作為先進的能源利用方式，分布式能源具有高效、靈活環保等優勢，也代表了供能發展趨勢。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、生物燃氣、風電和光伏等。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。目前的分布式能源系統一次能源以氣體燃料(天然氣、生物燃氣、煤制氣等)和可再生能源(風電、光伏)為主;而二次能源以分布在用戶端的熱電冷(植)聯產為主，其他中央能源供應系統為輔。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系統提供支持和補充，實現多系統優化，將電力、熱力、制冷與蓄能技術結合，實現利用效率的最大化，以GE采用顏巴赫發電機組的冷熱電三聯供系統為例，其能源綜合利用效率甚至能達到90%。

(圖片來自：頂點財經)

總的來說，分布式能源技術是未來世界能源技術的重要發展方向，它具有能源利用效率高，環境負面影響小，提高能源供應可靠性和經濟效益好的特點。

【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展是非常迅速的，但在我國的起步較晚：2011年10月14日發改委、能源局、財政部聯合下發《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》確定要在國內先行試點，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日國家電網公司發布的《關于做好分布式電源并網服務工作的意見》。根據《能源發展“十二五”規劃》，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;分布式太陽能發電達到1000萬千瓦，建成100個以分布式可再生能源應用為主的新能源示范城市。風光互補也是進行得如火如荼。

(中國2000-2013天然氣生產與消費情況，EIA)

2013年7月國家發改委決定于當年7月10日正式上調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陷入寒冬。這讓從事天然氣分布式能源項目的企業則備感壓力。過去兩年中，我國天然氣生產、進口形式仍然嚴峻，高氣價問題短時間內仍無法緩解。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、補貼政策執行效果較好地區勢頭漸好;二是隨著技術的進步和理論的創新，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、風電分布式、地熱分布式。其中天然氣分布式電站屬于主動用能，而風電、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化的方式利用當地的資源，亦能在很大程度上節省巨額輸電費用，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，或設置后備電源來補償供電不足時的供能。而天然氣在調度上的靈活性使其正好能擔當這一角色。與此形成對比的是，大型的鍋爐型系統——燃煤電機或核電設備都無法靈活地運行，僅開機就需要數小時，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中提取出來，很多生物甲烷的最佳原料是生活廢物，轉換技術已經非常成熟。相比乙醇和生物柴油，生物甲烷的另一個特點在于，它的產量更為巨大，更具實用性。以亞洲最大養雞場的德青源為例，利用沼氣發電的德青源裝備了2臺顏巴赫J320燃氣發電機組，日消耗雞糞220噸廢水170噸，年發電1460萬度，一年能幫助減少約9萬5千噸二氧化碳排放，可謂經濟賬和環境賬都算的好看。

(生物燃氣發電系統)

第三，天然氣電力具有將多余電量轉化為甲烷，并將其儲存在管道設施中的潛力。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規模，但相關技術已十分成熟。太陽能和風能的儲能是業界亟待解決的難題，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，還能轉化成其它產品。天然氣基礎設施使得燃料電池能夠生產電力，并且這個過程毫無污染物排放。質子交換膜燃料電池使用純凈氫氣作為燃料，這個技術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，但最好用于產生固定動力。

氫燃料電池擁有廣闊的前景，但分離氫和儲存純凈氫仍然存在巨大挑戰。氫非常微小，并且容易揮發，它不僅會從鋼管道中溢出，還會與鋼發生反應，導致后者變得易碎。因此，運輸氫氣的管道必須是不銹鋼質地的，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。相對于天然氣現在使用的鍍鋅鋼管，儲存和運輸氫氣是一個更為昂貴和復雜的工程。

工業生產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。當人們考慮煤炭和石油的替代能源時，碳氫氧化物和甲烷是最清潔的燃料。可再生能源發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，并能轉化成液體燃料，比如飛機燃料。而在所有碳氫化合物中，甲烷是碳含量最少的，因此使用天然氣十分利于減排。

甲烷是所有碳氫化合物中含量最豐富的，被稱作“萬能戰士”——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“零廢料”的目標。

【要綠色發展，天然氣一定不能繞過】

天然氣資源分布非常廣泛，頁巖革命的爆發更是進一步提高了天然氣的應用潛力。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用潛力巨大。事實上，風能和太陽能這類間歇性能源需有效儲能，以確保電網在任何時間都保持供電狀態，但目前的儲能技術還無法滿足這一要求。因此，天然氣已成為能源結構中不可或缺的一員。可再生能源的倡導者應該普遍認識到天然氣和可再生能源之間的和諧共存關系，并加以妥善利用，以確保人類的能源供應。探討能源的綠色發展之路，實質也是追求人類與環境的和諧發展，減少能源資源的消耗，實現經濟、社會、生態的全面可持續發展。只有積極推進節能減排，大力發展可再生能源和核能、天然氣等清潔能源，我們才能實現能源綠色發展和可持續發展。

【作者，鄭一鳴，清華大學電氣工程博士】