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摘要：在天然气分布式能源项目建设中，前期技术方案的论证过程中，在以热定电的流程后，应增加燃气发电机组发电工况与电力需求的校验；在电气负荷计算时，应做全年每天24h负荷变化模拟，并与燃气发电机组发电工况比对，具备条件时宜全时段满足燃气发电机组发电量小于用电量。本文对天然气分布式能源区域利用技术进行分析，以供参考。
关键词：天然气分布式；能源区域；技术分析
引言
中国能源发展目前的现状是电力供应过剩，区域供热分散，燃煤能源利用比重较高，分散供热经济性差，污染物排放难于治理。针对这些特点，近年来，天然气分布式能源区域利用得到国家政策的大力支持，但在实践中，国内天然气分布式能源并没有形成蓬勃发展之势，用户表现出相当的理智与谨慎。
1天然气分布能源系统
天然气分布式能源是以清洁能源天然气为一次能源建立在用户侧的可以实现电力、冷能和热能的三联供系统，它由天然气发电机组（燃气轮机、内燃机、微燃机等）、余热利用设备（余热锅炉、溴化锂吸收式制冷机组、烟气换热器和蓄冷热水罐等）组成。天然气燃烧时产生的高温烟气（1000℃以上）首先在天然气发动机内做功将热能转变为机械能带动发电机发电，排除的高温烟气（400~600℃）供余热锅炉或烟气换热器制蒸汽或热水，溴化锂制冷剂机组吸收热量制冷输出，其中内燃机发动机的高温缸套水（80~90℃）也通过溴化锂机组吸收热量制冷输出或通过换热器产生热水，达到天然气梯级利用的目的。
2天然气分布式能源现状
天然气分布式能源作为分布式能源的一种随着管道天然气的普及使用而逐渐推广，一方面可以起到对天然气管网的消峰填谷作用（北方某地区冬夏两季的天然气用量差别为9∶1），另一方面可以最大化利用天然气的发电效率，增加二次能源的品质，提高用能系统的节能率。但目前的天然气分布式能源系统主要还是以并网运行（以热定电）和孤网运行（以电定热）这2种方式运行，在这2种运行方式下都是以牺牲分布式能源的发电效率为前提，根据用户侧的冷热和电负荷进行调节。而用户侧的冷热负荷和电负荷将随季节、天气、生产负荷的变化而变化，是一个变工况系统。因此系统运行后未能完全发挥天然气的热能使得系统㶲效率和节能效率降低，甚至出现不节能的现象。而且，受分布式能源所在地的天然气价格和电力价格的影响，一些天然气分布式能源系统基本上没有经济性可言。但由于天然气中含有极少量的二氧化硫燃烧后的产生绝大部分为二氧化碳和水，相对于目前大量使用煤炭发电是一种清洁能源。
3分布式能源项目原则分析
3.1基本原则
综合能源效率最大化是天然气分布式能源区域利用的最主要目的，为此需深入研究服务区域的能源需求及需求的种类，确定预期的负荷方案，在此基础上科学确定功能的范围和系统配置参数。低能低用、温度适合、高能高用、梯级利用、综合利用效率高是天然气分布式能源区域利用的基本原则。
3.2项目电力负荷确定
当前，国内能源供应过剩，但区域热负荷和冷负荷较大。因此，利用分布式天然气能源区的项目应根据“热负荷和冷负荷”原则选择适当的安装情况，以实现更好的整体效率。由于中国大部分地区电力供应过剩，而且难以为新项目供电，因此，今天尤为重要的是，天然气分配电力负荷既要用于发电，也要用于自耗和当地发电。天然气发电的价格虽然与相应的互联网电价补贴相联系，但从长远来看，项目性能应该用热（冷）加热负荷来衡量。在能源严重短缺或电网需要电力负荷的地区，具体考虑项目发电设备。
4原动机型选择分析
燃气轮机选型原则，天然气分布式能源的特点是区域性供能，能源就地生产就地消纳，因此，燃气轮机的规模不宜过大，单机容量应控制在50MW内。为此，可选用工业轻型型燃气轮机和航空改进型燃气轮机。燃气轮机的选型应采取热电联产项目中以热定电的原则，根据用户平均热负荷来选择适宜的轮机规模。航改型燃机的启停速度快、投资高，适合负荷频繁波动较大的项目；相反，工业燃气轮机的投资低，但机组启停时间长，适用于负荷相对稳定的用户。燃气轮机的选型是一个复杂的过程，需要根据场地大小、用户需求、项目投资经济性及实际负荷情况等，综合多种因素进行考虑。
5余热系统分析
5.1余热锅炉系统
余热锅炉多用于燃气轮机的尾部烟气余热利用，燃气轮机排出的烟气温度高，可在余热锅炉中进行热量回收产生蒸汽，用于工业蒸汽供热和生产热水，即单循环系统；也可将蒸汽接入汽轮发电机系统进行发电组成联合循环机组，是能源高效利用的一种形式。单循环机组相较于联合循环的优势在于占地小、系统简单、投资低，不足在于发电效率低，机组调节不灵活。单循环系统和联合循环系统各有优缺点，具体的选择需要根据项目实际情况分析，一般来说，蒸汽售价高、电量消纳能力不足、上网电价低的区域宜采用单循环系统。反之，蒸汽价格低、电量供应不足、上网电价高的区域宜采用联合循环机组。
5.2补燃方案的选择
锅炉的残馀加热，主要是火焰喷射器中所含的氧（通常占燃烧发动机氧含量的11%至14%），也不能提高气体的效率，因为空气造成的热量损失，甚至高达99%（气体增加造成的烟雾很少）。此外，平衡减少了天然气锅炉的停机时间，比天然气锅炉的冲击更简单快捷，降低了天然气锅炉运行成本。但是，补充天然气开发项目减少了电力中地球变暖值的使用，不利于高能源质量的使用。补充的经济性可以通过使用天然气发电和蒸汽来决定，即根据补充、未解决的方案和负载情况，根据每立方米气候的平均能耗和蒸汽值的总和，产量值越高，经济性越好。当然，补货需要额外增加烟雾探测器，烟雾探测器成本较高，因此与锅炉调整峰值负荷相比成本较高。较高的补货温度也会导致锅炉隔热层的材料变更，造成额外的材料和热成本。当烟的温度高于1000℃时，需增加水和辐射负荷，以增加多馀锅炉的成本。因此，建议上升的烟雾温度不超过850° C，700 ~ 800°c的温度是适合补充的范围。
6三联供项目现状问题
现阶段，我国天然气分布式能源项目存在性质混淆问题，部分项目实际上仍然是传统的天然气发电项目，但是在申报过程中，以分布式能源项目进行申请；与此同时，在项目的实际运行过程中，冷热负荷不充分的问题较为突出，在项目设计之初，没有深入探究该地区的热负荷和冷负荷需求，导致机组选型存在偏差。实现冷负荷，热负荷和电负荷的平衡，以及能源综合利用效率的最大化，是进行天然气分布式能源区域利用技术的最主要目的。在设计之初，应深入探究服务区域的能源需求和预期来综合优化系统配置，在经济合理能源高效利用原则下确定方案。
结束语
随着电制冷设备、电制热泵设备效率的提高，在使用天然气分布式能源时应充分利用分布式能源互联网和智慧能源网络实现分布式能源系统有限范围内的冷热融通和电力融通，最高效发挥天然气分布式能源的效率和综合效率。
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