天然氣分布式冷熱電聯供技術在建筑中應用分析

金珍 劉昌盛

摘 要：天然氣分布式冷-熱-電聯供技術是一種建立在能源梯級利用基礎上，實現發電和供熱供冷過程一體化綜合應用的多聯產系統。本文通過介紹天然氣分布式能源系統在醫院建筑中的應用，深入說明了天然氣分布式冷-熱-電聯供技術的科學性、合理性、穩定性和經濟性。天然氣分布式冷-熱-電聯供技術也是綠色建筑節能設計指標的重要措施之一，具有廣闊的應用前景，符合節能減排、低碳環保的理念和趨勢。

關鍵詞：天然氣；分布式能源；冷熱電聯供技術

分布式能源是相對于傳統集中式供電方式而言的，是指將發電系統以小規模、小容量、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近，可獨立地輸出電、熱、冷的系統。分布式能源系統將天然氣一次能源同時轉換成電力、熱水、蒸汽、冷水等方式供能，實現能源的綜合利用。

一、分布式能源優勢

1）能源利用效率高：天然氣分布式能源系統將一種燃料方式轉換為多種能源供應，包括電、冷、熱、蒸汽和熱水等，實現了能量就地消化、梯級利用，能源利用綜合效率一般都在80%以上。2）節約能源運行成本：由于目前電價和天然氣價在燃氣發電設備應用時候相比存在剪刀差，利用天然氣分布式能源提供電力，較常規電網供電成本要低，同時余熱資源充分利用，節約能源運行成本費用。3）智能自動化控制系統：先進智能的天然氣分布式能源控制系統，實現了設備、程序、人員的綜合一體化管理，大大優化了常規運行管理模式，保證了整個系統安全可靠、有條不紊的運行。4）雙重削峰填谷作用：電力和燃氣在夏季和冬季存在供應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行能源供應，起到了電力燃氣的雙重削峰填谷作用。5）低環境污染物排放：天然氣是一種較煤、石油傳統能源形式清潔燃料，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，是低碳環保的能源方式。

二、項目概況

本項目新建天然氣分布式能源站主要用于滿足醫院改擴建工程中涉及到的內科樓及校醫學樓和綜合辦公樓，總建筑面積約為69110m2。新建能源站需與現有制冷機房和鍋爐房進行系統連接，與現有冷熱設備一起承擔醫院建筑面積114850m2制冷、建筑面積93820m2供熱和醫院全部生活熱水需求及電力負荷需求。國家和行業對于天然氣分布式能源的應用和發展相繼出臺了政策標準和規范，涉及到天然氣價格補貼、設備初投資補貼及綜合能源利用率指標補貼等等。

三、設計方案

（一）電力負荷確定

從上圖中可知，在典型日電負荷當中電負荷的最大值出現在早上10∶00～12∶00，該時間點為醫院大型醫療檢測設備的工作時間段，因此該時間點為典型日的最大電負荷點。夜間電負荷相對較小但較為穩定，在1000kW-1200kW左右。在機組設備滿負荷運行時，具有最高的發電效率和最低的維護運行成本，所以天然氣發電機組選型原則一般以電力負荷的平穩的最低值設計。

（二）能源整體方案

本分布式能源項目工程配置1臺發電功率為1189kW燃氣內燃機和對應的煙氣熱水型溴化鋰直燃機，主要滿足醫院的部分電、冷、熱及熱水需求。分布式能源站總體規劃如下：1）站址：分布式能源站設置在地下二層，設有主機間、空調間、水泵間、水處理間、配電室、值班室，燃氣計量間等，主機間滿足泄爆及消防要求。2）燃料：能源站燃氣管道由燃氣公司負責敷設引入到醫院新建能源中心燃氣調壓箱處。3）電氣：燃氣發電機組設置出線，接入本項目10kV高壓配電室，在系統連接原高壓配電室10kV市電進線側加裝逆功率保護裝置，防止功率倒送電網。

（三）控制系統

先進智能的控制系統是實現天然氣分布式能源設備安全、可靠、高效運行的重要因素。在設計過程中需遵守方案先進、技術適用、經濟合理、結構清晰、功能完備、操作方便、維護簡單等原則和基礎。

天然氣分布式能源系統由下列單元組成：1）發動機調節系統和基于面板控制器的可視化系統；2）適用于模塊控制器的分布式I/O 組件（X2X -Link）；3）發動機上的分布式I/O 組件（X2X -Link）；4）分布式發動機控制/監控組件（CAN 總線）；5）與客戶端PC 上的DIA.NE WIN 可視化系統連接（以太網）；6）與上級控制系統的連接（RS232 / RS485）。

四、綜合效益分析

天然氣分布式能源站系統全年供電峰平時段運行，谷值時段機組停機，電力不足的部分由并網的市電補充，冷熱負荷不足部分由電空調和燃氣鍋爐調峰。燃氣發電機組年運行時間為6205小時（電價峰平時段運行、谷值時段停機），年發電量743.4萬KWh，年發電直接收益669.1萬元。

天然氣作為一種清潔環保的能源方式， 二氧化碳排放量是約為火電廠排放量的40%，而且不產生二氧化硫、粉塵等污染物。本項目節能折合成標煤量約為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-電聯供技術適合于醫院類冷熱電負荷較平穩、冷熱電質量要求較高的建筑供能場合，也是實現建筑節能、低碳減排的重要技術措施之一。

參考文獻：

[1] 薛梅，董華.天然氣熱電冷聯供系統的效益分析[J].煤氣與熱力，2003，5：309-311.

[2] 馬悅，董舟.分布式能源系統的研究及配置方案分析[J].節能，2011，4：16-18.