是完整的分布式能源项目，但从多年的实际运行效果来说还是值得肯定和借鉴的。

随着东北振兴、城镇化战略的实施，以及资源环境的约束趋紧，大气污染防治对绿色能源替代的要求日益迫切，黑龙江省正在推动全省传统工业优化升级，装备制造、绿色食品、交通运输等重点行业持续发展，黑龙江省天然气资源将有极大的发展空间。国家引进俄气战略工程正在稳步实施，国家确定的能源战略大通道：中俄东线、中俄远东线分别从黑河、虎林入境，分别自北向南、自东向西贯穿黑龙江省。其中东线正在建设，预计2019 年10月底达到通气条件，干线完成通气、再完成各市县的支线建设后，基本能够实现黑龙江省天然气全覆盖，为黑龙江省大力发展天然气产业提供资源保障，也解决了天然气分布式能源系统目前存在的气源紧缺的困难，对优化我省能源结构、实现节能减排、建设节约型社会发挥着巨大作用。在实际发展过程中，也需要不断引进先进的技术，完善管理标准，提升燃气利用效率，推进天然气分布式能源系统创新，满足当前社会发展的需要，实现节能减排的目标，促进节约型社会的建设。

综上所述，天然气分布式能源系统具有清洁、高效、环保等优点，能够实现能源的梯级综合利用，进一步提升天然气利用效率，减少三废排放，满足当前节能要求[9]。由于黑龙江省的天然气资源现状、天然气价格接受能力、电力市场相关政策等方面的原因，目前大力推行天然气分布式能源项目还存在一定难度[10]。但从当前全国天然气分布式能源系统广泛应用的趋势，以及黑龙江省未来几年天然气资源配置日渐丰富的情况来看，改变当前能源利用现状，为提升节能减排的效益，最大限度减少二氧化碳的排放，增加节能减排的经济效益和社会效益，推行天然气分布式能源项目的前景是十分乐观和值得肯定的。