淺談天然氣分布式能源經濟可行性

林冬梅

(泉州市建筑設計院有限公司廈門分公司　福建廈門　361004)

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淺談天然氣分布式能源經濟可行性

林冬梅

(泉州市建筑設計院有限公司廈門分公司福建廈門361004)

介紹了天然氣分布式能源系統的概念，并以某工程項目冷、熱、電三聯供系統的規劃方案為例，詳細介紹其如何充分利用冷、熱、電三聯供系統的余熱進行供冷供熱，并將此系統的設備及運營成本與本項目若采用傳統方式供電的設備及運營成本進行投資對比，簡單分析出該項目的經濟投資效益，論證設立冷、熱、電三聯供系統的可行性。

分布式能源；燃氣冷熱電三聯供系統；天然氣分布式能源；余熱；經濟可行性

0　引言

2011年國家發展和改革委員會、財政部、住房和城鄉建設部、國家能源局聯合發布《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》，指出天然氣分布式能源在國際上發展迅速，但我國天然氣分布式能源尚處于起步階段。推動天然氣分布式能源，具有重要的現實意義和戰略意義[1]。天然氣分布式能源節能減排效果明顯，可以優化天然氣利用，并能發揮對電網和天然氣管網的雙重削峰填谷作用，增加能源供應安全性。國內由于分布式能源正處于發展過程，對分布式能源認識存在不同的表述。具有代表性的主要有如下兩種：第一種是指將冷/熱電系統以小規模、小容量、模塊化、分散式的方式直接安裝在用戶端，可獨立地輸出冷、熱、電能的系統。能源包括太陽能利用、風能利用、燃料電池和燃氣冷、熱、電三聯供等多種形式。目前，我國的天然氣分布式能源技術已日趨成熟，本文通過一個項目方案僅簡單分析設立冷、熱、電三聯供系統的經濟可行性。

1　關于分布式能源的概念

國際分布式能源聯盟對分布式能源定義為：安裝在用戶端的高效冷/熱電聯供系統，系統能夠在消費地點(或附近)發電，高效利用發電產生的廢能——生產熱和電；現場端可再生能源系統包括利用現場廢氣、廢熱以及多余壓差來發電的能源循環利用系統。

根據《燃氣冷熱電三聯供工程技術規程》CJJ145-2010中燃氣冷熱電三聯供系統是指：布置在用戶附近，以燃氣為一次能源用于發電，并利用發電余熱制冷、供熱，同時向用戶輸出電能、熱(冷)的分布式能源供應系統[2]。

根據《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》中天然氣分布式能源是指：利用天然氣為燃料，通過冷熱電三聯供等方式實現能源的梯級利用，綜合能源利用效率達到70%以上，并在負荷中心就近實現能源供應的現代能源供應方式 ，是天然氣高效利用的重要方式[1]。

分布式能源是一種建在用戶端的能源供應方式，可孤網運行、并網運行、上網運行，是以資源、環境效益最大化確定方式和容量的系統，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進行系統整合優化，采用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統，是相對于集中供能的分散式供能方式。

孤網運行：燃氣冷熱電三聯供系統，發電機獨立運行的方式。

并網運行：燃氣冷熱電三聯供系統，發電機與公共電網并列運行，不向公共電網輸送電能的方式。

上網運行：燃氣冷熱電三聯供系統，發電機與公共電網并列運行，向公共電網輸送電能的方式。

余熱：原動機冷卻水熱能及原動機排煙熱能。

根據DG/TJ08-115-2008《分布式供能系統工程技術規范》燃氣內燃機是指：一種往復式運動機械，將燃氣與空氣注入氣缸壓縮混合，點火將其爆燃做功，推動活塞運行桿和曲軸，驅動發電機發電[3]。

2　工程概況

本次介紹的工程為總建筑面積約為36萬m2的商住綜合體，由住宅、大型商場、影院、地下停車場、幼兒園、游泳池等配套用房組成。其中商業建筑面積約為6萬m2，商業及影院場所電氣設備安裝容量約為8 550kW，實際使用電量估計最大約為安裝容量之60%，即5 130kW；商場夏天冷量最大需求為8 750kW；熱量需求約為2 700kW。采用傳統方式時設置2臺1 750kW(制冷量)+2臺2 100(制冷量)的離心式冷凍機制冷，設置2臺5T/H的鍋爐為溫水泳池加熱及供暖。

3　設置方案

本項目因有商業、住宅及溫水池等，全年的冷、熱、電負荷較為穩定，故規劃設置分布式能源系統。為了使發電設備可長時間在最高負荷下運轉，擬定規劃設置一座2×2 000kW發電設施，并利用其余熱在夏天時制冷，在冬天時供熱，以提高能源的利用率。采用的發電方式主要有①燃氣輪機+余熱鍋爐+蒸汽輪機，②燃氣輪機+吸收式冷凍機，③燃氣內燃機+吸收式冷凍機。由于2 000kW機組對燃氣輪機而言，是很小的機種，一般而言，發電效率較低(單循環效率在30%以下)，且造價相對較高。而燃氣內燃機其發電效率可達40%(國外已有發電效率達48%的機臺)，機臺排氣以及夾套冷卻水則可直接以吸收式冷凍機來回收熱量并制冷。圖1為使用2 000kW燃氣內燃機來發電，并利用其余熱(煙道氣及夾套水之熱量)來供吸收式冷凍機制冷。

圖1　使用2000kW燃氣內燃機，并使用吸收式冷凍機利用煙氣及夾套水為熱源制冷圖

本項目規劃在一層開閉所附近建設一座能源站，內設2臺2 000kW燃氣內燃機+2臺吸收式冷凍機為商業、影院及溫水泳池部分提供冷、熱、電負荷的需求。分布式能源系統內的燃氣內燃機(天然氣發電機)電源供應于商場、影院，天然氣發電機容量為2×2 000kW。本發電設備采用并網而不上網的運行方式，容量不足部分由市電補給；電源采用高壓10KV并入開閉所市電10KV系統。余熱在夏天時通過吸收式冷凍機制冷為商場及影院提供一部分冷量；在冬天為溫水泳池加熱及供暖。商場冷量不足部分由離心式冷凍機補充，具體分析詳表1及表2。

在采用2臺2 000kW燃氣內燃機+2臺吸收式冷凍機的情況下，僅為商場提供4 200kW的冷量，還需配置空調制冷機組2×2 800kW(制冷量)離心式冷凍機，在天然氣停氣及在燃氣內燃機檢修無余熱或余熱不足的情況下，離心式冷水機組能提供原設計80%的制冷量。

在夏天及燃氣內燃機不發電無余熱的情況下，采用天然氣補燃方式供熱水。

4　投資費用比較

采用上述燃氣內燃機+吸收式冷凍機之方式，其投資費用與采用市電+離心式冷凍機方式，其投資額比較如下(表3)：

從表3得知，采用燃氣內燃機+吸收式冷凍機方式的設備投資較采用市電+離心式冷凍機方式設備投資高約3.4倍；土建投資也較之大約2.6倍。所以采用燃氣內燃機+吸收式冷凍機方式前期投資較大。

5　年操作費用比較

基本假設：

除空調主機用電外，假定全年用電在4 000kW以上，自行發電不足部分向電網購電。全年發電量4 000kW×14hrs/d×365=20 440 000kWH

全年供冷量平均設計負荷約8 750kW之80%估算，供冷期182d，全年供冷：8 750kW×0.8×14×182=17 836 000kWH

冬半年溫水泳池及自來水加溫所需熱量為2 700kW，供熱期為182d，全年供熱2 700kW×14×182=6 879 600kWH

外購電價以1.014元/kWH計(尖峰用電及半尖峰用電之平均)，天然氣價以3元/NM3計，天然氣熱值為36MJ/NM3。具體分析詳表4。

表1　設置2000kW燃氣發電機組2套及配套吸收式冷凍機2套

表2　燃氣內燃機能源利用情況

表3　設置2000kW燃氣發電機組2套及配套吸收式冷凍機2套

注：目前，天然氣分布式能源所需的主要設備國內生產制造技術尚不是很成熟，本項目的設備價格為進口設備價格。

表4　年操作費用比較

從表4得知，雖然采用冷熱電三聯供系統前期投資較傳統方式高，但是由于①冷熱電三聯供系統利用天然氣發電機組發電并利用其余熱進行供冷供熱，使之減少空調用電及加熱費用；②采用天然氣發電較市電成本低；使之全年的營運費用較之傳統方式少。根據本項目情況，采用冷熱電三聯供系統增加的投資額約在3年左右可回收。

6　結論

依本項目冷、熱、電使用情況，投資冷熱電三聯供系統，由于充分利用發電尾氣及夾套水余熱，夏天用來制冷，冬天用來制熱，較傳統使用外電+離心式空調可節省相當可觀的操作費用，若發電機余熱在夏天及冬天都能充分利用，增加的投資額約在3年左右可回收，具有良好的投資效益。因此，本項目從經濟效益來說采用天然氣分布式能源是可行的。

從以上方案分析來看，若項目附近有天然氣站部，天然氣供應充足，用電、用熱、用冷負荷都較集中，夏季以空調制冷為主、伴有部分蒸汽和生活熱水需求，供冷時間長，單位面積負荷大，同時冬季供暖時間較長，如：用于人口稠密的城市商業中心、交通樞紐、住宅小區、辦公樓、酒店、醫院、機場、大學等，在合理的天然氣價格下投資天然氣分布式能源將具有良好的投資效益。

[1]國家發展和改革委員會、財政部、住房和城鄉建設部、國家能源局文件《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》[Z].發改能源[2011]2196號.

[2]CJJ145-2010 燃氣冷熱電三聯供工程技術規程[S].

[3]DG/TJ08-115-2008分布式供能系統工程技術規范[S].

Discussion on the economic feasibility of natural gas distributed energy

LIN Dongmei

(Quanzhou Architectural Design Institute Co.，Ltd. Xiamen branch,Xiamen 361004)

Is introduced in this paper the concept of natural gas distributed energy system and the project set up cold，heat and electricity triple for the planning scheme of the system，make full use of the cold，heat，Sanlian electric supply system of the waste heat for heating and cooling，and the equipment and operational cost of the system and the project if the traditional power supply equipment and operating costs compared to investing in，a simple analysis that this project from the economic benefit of investment of set up cold，heat，electricity supply system is feasible.

Distributed energy；Gas cooling heating and power system；Natural gas distributed energy；Waste heat；Economic feasibility

林冬梅(1980.11-),女,工程師。

E-mail:46016279@qq.com

2016-02-26

TU996

A

1004-6135(2016)05-0102-04