分布式能源項目裝機(jī)方案研究

摘 要：通過對分布式能源不同聯(lián)供系統(tǒng)的具體配置和組成形式進(jìn)行研究，將冷熱電分布式能源系統(tǒng)劃分為大、中、小三個等級。并給出了10種典型的分布式能源裝機(jī)方案。

關(guān)鍵詞：分布式能源；裝機(jī)方案；微型燃?xì)廨啓C(jī)；燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)；燃?xì)廨啓C(jī)

前言

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(lián)供等方式實現(xiàn)能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%以上，并在負(fù)荷中心就近實現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式，是天然氣高效利用的重要方式。

1 分布式能源的基本原理

天然氣分布式能源是一種建立在能的梯級利用概念基礎(chǔ)上，將制冷、供熱及發(fā)電過程一體化的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)。天然氣在動力系統(tǒng)中燃燒做功發(fā)電；動力系統(tǒng)排出的廢熱用于制冷或供熱，從而形成冷熱電三聯(lián)供。由于實現(xiàn)了能量的梯級利用，能源利用率明顯提高。能源站機(jī)房可以建在終端用戶附近，節(jié)能效果明顯。

2 分布式能源系統(tǒng)配置

天然氣分布式能源系統(tǒng)種類繁多，相應(yīng)的分類方法也很多。按照系統(tǒng)規(guī)模分類可分為樓宇分布式能源系統(tǒng)和區(qū)域分布式能源系統(tǒng)。

按照動力系統(tǒng)類型分類，有微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電分布式能源系統(tǒng)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)冷熱電分布式能源系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電分布式能源系統(tǒng)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

2.1 微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)

微型燃?xì)廨啓C(jī)具有自動調(diào)峰、調(diào)頻功能，可根據(jù)樓宇對熱、電、冷、熱水的需求自動進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，無須專人職守。低壓電力通過微燃機(jī)廠家配套的雙模控制器接入樓內(nèi)自用電力系統(tǒng)，不足電力從公用電網(wǎng)輸入。燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫余熱煙氣直接排入余熱吸收式溴化鋰機(jī)組，產(chǎn)生7℃冷水供建筑物制冷，或產(chǎn)生65℃熱水用于采曖；同時利用溴化鋰機(jī)組煙氣中的低品位余熱產(chǎn)生70℃生活熱水，或進(jìn)一步通過低溫吸附式制冷機(jī)制冷。

2.2 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)

2.2.1 概述

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的額定功率通常為5～10000kW。相對于燃?xì)廨啓C(jī)，內(nèi)燃機(jī)組的發(fā)電效率較高，內(nèi)燃機(jī)聯(lián)供系統(tǒng)的電輸出比例較高，冷電比（或熱電比）通常為1.0～1.5。由于雙效吸收式制冷系統(tǒng)對驅(qū)動熱源溫度的要求比直接供熱高，故內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)側(cè)重于供熱。

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組最突出的優(yōu)點是發(fā)電效率比較高，其次是設(shè)備集成度高，安裝快捷，基本不需要水。設(shè)備的單位造價也比較低。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)分布式聯(lián)供系統(tǒng)由于燃?xì)膺M(jìn)氣系統(tǒng)壓力較低（如0.35MPa），廣泛應(yīng)用于樓宇分布式能源系統(tǒng)，單臺燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組的供熱、供冷面積不超過3萬m3。

2.2.2 系統(tǒng)配置

對于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，燃料熱量的約1/3用來做功發(fā)電，約1/3通過煙氣散熱，還有約1/3通過缸套水、中冷水及輻射熱散失。因此對煙氣和缸套水、中冷水進(jìn)行余熱回收利用，系統(tǒng)綜合能源效率可達(dá)80%～90%。

2.3 燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)

2.3.1 概述

燃?xì)廨啓C(jī)的功率從幾千kW到上百萬MW，不過由于建筑用戶所需的溫度通常與環(huán)境溫度比較接近，遠(yuǎn)距離傳輸相當(dāng)困難。因此，主要是小型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，功率范圍從5000kW～50MW。由于燃?xì)廨啓C(jī)的天然氣接入壓力較高，不適合布置在民用建筑物內(nèi)。

燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要適合于區(qū)域供冷、集中供熱相結(jié)合的地區(qū)。總規(guī)模在10MW～100MW。特點是用戶類型多、時間錯開、負(fù)荷需求互補(bǔ)，利用實現(xiàn)能源梯級利用。

2.3.2 系統(tǒng)配置

燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要包括燃?xì)廨啓C(jī)及其發(fā)電機(jī)、余熱鍋爐、熱網(wǎng)首站、蒸汽型溴化鋰機(jī)組等設(shè)備。該系統(tǒng)利用先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)的排氣口排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐。采暖季，余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入熱網(wǎng)首站中加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，對外供熱；制冷季，余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入制冷站中的蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)對外供冷水。

2.4 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

2.4.1 概述

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要適合于工廠及小型制造業(yè)集中的工業(yè)園區(qū)等。電、熱、汽需求比例穩(wěn)定且規(guī)模大，聯(lián)供的經(jīng)濟(jì)效好。

2.4.2 系統(tǒng)配置

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)包括燃?xì)廨啓C(jī)及其發(fā)電機(jī)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)及其發(fā)電機(jī)等設(shè)備。

圖1給出了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的工作原理。天然氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)1，燃燒做功帶動發(fā)電機(jī)2發(fā)電，產(chǎn)生的500℃左右煙氣進(jìn)入余熱鍋爐3，加熱水使之變?yōu)楦邏赫羝邏赫羝M(jìn)入抽凝式蒸汽輪機(jī)5做功帶動汽輪發(fā)電機(jī)6發(fā)電，做功后的一部分蒸汽被抽出冬季供熱或夏季用于蒸汽吸收式制冷，或用作工業(yè)供汽。汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器7，冷卻后經(jīng)凝結(jié)水泵8打回鍋爐。

3 分布式能源項目典型裝機(jī)方案

天然氣分布式能源系統(tǒng)的原動機(jī)主要以微燃機(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)為主。分布式能源站原動機(jī)選型時，其規(guī)模應(yīng)按滿足基本冷負(fù)荷的要求進(jìn)行匹配，這樣既可適當(dāng)減小發(fā)電機(jī)組的配置容量，降低設(shè)備投資費用，又可提高發(fā)電機(jī)組的滿負(fù)荷運傳率，保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。峰值冷（熱）負(fù)荷通過配置其他供冷（熱）設(shè)備（如燃?xì)庵比紮C(jī)、補(bǔ)燃型溴化鋰吸收式制冷機(jī)、電制冷機(jī)組等）進(jìn)行調(diào)節(jié)，不足電力從電網(wǎng)購電補(bǔ)充。

根據(jù)原動機(jī)的種類及裝機(jī)規(guī)模，以下給出大、中、小三個等級典型的分布式能源裝機(jī)方案。

3.1 小規(guī)模配置方案

方案1到方案4中給出了典型的樓宇式分布式能源系統(tǒng)的裝機(jī)方案（供熱面積10萬m2以內(nèi)），其中原動機(jī)為微燃機(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，該類型主要應(yīng)用于單棟樓宇、建筑群，如醫(yī)院、酒店、商廈、大學(xué)、機(jī)關(guān)等，發(fā)電裝機(jī)規(guī)模較小。特點是電、冷、熱的需求在一段時間內(nèi)較為單一，運行時間規(guī)律單一。

3.2 中規(guī)模配置方案

方案5到方案8中給出了典型的區(qū)域分布式能源系統(tǒng)的裝機(jī)方案（供熱面積10-110萬m2），原動機(jī)為燃?xì)廨啓C(jī)，由于燃?xì)廨啓C(jī)的天然氣接入壓力較高，適合于區(qū)域供冷、集中供熱相結(jié)合的開發(fā)區(qū)等，規(guī)模在10MW～50MW。特點是用戶類型多、時間錯開、負(fù)荷需求互補(bǔ)，利用實現(xiàn)能源梯級利用，運行效率高；節(jié)省土地。

3.3 大規(guī)模配置方案

方案9-10中給出了典型的區(qū)域式分布式能源系統(tǒng)的裝機(jī)方案（供熱面積70-90萬m2），其中原動機(jī)為燃?xì)廨啓C(jī)及汽輪機(jī)，這種系統(tǒng)主要適合于過程工業(yè)及工業(yè)園區(qū)等工廠及小型制造業(yè)集中的工業(yè)園區(qū)。

4 結(jié)束語

文章在對比研究了微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等不同燃?xì)獍l(fā)電裝置的分類及性能的基礎(chǔ)上，對不同聯(lián)供系統(tǒng)的具體配置和組成形式進(jìn)行研究，將冷熱電分布式能源系統(tǒng)劃分為大、中、小三個等級，并給出了10種典型的分布式能源裝機(jī)方案。這對天然氣分布式能源項目的可行性研究裝機(jī)方案論證具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]周大漢，柳建華，王瑾，等.吸收式制冷應(yīng)用于冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗特性分析[J].上海理工大學(xué)學(xué)報，2004，26（1）.

[2]左政.分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的集成建模與優(yōu)化設(shè)計[D].廣州：華南理工大學(xué)，2005.

[3]華責(zé)，龔婕.分布式冷熱電聯(lián)供源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析[J].天然氣工業(yè)，2007（7）.

[4]李文琴，吳少楊.武漢莫分布式能源項目裝機(jī)方案分析[J].建筑節(jié)能，2013（2）.

作者簡介：藺雪莉（1964-），女，籍貫：陜西省西安市，1987年畢業(yè)于西安交通大學(xué)能源與動力工程系，學(xué)歷：本科，職稱：高級工程師，中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計院有限公司，研究方向：從事電廠熱能動力研究工作，近幾年主要從事蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、分布式能源等新能源領(lǐng)域的研究設(shè)計。