天然氣分布式冷熱電聯(lián)供技術(shù)在建筑中應(yīng)用分析

金珍 劉昌盛

摘 要：天然氣分布式冷-熱-電聯(lián)供技術(shù)是一種建立在能源梯級(jí)利用基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)發(fā)電和供熱供冷過程一體化綜合應(yīng)用的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。本文通過介紹天然氣分布式能源系統(tǒng)在醫(yī)院建筑中的應(yīng)用，深入說明了天然氣分布式冷-熱-電聯(lián)供技術(shù)的科學(xué)性、合理性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。天然氣分布式冷-熱-電聯(lián)供技術(shù)也是綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)指標(biāo)的重要措施之一，具有廣闊的應(yīng)用前景，符合節(jié)能減排、低碳環(huán)保的理念和趨勢。

關(guān)鍵詞：天然氣；分布式能源；冷熱電聯(lián)供技術(shù)

分布式能源是相對(duì)于傳統(tǒng)集中式供電方式而言的，是指將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立地輸出電、熱、冷的系統(tǒng)。分布式能源系統(tǒng)將天然氣一次能源同時(shí)轉(zhuǎn)換成電力、熱水、蒸汽、冷水等方式供能，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用。

一、分布式能源優(yōu)勢

1）能源利用效率高：天然氣分布式能源系統(tǒng)將一種燃料方式轉(zhuǎn)換為多種能源供應(yīng)，包括電、冷、熱、蒸汽和熱水等，實(shí)現(xiàn)了能量就地消化、梯級(jí)利用，能源利用綜合效率一般都在80%以上。2）節(jié)約能源運(yùn)行成本：由于目前電價(jià)和天然氣價(jià)在燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備應(yīng)用時(shí)候相比存在剪刀差，利用天然氣分布式能源提供電力，較常規(guī)電網(wǎng)供電成本要低，同時(shí)余熱資源充分利用，節(jié)約能源運(yùn)行成本費(fèi)用。3）智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)：先進(jìn)智能的天然氣分布式能源控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、程序、人員的綜合一體化管理，大大優(yōu)化了常規(guī)運(yùn)行管理模式，保證了整個(gè)系統(tǒng)安全可靠、有條不紊的運(yùn)行。4）雙重削峰填谷作用：電力和燃?xì)庠谙募竞投敬嬖诠?yīng)短缺和拉閘限能的情況，天然氣分布式能源可以通過余量的天然氣在電力需求高峰進(jìn)行能源供應(yīng)，起到了電力燃?xì)獾碾p重削峰填谷作用。5）低環(huán)境污染物排放：天然氣是一種較煤、石油傳統(tǒng)能源形式清潔燃料，大大降低大氣污染物排放，包括二氧化碳、粉塵顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等，是低碳環(huán)保的能源方式。

二、項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目新建天然氣分布式能源站主要用于滿足醫(yī)院改擴(kuò)建工程中涉及到的內(nèi)科樓及校醫(yī)學(xué)樓和綜合辦公樓，總建筑面積約為69110m2。新建能源站需與現(xiàn)有制冷機(jī)房和鍋爐房進(jìn)行系統(tǒng)連接，與現(xiàn)有冷熱設(shè)備一起承擔(dān)醫(yī)院建筑面積114850m2制冷、建筑面積93820m2供熱和醫(yī)院全部生活熱水需求及電力負(fù)荷需求。國家和行業(yè)對(duì)于天然氣分布式能源的應(yīng)用和發(fā)展相繼出臺(tái)了政策標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，涉及到天然氣價(jià)格補(bǔ)貼、設(shè)備初投資補(bǔ)貼及綜合能源利用率指標(biāo)補(bǔ)貼等等。

三、設(shè)計(jì)方案

（一）電力負(fù)荷確定

從上圖中可知，在典型日電負(fù)荷當(dāng)中電負(fù)荷的最大值出現(xiàn)在早上10∶00～12∶00，該時(shí)間點(diǎn)為醫(yī)院大型醫(yī)療檢測設(shè)備的工作時(shí)間段，因此該時(shí)間點(diǎn)為典型日的最大電負(fù)荷點(diǎn)。夜間電負(fù)荷相對(duì)較小但較為穩(wěn)定，在1000kW-1200kW左右。在機(jī)組設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，具有最高的發(fā)電效率和最低的維護(hù)運(yùn)行成本，所以天然氣發(fā)電機(jī)組選型原則一般以電力負(fù)荷的平穩(wěn)的最低值設(shè)計(jì)。

（二）能源整體方案

本分布式能源項(xiàng)目工程配置1臺(tái)發(fā)電功率為1189kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和對(duì)應(yīng)的煙氣熱水型溴化鋰直燃機(jī)，主要滿足醫(yī)院的部分電、冷、熱及熱水需求。分布式能源站總體規(guī)劃如下：1）站址：分布式能源站設(shè)置在地下二層，設(shè)有主機(jī)間、空調(diào)間、水泵間、水處理間、配電室、值班室，燃?xì)庥?jì)量間等，主機(jī)間滿足泄爆及消防要求。2）燃料：能源站燃?xì)夤艿烙扇細(xì)夤矩?fù)責(zé)敷設(shè)引入到醫(yī)院新建能源中心燃?xì)庹{(diào)壓箱處。3）電氣：燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組設(shè)置出線，接入本項(xiàng)目10kV高壓配電室，在系統(tǒng)連接原高壓配電室10kV市電進(jìn)線側(cè)加裝逆功率保護(hù)裝置，防止功率倒送電網(wǎng)。

（三）控制系統(tǒng)

先進(jìn)智能的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)天然氣分布式能源設(shè)備安全、可靠、高效運(yùn)行的重要因素。在設(shè)計(jì)過程中需遵守方案先進(jìn)、技術(shù)適用、經(jīng)濟(jì)合理、結(jié)構(gòu)清晰、功能完備、操作方便、維護(hù)簡單等原則和基礎(chǔ)。

天然氣分布式能源系統(tǒng)由下列單元組成：1）發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和基于面板控制器的可視化系統(tǒng)；2）適用于模塊控制器的分布式I/O 組件（X2X -Link）；3）發(fā)動(dòng)機(jī)上的分布式I/O 組件（X2X -Link）；4）分布式發(fā)動(dòng)機(jī)控制/監(jiān)控組件（CAN 總線）；5）與客戶端PC 上的DIA.NE WIN 可視化系統(tǒng)連接（以太網(wǎng)）；6）與上級(jí)控制系統(tǒng)的連接（RS232 / RS485）。

四、綜合效益分析

天然氣分布式能源站系統(tǒng)全年供電峰平時(shí)段運(yùn)行，谷值時(shí)段機(jī)組停機(jī)，電力不足的部分由并網(wǎng)的市電補(bǔ)充，冷熱負(fù)荷不足部分由電空調(diào)和燃?xì)忮仩t調(diào)峰。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間為6205小時(shí)（電價(jià)峰平時(shí)段運(yùn)行、谷值時(shí)段停機(jī)），年發(fā)電量743.4萬KWh，年發(fā)電直接收益669.1萬元。

天然氣作為一種清潔環(huán)保的能源方式， 二氧化碳排放量是約為火電廠排放量的40%，而且不產(chǎn)生二氧化硫、粉塵等污染物。本項(xiàng)目節(jié)能折合成標(biāo)煤量約為2973.2噸，減少二氧化碳排放量7789.8噸，減少二氧化硫排放量25.3噸，減少粉塵29.7噸。天然氣分布式冷-熱-電聯(lián)供技術(shù)適合于醫(yī)院類冷熱電負(fù)荷較平穩(wěn)、冷熱電質(zhì)量要求較高的建筑供能場合，也是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能、低碳減排的重要技術(shù)措施之一。

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