作為先進的能源利用方式，分布式能源具有高效、靈活環(huán)保等優(yōu)勢，也代表了供能發(fā)展趨勢。提到分布式，你也許第一個想到的是光伏，但其實分布式能源系統(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，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)狻⒚褐茪獾?和可再生能源(風(fēng)電、光伏)為主;而二次能源以分布在用戶端的熱電冷(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，分布式能源通過直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補充，實現(xiàn)多系統(tǒng)優(yōu)化，將電力、熱力、制冷與蓄能技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)利用效率的最大化，以GE采用顏巴赫發(fā)電機組的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)為例，其能源綜合利用效率甚至能達到90%。

(圖片來自：頂點財經(jīng))

總的來說，分布式能源技術(shù)是未來世界能源技術(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)濟效益好的特點。

【天然氣分布式在中國：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，但在我國的起步較晚：2011年10月14日發(fā)改委、能源局、財政部聯(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》確定要在國內(nèi)先行試點，至此分布式天然氣能源項目才開始逐步推廣開來。

而可再生分布式能源是正式起步于2013年2月27日國家電網(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》。根據(jù)《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，2015年，我國將建成1000個天然氣分布式能源項目、10個天然氣分布式能源示范區(qū);分布式太陽能發(fā)電達到1000萬千瓦，建成100個以分布式可再生能源應(yīng)用為主的新能源示范城市。風(fēng)光互補也是進行得如火如荼。

(中國2000-2013天然氣生產(chǎn)與消費情況，EIA)

2013年7月國家發(fā)改委決定于當(dāng)年7月10日正式上調(diào)我國非民用天然氣價格，拉開氣價市場化改革大幕，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目的企業(yè)則備感壓力。過去兩年中，我國天然氣生產(chǎn)、進口形式仍然嚴(yán)峻，高氣價問題短時間內(nèi)仍無法緩解。自氣價上漲后，今年分布式能源項目開工率大不如前。但這遠未走到末路。一是隨著各地相繼出臺鼓勵政策，天然氣分布式能源項目在并網(wǎng)、補貼政策執(zhí)行效果較好地區(qū)勢頭漸好;二是隨著技術(shù)的進步和理論的創(chuàng)新，一些天然氣分布式能源項目通過進一步提高能源利用效率來緩沖高氣價下的成本壓力，項目仍具有可期的經(jīng)濟性。

【天然氣分布式：可再生能源背后的的“主動”動力支持】

目前，我國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)岱植际健Ｆ渲刑烊粴夥植际诫娬緦儆谥鲃佑媚埽L(fēng)電、光伏及其他可再生能源均屬于被動式用能，其利用因自然條件的不同而存在隨機和不可控性。“主動”與“被動”是一對反義詞同時，也證明其具有先天的互補性。多種能源互補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)省巨額輸電費用，從而達到能源利用全過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)能和太陽能屬于間歇性能源，在使用期間必須隨時儲能，或設(shè)置后備電源來補償供電不足時的供能。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。與此形成對比的是，大型的鍋爐型系統(tǒng)——燃煤電機或核電設(shè)備都無法靈活地運行，僅開機就需要數(shù)小時，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異。可再生甲烷能夠從很多物質(zhì)中提取出來，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，生物甲烷的另一個特點在于，它的產(chǎn)量更為巨大，更具實用性。以亞洲最大養(yǎng)雞場的德青源為例，利用沼氣發(fā)電的德青源裝備了2臺顏巴赫J(rèn)320燃?xì)獍l(fā)電機組，日消耗雞糞220噸廢水170噸，年發(fā)電1460萬度，一年能幫助減少約9萬5千噸二氧化碳排放，可謂經(jīng)濟賬和環(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有達到商業(yè)規(guī)模，但相關(guān)技術(shù)已十分成熟。太陽能和風(fēng)能的儲能是業(yè)界亟待解決的難題，相較之下，天然氣儲能靈活得多——既易于管道運輸，又便于儲存在油罐中，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，并且這個過程毫無污染物排放。質(zhì)子交換膜燃料電池使用純凈氫氣作為燃料，這個技術(shù)能被運用在電動汽車上。固體氧化物燃料使用甲烷作為燃料，但最好用于產(chǎn)生固定動力。

氫燃料電池?fù)碛袕V闊的前景，但分離氫和儲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)，它不僅會從鋼管道中溢出，還會與鋼發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致后者變得易碎。因此，運輸氫氣的管道必須是不銹鋼質(zhì)地的，并且每一個連接點都需要接受高強度焊接測試，管道閥門也必須使用特殊材料。相對于天然氣現(xiàn)在使用的鍍鋅鋼管，儲存和運輸氫氣是一個更為昂貴和復(fù)雜的工程。

工業(yè)生產(chǎn)氫氣通常使用天然氣，因為這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，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，但無法有效替代汽車、貨輪和大馬力機器設(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，比如飛機燃料。而在所有碳?xì)浠衔镏校淄槭翘己孔钌俚模虼耸褂锰烊粴馐掷跍p排。

甲烷是所有碳?xì)浠衔镏泻孔钬S富的，被稱作“萬能戰(zhàn)士”——它可以用來供暖、供電、給運輸工具提供動力。通過費舍爾(Fischer-Tropsch)處理過程，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，那么將促進人們實現(xiàn)“零廢料”的目標(biāo)。

【要綠色發(fā)展，天然氣一定不能繞過】

天然氣資源分布非常廣泛，頁巖革命的爆發(fā)更是進一步提高了天然氣的應(yīng)用潛力。如果可燃冰能夠進入市場，那么天然氣的使用將更加廣泛，屆時，煤炭和石油被天然氣替代將指日可待。此外，天然氣的運輸也擁有無與倫比的安全性。盡管甲烷的燃燒也產(chǎn)生碳排，但遠少于其它化石燃料。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能源，清潔、高效、用途廣泛的天然氣應(yīng)用潛力巨大。事實上，風(fēng)能和太陽能這類間歇性能源需有效儲能，以確保電網(wǎng)在任何時間都保持供電狀態(tài)，但目前的儲能技術(shù)還無法滿足這一要求。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，以確保人類的能源供應(yīng)。探討能源的綠色發(fā)展之路，實質(zhì)也是追求人類與環(huán)境的和諧發(fā)展，減少能源資源的消耗，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、生態(tài)的全面可持續(xù)發(fā)展。只有積極推進節(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】