夏熱冬冷地區(qū)居住小區(qū)燃氣分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用分析

文 // 陳濟敏 昆山華潤城市燃氣有限公司 李瑩瑩 中國燃氣控股有限公司 郭清 昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心

夏熱冬冷地區(qū)居住小區(qū)燃氣分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用分析

文 // 陳濟敏 昆山華潤城市燃氣有限公司 李瑩瑩 中國燃氣控股有限公司 郭清 昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心

燃氣分布式能源系統(tǒng)以天然氣為主要燃料，在用戶側(cè)安裝發(fā)電機組，利用燃料高品位的能量發(fā)電，產(chǎn)生的電力與市電共同滿足用戶電力需求，同時通過余熱回收利用設(shè)備（如余熱蒸汽鍋爐、溴化鋰吸收式冷熱水機組、換熱器等）回收發(fā)電所產(chǎn)生的余熱熱量，向用戶供冷或供熱，滿足用戶的冷負荷或熱負荷需求。

1 燃氣分布式能源系統(tǒng)優(yōu)勢

（1）供電可靠性高

分布式能源系統(tǒng)以燃燒天然氣為用戶提供電力，為用戶增加了一路供應(yīng)電源，大大減少了對電網(wǎng)的依賴性，提高了小區(qū)供電系統(tǒng)的可靠性。

（2）節(jié)能環(huán)保效益好

分布式能源系統(tǒng)采用天然氣這種清潔能源，可降低CO2、NOx、SOx等有害氣體的排放，減少環(huán)境污染，提高空氣質(zhì)量。

（3）節(jié)能經(jīng)濟效益高

分布式能源系統(tǒng)利用天然氣高品味的熱能發(fā)電來滿足用戶電力需求，同時回收利用發(fā)電余熱的低品位熱能進行制冷或制熱，可以實現(xiàn)對天然氣合理的梯級利用，有效提高一次能源利用率，具有較高的經(jīng)濟效益。

（4）可實現(xiàn)燃氣和電力雙重“削峰填谷”

一般而言，電力高峰和燃氣低谷同時出現(xiàn)在夏季，采用分布式能源系統(tǒng)，燃燒天然氣發(fā)電，可增加夏季燃氣使用量，同時降低區(qū)域電網(wǎng)供電壓力。

2 燃氣分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用

我國燃氣分布式能源系統(tǒng)大部分應(yīng)用于新建商場、醫(yī)院、賓館、機場等公共建筑及原有集中供電機組改造中，在商業(yè)居住小區(qū)中應(yīng)用較少。近年來，上海、北京、廣州等地的居住小區(qū)、商業(yè)建筑中分布式能源系統(tǒng)得到了一些應(yīng)用，并越來越受到廣泛的關(guān)注。

當前，分布式能源在我國的推廣和應(yīng)用仍然處于起步階段，大部分地區(qū)仍使用傳統(tǒng)能源供應(yīng)方式。尤其很多夏熱冬冷地區(qū)的省份，經(jīng)濟發(fā)展、城市化進程較為迅猛，能源需求量巨大，能源供需矛盾日漸明顯。開展部分地區(qū)分布式能源的應(yīng)用研究，提高能源利用效率、增加供電可靠性是非常有必要的。

3 居住小區(qū)分布式能源系統(tǒng)方案

本文以江蘇省蘇州市某居住小區(qū)為例，對燃氣分布式能源系統(tǒng)方案的用能情況、機組選型及流程規(guī)劃設(shè)計進行分析，并與傳統(tǒng)能源供應(yīng)系統(tǒng)加以比較。

3.1 系統(tǒng)用能分析

該小區(qū)約有居民5500人，建筑總面積約15萬m2，不僅有電負荷需求，而且有夏季冷負荷、冬季熱負荷需求。根據(jù)建筑節(jié)能設(shè)計一般情況，首先對小區(qū)能耗數(shù)據(jù)進行估算，作為本次分布式能源系統(tǒng)方案的參考。

依據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施節(jié)能專篇》，該小區(qū)單位建筑面積用電負荷指標取30W/m2（照明及其他負荷指標，不包括冷凍設(shè)備）。單位面積冷負荷取50W/m2，單位面積熱負荷取30 W/m2。蘇州地區(qū)集中空調(diào)采暖制冷期為120天，采暖期為90天，則該小區(qū)的電負荷為4500 kW，冷負荷為7500kW，熱負荷為4500 kW。

根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》的規(guī)定，該小區(qū)熱水用水定額取50L/人·d，則小區(qū)5500人的熱水總耗量為11t/h，即熱水負荷為602 kW（鍋爐進/出水溫度為15℃/60℃），考慮小時變化系數(shù)（取2.34），則最大熱水量為27t/h，折合熱量為1408 kW。

3.2 方案設(shè)計原則

（1）基本電負荷定容量、熱電平衡

燃氣分布式能源系統(tǒng)能夠滿足小區(qū)的基本電負荷、全部熱水負荷和部分冷、熱負荷。不足的電力部分由市電提供，不足的空調(diào)部分則由傳統(tǒng)供能方式（電制冷機組、燃氣鍋爐等）提供。

表1 燃氣分布式能源系統(tǒng)年運行效益分析表

表2 供能系統(tǒng)主要設(shè)備及其參數(shù)

（2）經(jīng)濟性和可靠性

采用多個單元組成分布式能源系統(tǒng)。系統(tǒng)間可互為補充，互為備用，提高系統(tǒng)運行的可靠性和安全性；可較好的適應(yīng)負荷波動，實現(xiàn)供能效率最大化；可根據(jù)小區(qū)的負荷變化，調(diào)整運行臺數(shù)和輸出功率，提高系統(tǒng)的靈活性。

（3）發(fā)電機組選型綜合考慮多種因素

側(cè)重考慮發(fā)電效率高的、國內(nèi)外知名品牌的機組；為了方便系統(tǒng)日常的維護保養(yǎng)，發(fā)電機組的臺數(shù)不宜選則太多。

3.3 系統(tǒng)組成及流程

（1）系統(tǒng)組成

發(fā)電機組選用燃氣輪機發(fā)電機組，根據(jù)《燃氣冷熱電三聯(lián)供工程技術(shù)規(guī)程CJJ 145-2010》的規(guī)定，設(shè)計發(fā)電機組總裝機容量為1320kW。主要由2臺T600燃氣輪機發(fā)電機組、2臺煙氣型溴化鋰機組、多臺換熱器和1套CCHP智能控制系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)總發(fā)電量為1320kW，制冷量為4040kW，制熱量為2564kW，熱水產(chǎn)量為11t/h。

表3 小區(qū)能源供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)濟收益分析

（2）系統(tǒng)流程

2臺660kW的燃氣輪機發(fā)電機組燃燒天然氣發(fā)電，并與市電共同滿足本居住小區(qū)電負荷需求。在制冷季，發(fā)電機組產(chǎn)生的煙氣余熱先送入煙氣型溴化鋰機組用于制冷，從溴化鋰機組排出的煙氣再進入換熱器，產(chǎn)生的熱水用于小區(qū)生活熱水供應(yīng)；在采暖季，發(fā)電機組發(fā)電產(chǎn)生的煙氣余熱送入換熱器產(chǎn)生熱水，優(yōu)先用于小區(qū)生活熱水的供應(yīng)，多余熱水用于小區(qū)采暖。

4 小區(qū)分布式能源系統(tǒng)分析

4.1 系統(tǒng)經(jīng)濟效益計算

燃氣分布式能源系統(tǒng)年運行時間為210天，其中制冷期120天，采暖期90天，每天運行24小時，在相同供電量、供冷量、供熱量和熱水量條件下，相對于傳統(tǒng)供能系統(tǒng)，燃氣分布式能源系統(tǒng)年運行效益如表1所示。

本燃氣分布式能源系統(tǒng)僅滿足小區(qū)基本電負荷、全部生活熱水負荷、部分空調(diào)和采暖負荷。不足的電力由市電補充，不足的空調(diào)冷或熱負荷由其他傳統(tǒng)供能設(shè)備（電制冷機組+燃氣鍋爐）保證。

該小區(qū)燃氣分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)供能系統(tǒng)（市電+電制冷機組+燃氣鍋爐）包含的主要設(shè)備及其性能參數(shù)、運行參數(shù)見表2。

在相同供電量和供冷/供熱量條件下，應(yīng)用燃氣分布式能源系統(tǒng)的供能系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)供能系統(tǒng)（市電+電制冷機組+燃氣鍋爐），所節(jié)省費用見表3。

其中，燃氣低發(fā)熱值取35500kJ/Nm3，燃氣折標煤系數(shù)為1.2143kgce/Nm3，標準煤發(fā)電量為8.14kWh/kgce。

4.2 系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效益計算

相對于傳統(tǒng)供能系統(tǒng)（市電+電制冷機組+燃氣鍋爐），燃氣分布式能源系統(tǒng)每年節(jié)能量為12996068kWh，換算成標準煤為4288.7tce，每年CO2減排量為10593.1t，SO2減排量為85.8t，粉塵減排量為42.9t。

5 結(jié)論

（1）燃氣分布式能源系統(tǒng)熱效率較高，能源利用效率較優(yōu)。

（2）燃氣分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)年運行收益較好，優(yōu)于傳統(tǒng)能源供應(yīng)系統(tǒng)。從運行經(jīng)濟性考慮，應(yīng)用燃氣分布式能源系統(tǒng)更經(jīng)濟、合理。

（3）燃氣分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)節(jié)能減排量較多，具有較好的環(huán)保效益。

（4）需綜合考慮經(jīng)濟性、機組效率、實際場地情況等多種因素，確定居住小區(qū)是否適宜應(yīng)用燃氣分布式能源系統(tǒng)。