林建：含天然氣壓力能綜合利用的綠色多能系統(tǒng)融合與規(guī)劃

編者按：“第二十屆中國分布式能源國際論壇”于2024年10月29日在北京召開，本次大會(huì)由由中國能源研究會(huì)指導(dǎo)，中國能源研究會(huì)分布式能源專委會(huì)、中國能源網(wǎng)主辦。會(huì)上，四川省循環(huán)經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)能源低碳發(fā)展專委會(huì)副秘書長林建做了主題為《含天然氣壓力能綜合利用的綠色多能系統(tǒng)融合與規(guī)劃》的報(bào)告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

2023年中國的天然氣消費(fèi)表現(xiàn)非常好，在過去的幾年當(dāng)中，由于疫情的原因，天然氣的消費(fèi)經(jīng)過了短期的下降之后，重新回到了增長的軌道。2023年全國天然氣的消費(fèi)量達(dá)到了3945.3億立方米，同比增長了7.6%。其次，發(fā)電用氣、城燃和工業(yè)用氣較快增長。第三，沿海地區(qū)天然氣的消費(fèi)增長非?？?，分區(qū)域來看，中國天然氣消費(fèi)增速最快的是東南沿海和西北地區(qū)。

第二個(gè)特點(diǎn)表現(xiàn)在天然氣的產(chǎn)量持續(xù)增長，2023年中國天然氣的產(chǎn)量達(dá)到了2324億立方米，包括煤制氣和頁巖氣，增長了5.6%。

第三個(gè)特點(diǎn)表現(xiàn)在進(jìn)口氣恢復(fù)增長，對外依存度小幅回升。2023年全國天然氣進(jìn)口量是1656億立方米，增速為9.5%，對外依存度42.3%。管道氣占40.6%，LNG進(jìn)口量占到19.4%。

第四個(gè)特點(diǎn)表現(xiàn)在天然氣供應(yīng)保障能力持續(xù)提升，首先，天然氣的供應(yīng)規(guī)模在穩(wěn)步提高，其次，基礎(chǔ)設(shè)施方面也在逐漸完善，特別是管道的里程和輸送能力持續(xù)增加。

天然氣從地下井網(wǎng)開采出來之后存在著較大的壓力，在中國當(dāng)天然氣提取出來之后，主要是通過調(diào)壓閥、減壓閥來卸壓，通過門站和配氣站的調(diào)節(jié)閥截流減壓后供應(yīng)給用戶，但是這種方式實(shí)際上對于壓力之間的壓差造成浪費(fèi)，我們學(xué)校和中國石油西南油氣田新能源事業(yè)部積極地開展相關(guān)的研究，設(shè)計(jì)出一種特別的裝置，通過這種裝置對壓力的壓差進(jìn)行發(fā)電。

在這個(gè)過程中，通過井口及其管網(wǎng)、管道、門站最終到達(dá)用戶，這種壓能發(fā)電的優(yōu)勢可以避免光電的不確定性，而且時(shí)間很長，劣勢就是現(xiàn)在天然氣壓差發(fā)電國家還沒有相關(guān)的政策出臺(tái)，而且還有許多的問題需要解決，消納、上網(wǎng)都存在相當(dāng)大的問題。

為了消納和利用壓能發(fā)電，我們通過構(gòu)制這樣的一個(gè)綜合的電力系統(tǒng)來進(jìn)行壓差發(fā)電，采用帶有熱泵補(bǔ)熱系統(tǒng)的壓力發(fā)電方案，并考慮壓能發(fā)電和補(bǔ)熱的能量波動(dòng)采用對應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度策略。

通過我們的模擬仿真顯示，這樣可以有效降低電網(wǎng)的整體調(diào)度成本，提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。此外我們?yōu)榱私鉀Q城市天然氣的壓能利用低的問題，消納壓差所發(fā)電量，通過構(gòu)建集中的充電站，來給電動(dòng)車進(jìn)行充電，并且可以換電，有效解決了上網(wǎng)難、并網(wǎng)難的問題，而且提高了城市清潔能源的利用率。

還可以設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬電廠，利用虛擬電廠的多能綜合系統(tǒng)來考慮儲(chǔ)能，采用合適的規(guī)劃和調(diào)度策略，考慮風(fēng)光的不確定性，系統(tǒng)的充電行為以及用戶端需求負(fù)荷響應(yīng)的情況下，通過天然氣的壓差發(fā)電，引入虛擬電廠，就能明顯提高虛擬電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，并可以解決天然氣壓力消納和并網(wǎng)困難的問題。