分布式能源在對(duì)一次能源的選擇上到底是選擇氣體燃料還是可再生能源呢?或者說(shuō)，他們之間究竟是“你死我活”還是可以“互利互助”呢?

作為先進(jìn)的能源利用方式，分布式能源具有高效、靈活環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，也代表了供能發(fā)展趨勢(shì)。提到分布式，你也許第一個(gè)想到的是光伏，但其實(shí)分布式能源系統(tǒng)一次能源以氣體燃料和可再生能源為主，這其中包括天然氣、生物燃?xì)狻L(fēng)電和光伏等。那么，分布式能源在對(duì)一次能源的選擇上到底是選擇氣體燃料還是可再生能源呢?或者說(shuō)，他們之間究竟是“你死我活”還是可以“互利互助”呢?

【到底什么是分布式能源?】

首先，什么是分布式能源?分布式能源就是分布在用戶(hù)端的能源綜合利用系統(tǒng)。目前的分布式能源系統(tǒng)一次能源以氣體燃料(天然氣、生物燃?xì)?、煤制氣?和可再生能源(風(fēng)電、光伏)為主;而二次能源以分布在用戶(hù)端的熱電冷(植)聯(lián)產(chǎn)為主，其他中央能源供應(yīng)系統(tǒng)為輔。與大型電站相比，分布式能源通過(guò)直接滿(mǎn)足用戶(hù)多種需求的能源梯級(jí)利用，并通過(guò)中央能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)優(yōu)化，將電力、熱力、制冷與蓄能技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)利用效率的最大化，以GE采用顏巴赫發(fā)電機(jī)組的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)為例，其能源綜合利用效率甚至能達(dá)到90%。

(圖片來(lái)自：頂點(diǎn)財(cái)經(jīng))

總的來(lái)說(shuō)，分布式能源技術(shù)是未來(lái)世界能源技術(shù)的重要發(fā)展方向，它具有能源利用效率高，環(huán)境負(fù)面影響小，提高能源供應(yīng)可靠性和經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。

【天然氣分布式在中國(guó)：起步晚，困難多，潛力大】

天然氣分布式能源在全球范圍早期的發(fā)展是非常迅速的，但在我國(guó)的起步較晚：2011年10月14日發(fā)改委、能源局、財(cái)政部聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》確定要在國(guó)內(nèi)先行試點(diǎn)，至此分布式天然氣能源項(xiàng)目才開(kāi)始逐步推廣開(kāi)來(lái)。

而可再生分布式能源是正式起步于2013年2月27日國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見(jiàn)》。根據(jù)《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，2015年，我國(guó)將建成1000個(gè)天然氣分布式能源項(xiàng)目、10個(gè)天然氣分布式能源示范區(qū);分布式太陽(yáng)能發(fā)電達(dá)到1000萬(wàn)千瓦，建成100個(gè)以分布式可再生能源應(yīng)用為主的新能源示范城市。風(fēng)光互補(bǔ)也是進(jìn)行得如火如荼。

(中國(guó)2000-2013天然氣生產(chǎn)與消費(fèi)情況，EIA)

2013年7月國(guó)家發(fā)改委決定于當(dāng)年7月10日正式上調(diào)我國(guó)非民用天然氣價(jià)格，拉開(kāi)氣價(jià)市場(chǎng)化改革大幕，讓天然氣分布式能源行業(yè)陷入寒冬。這讓從事天然氣分布式能源項(xiàng)目的企業(yè)則備感壓力。過(guò)去兩年中，我國(guó)天然氣生產(chǎn)、進(jìn)口形式仍然嚴(yán)峻，高氣價(jià)問(wèn)題短時(shí)間內(nèi)仍無(wú)法緩解。自氣價(jià)上漲后，今年分布式能源項(xiàng)目開(kāi)工率大不如前。但這遠(yuǎn)未走到末路。一是隨著各地相繼出臺(tái)鼓勵(lì)政策，天然氣分布式能源項(xiàng)目在并網(wǎng)、補(bǔ)貼政策執(zhí)行效果較好地區(qū)勢(shì)頭漸好;二是隨著技術(shù)的進(jìn)步和理論的創(chuàng)新，一些天然氣分布式能源項(xiàng)目通過(guò)進(jìn)一步提高能源利用效率來(lái)緩沖高氣價(jià)下的成本壓力，項(xiàng)目仍具有可期的經(jīng)濟(jì)性。

【天然氣分布式：可再生能源背后的的“主動(dòng)”動(dòng)力支持】

目前，我國(guó)分布式電站主要以單一用能為主，如天然氣分布式、光伏分布式、風(fēng)電分布式、地?zé)岱植际?。其中天然氣分布式電站屬于主?dòng)用能，而風(fēng)電、光伏及其他可再生能源均屬于被動(dòng)式用能，其利用因自然條件的不同而存在隨機(jī)和不可控性。“主動(dòng)”與“被動(dòng)”是一對(duì)反義詞同時(shí)，也證明其具有先天的互補(bǔ)性。多種能源互補(bǔ)式利用模式不但可以以最優(yōu)化的方式利用當(dāng)?shù)氐馁Y源，亦能在很大程度上節(jié)省巨額輸電費(fèi)用，從而達(dá)到能源利用全過(guò)程中效率最大化和成本最小化。

首先，天然氣和可再生能源在功能上相輔相成。風(fēng)能和太陽(yáng)能屬于間歇性能源，在使用期間必須隨時(shí)儲(chǔ)能，或設(shè)置后備電源來(lái)補(bǔ)償供電不足時(shí)的供能。而天然氣在調(diào)度上的靈活性使其正好能擔(dān)當(dāng)這一角色。與此形成對(duì)比的是，大型的鍋爐型系統(tǒng)——燃煤電機(jī)或核電設(shè)備都無(wú)法靈活地運(yùn)行，僅開(kāi)機(jī)就需要數(shù)小時(shí)，造成能量流失，因此很難與間歇性能源配合工作。

其次，天然氣中主要成分為甲烷，而甲烷本身就是可再生的，它能夠被大量加工，并且使用效果與化石能源無(wú)異?？稍偕淄槟軌驈暮芏辔镔|(zhì)中提取出來(lái)，很多生物甲烷的最佳原料是生活廢物，轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)非常成熟。相比乙醇和生物柴油，生物甲烷的另一個(gè)特點(diǎn)在于，它的產(chǎn)量更為巨大，更具實(shí)用性。以亞洲最大養(yǎng)雞場(chǎng)的德青源為例，利用沼氣發(fā)電的德青源裝備了2臺(tái)顏巴赫J(rèn)320燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，日消耗雞糞220噸廢水170噸，年發(fā)電1460萬(wàn)度，一年能幫助減少約9萬(wàn)5千噸二氧化碳排放，可謂經(jīng)濟(jì)賬和環(huán)境賬都算的好看。

(生物燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng))

第三，天然氣電力具有將多余電量轉(zhuǎn)化為甲烷，并將其儲(chǔ)存在管道設(shè)施中的潛力。在電解作用下，利用電將水分解成氫和氧——氫工業(yè)用途廣泛，可為電池提供燃料，也可用于制造生物甲烷。

盡管目前天然氣電力還沒(méi)有達(dá)到商業(yè)規(guī)模，但相關(guān)技術(shù)已十分成熟。太陽(yáng)能和風(fēng)能的儲(chǔ)能是業(yè)界亟待解決的難題，相較之下，天然氣儲(chǔ)能靈活得多——既易于管道運(yùn)輸，又便于儲(chǔ)存在油罐中，還能轉(zhuǎn)化成其它產(chǎn)品。天然氣基礎(chǔ)設(shè)施使得燃料電池能夠生產(chǎn)電力，并且這個(gè)過(guò)程毫無(wú)污染物排放。質(zhì)子交換膜燃料電池使用純凈氫氣作為燃料，這個(gè)技術(shù)能被運(yùn)用在電動(dòng)汽車(chē)上。固體氧化物燃料使用甲烷作為燃料，但最好用于產(chǎn)生固定動(dòng)力。

氫燃料電池?fù)碛袕V闊的前景，但分離氫和儲(chǔ)存純凈氫仍然存在巨大挑戰(zhàn)。氫非常微小，并且容易揮發(fā)，它不僅會(huì)從鋼管道中溢出，還會(huì)與鋼發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致后者變得易碎。因此，運(yùn)輸氫氣的管道必須是不銹鋼質(zhì)地的，并且每一個(gè)連接點(diǎn)都需要接受高強(qiáng)度焊接測(cè)試，管道閥門(mén)也必須使用特殊材料。相對(duì)于天然氣現(xiàn)在使用的鍍鋅鋼管，儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫氣是一個(gè)更為昂貴和復(fù)雜的工程。

工業(yè)生產(chǎn)氫氣通常使用天然氣，因?yàn)檫@比電解分離氫的成本要低得多。這樣，天然氣廣泛推廣了氫氣和燃料電池的使用。當(dāng)人們考慮煤炭和石油的替代能源時(shí)，碳?xì)溲趸锖图淄槭亲钋鍧嵉娜剂稀？稍偕茉窗l(fā)電可以替代燃煤電廠(chǎng)，但無(wú)法有效替代汽車(chē)、貨輪和大馬力機(jī)器設(shè)備需要的汽油。而天然氣正好可以替代柴油、石油、船用燃料油，并能轉(zhuǎn)化成液體燃料，比如飛機(jī)燃料。而在所有碳?xì)浠衔镏?，甲烷是碳含量最少的，因此使用天然氣十分利于減排。

甲烷是所有碳?xì)浠衔镏泻孔钬S富的，被稱(chēng)作“萬(wàn)能戰(zhàn)士”——它可以用來(lái)供暖、供電、給運(yùn)輸工具提供動(dòng)力。通過(guò)費(fèi)舍爾(Fischer-Tropsch)處理過(guò)程，甲烷可以被轉(zhuǎn)化成為完全清潔的汽油和航空燃料。此外，甲烷還是制造塑料、化學(xué)制品和廢料的重要原材料。如果回收利用的塑料能夠被還原成甲烷，那么將促進(jìn)人們實(shí)現(xiàn)“零廢料”的目標(biāo)。

【要綠色發(fā)展，天然氣一定不能繞過(guò)】

天然氣資源分布非常廣泛，頁(yè)巖革命的爆發(fā)更是進(jìn)一步提高了天然氣的應(yīng)用潛力。如果可燃冰能夠進(jìn)入市場(chǎng)，那么天然氣的使用將更加廣泛，屆時(shí)，煤炭和石油被天然氣替代將指日可待。此外，天然氣的運(yùn)輸也擁有無(wú)與倫比的安全性。盡管甲烷的燃燒也產(chǎn)生碳排，但遠(yuǎn)少于其它化石燃料。甲烷本身是一種溫室氣體，因此使其物盡其用是減少溫室效應(yīng)的有效方法。

總之，作為可再生能源之外的替補(bǔ)能源，清潔、高效、用途廣泛的天然氣應(yīng)用潛力巨大。事實(shí)上，風(fēng)能和太陽(yáng)能這類(lèi)間歇性能源需有效儲(chǔ)能，以確保電網(wǎng)在任何時(shí)間都保持供電狀態(tài)，但目前的儲(chǔ)能技術(shù)還無(wú)法滿(mǎn)足這一要求。因此，天然氣已成為能源結(jié)構(gòu)中不可或缺的一員。可再生能源的倡導(dǎo)者應(yīng)該普遍認(rèn)識(shí)到天然氣和可再生能源之間的和諧共存關(guān)系，并加以妥善利用，以確保人類(lèi)的能源供應(yīng)。探討能源的綠色發(fā)展之路，實(shí)質(zhì)也是追求人類(lèi)與環(huán)境的和諧發(fā)展，減少能源資源的消耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的全面可持續(xù)發(fā)展。只有積極推進(jìn)節(jié)能減排，大力發(fā)展可再生能源和核能、天然氣等清潔能源，我們才能實(shí)現(xiàn)能源綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。

【作者，鄭一鳴，清華大學(xué)電氣工程博士】