上海燃氣分布式能源設備及項目調研思考

李 林 李 健 寧志鑫 陳春曉

國核示范電站有限責任公司

0 序言

本文調研內容以上海市的燃氣發電、燃氣三聯供項目為核心，調查了從1999 年到2022 年投運的不同時期的項目，項目跨度24 年，也見證了這24 年間國內外技術的更新換代和上海的飛速發展。

調研的用戶類型：本次調研涉及15個分布式供能項目，包括商務區、大型商場、醫院、機場、工業區、酒店、度假區、辦公大樓、大學校園等近10 種用戶負荷類型。

調研的機組廠商：所調研的項目涉及的機組包括顏巴赫、洋馬、康明斯、卡特彼勒、曼海姆、MTU 廠家的燃氣內燃機，以及西門子、索拉、中航等廠家的燃氣輪機。

調研的機組類型：燃氣內燃機和燃氣輪機，大部分為進口機組，也有部分國產機組。

調研的機組負荷：所調研的燃氣內燃發電機組的功率范圍為350~4 401 kW，燃氣輪機發電機組功率范圍包括1.2~10 MW。基本涵蓋了分布式主要的用戶，調研所選項目也盡可能典型，以便日后追蹤調查。

通過調研工作，得到如下結論與建議：

1 調研結論

1.1 項目的運行效率

根據調研對象提供的數據來看，所調研項目機組普遍運行良好，年平均能源利用率均在70%以上，最高達到90%，由調研對象提供的年運行小時數2 000-8 000 h 不等，但都能滿足《上海市天然氣分布式供能系統和燃氣空調發展專項扶持辦法》中年利用時數達到2 000 h及以上的要求。

1.2 投資經濟效益（回收期）

除個別調研對象獲得補助高，年滿發小時數高，回收期短以外，總體投資經濟效益低，在項目良好運行情況下區域分布供能投資回收期10-15 年，醫院等小型項目投資回收期8-10 年（在獲得政府財政扶持和電力、燃氣大力支持的條件下）；根據多家調研對象的概算，僅滿發小時數達到2 500 h 以上，才能產生經濟效益。

1.3 運營模式

商業運營模式主要包括自運自營、合同能源管理兩種方式，其中大部分采用合同能源管理的方式。

1.4 項目的自動化水平及運行班制

運行自動化水平達到能在控制室內通過LCD操作站對能源中心進行集中監控和正常運行時的監視和控制。系統自動化程度高，已經做到了全自動運行。

1.5 設備部件故障率

設備故障率低，幾乎沒有由于系統自身原因引起的故障停機。近幾年設備的整體價格下降了20%左右，主要是提高了除核心設備以外的配套設備的國產化率。對于部件故障與損耗來說，內燃機組的火花塞屬于高損耗件，短則1 月、數月，長則1年就需要更換；空氣過濾器、油過濾器是更換頻率較高件，易堵塞，需要定期檢查更換；在備件中常備有這些部件，小部分零件自己更換，主要還是由廠家提供零件并維修。機油需要定期更換，約每月都需要更換一次，有調研對象反映，如果能進行機油成分檢測，確定更換周期，更加科學。

1.6 維護保養等級與周期

根據不同公司，不同的運行小時數，檢修維護等級不同，廠商會幫助用戶制定相應的保養計劃。一般情況下，平均每2年維保5次，其中基本上1 100 h左右換機油，2 000 h 微保養，10 000 h 小保養，24 000 h 大保養。不利于運行的問題是：設備大修及關鍵零部件更換周期較長（約2個月）。燃機返廠大修的時間由投資、運營方自行決定，一般要求運行超過30 000 h 需返廠大修，具體大修工作包括：為適應新發動機的管路改造；機座顯示器更新；對控制系統和保護系統進行校驗；對操作系統升級及合理化完善；更換全部潤滑油；對機罩進行密封修補。維保具體工作：（1）服務范圍：發電機組、馬達控制中心、發電機、余熱鍋爐系統、其它（控制、直流電、冷卻系統、儀表開關）等；（2）工作內容主要為設備檢查、安全測試、試驗、校正、保養、一般性維修等。

1.7 維護檢修費用

設備維護保養成本在0.04~0.25 元/kW 不等（各企業財務科目設置不同，統計結果有較大差異）。增加脫硝裝置，預計會增加成本0.02 元。單位發電量維護檢修費用高的原因主要有：

（1）備件依賴設備供應商；

（2）有些部件故障率高，如：內燃機的火花塞。

（3）如果由外國工程師檢修，人工費用每天可達數千甚至上萬元；

（4）設備被動度保養；

（5）設備滿發小時數少。

針對以上五點，提出降低維護檢修費用的措施如下：

（1）購買機組設備時應在合同中提前與設備廠家商議好機組部件維修更換的費用，避免故障維修時設備供應商漫天要價；

（2）某些故障率高的部件（如：火花塞、活塞環、墊片等）應存有備件以便隨時更換，避免因部件不能及時更換造成的生產損失；

（3）投資方在與設備商簽訂供貨合同時應明確設備廠家的職責，協商好檢修人員的費用，以避免后期檢修造成的額外支出；

（4）根據實際運行情況制定合理的維修保養計劃，避免設備過度保養；

（5）當采用多臺機組運行時，應根據負荷需求變化調節機組的啟停，盡可能使機組處于滿負荷運行狀態。

1.8 系統型式

本次調研的分布式供能系統的設計主要包括冷熱電三聯供和熱電聯供兩種方式。冷熱電三聯供主要的運行方式為發電機組根據負荷需要進行發電，然后利用發電之后的高溫余熱進行供冷供熱。夏季主要采用發電機組的高溫余熱與冷水機組相連接進行供冷；冬季主要利用發電機組的高溫余熱與換熱器相連接進行供熱。熱電聯供的主要運行方式為發電機組發電后產生的高溫余熱與余熱鍋爐相連接，產生高溫蒸汽，供給用戶使用。

2 設計上的幾條建議

通過調研，從設計角度，提出如下建議：

1）幫助用戶爭取政策支持，有利市場開拓

如果能幫助/協助/配合用戶爭取政策支持，無疑是給用戶吃了一顆定心丸，原因如下：當前的政府政策支持有明確的時效性，造成對以后的政策預期存在很大的不確定性，基于政策在分布式供能發展中的巨大作用，這種不確定對企業中長期規劃會產生較大影響；目前分布式供能項目獲得的電力、燃氣的支持和優惠缺乏統一的具有操作性的政府文件支撐，從而增加了項目規劃建設和運營的難度；分布式供能項目僅依靠企業自身努力經濟上難以長期維持，需要政府常態化的政策扶持；從本次調研得到的反饋來看，分布式三聯供并沒有預想中的在上海遍地開花，其中最大的阻力還是政策上能否拿到國家的補貼或者是爭取到優惠的氣價和余電上網的資格，成了用戶能否盈利的關鍵因素。

2）設計之初，應充分考慮終端用戶負荷匹配問題

當能源中心發出的冷熱電源只能使用5-6 h時，肯定難以有一個理想的投資回報率。若存在多個用戶時，不同用戶的使用峰值交錯開，使得全天的平均運行功率能穩定在一定范圍，開機時間維持在12 h 以上（即年運行小時數達到5 000 h），盈利能力就比較可觀。

3）考慮未來負荷發展，采取模塊化設計

區域分布式供能負荷的增長有3-5 年的滯后（培育期），因此要堅持需求導向，在產品選型上選擇成熟產品和已經集成整合的產品（系統），便于模塊化擴展（容量）；

4）熱機類型（內燃機、燃氣輪機）選擇

第一，總的來說使用燃氣輪機的比較少，調研中，調研對象反映的原因是：一方面燃氣輪機能提供較大功率，而分布式項目往往沒有那么大的負荷，另一方面投資方希望能盡可能降低從投資到設備報廢整個周期內的運營維護費用，那么內燃機的整機初投資、維修維護費用、備品備件價格仍然具有明顯的經濟性優勢。但是，需注意：本次所調研的中航的軍用燃氣輪機因為是退役的燃氣輪機，價格低、維護工作量也很小，維護費用大約為0.02-0.03元/kWh，是一個特例，不是普遍現象，主要原因是它為軍用退役產品。第二，內燃機的發電效率比燃氣輪機大很多（可能為一倍及以上），但是綜合效率燃氣輪機高于內燃機，即：燃氣輪機熱效率高，如果采用國產中航燃氣輪機，運行可靠，故障極少，初投資并不高，供熱量大，是一個不錯的選擇，根據內燃機和燃氣輪機的此特點，可以有針對性地滿足特定用戶電、熱（冷）負荷要求。

5）煙氣-水（蒸汽）板式換熱器的使用

相對于余熱鍋爐，該設備價格低，構造簡單，占地小，應優先選用。

6）煙氣-熱水余熱型溴化鋰機組的選型

如果用戶有冷、熱兩種負荷需求，宜選用制冷制熱兩用型溴化鋰機組，不宜選用制冷單用型溴化鋰機組。

7）進口設備VS國產設備

進口設備性能更好、更加可靠，但是部件必須從外商購置，人工費高，總運維費用高。本報告建議：①不得已時，熱機選擇國外產品，其它所有設備如發電機等選用國內產品；②指導甲方在購買合同中，規定部件購買價格、人員費及其它外商提供服務的費用，以控制后期的運維費用。

8）幫助用戶拓寬備件渠道

設備選型時，因為可選的可靠機型多是國外機型，初投資和維護維修費用都比較貴，尤其是大修時要送回原廠，導致大修周期很長。若是能爭取到能提供原廠備件的第三方公司，或是盡可能低的維護維修費用，將節省一大筆投資費用。

9）儲能裝置的應用

若在系統中加入儲能裝置，可以存儲三聯供系統中多余的電能、冷量和熱量，也能一定程度上提高經濟性。

10）系統設計建議

終端用戶負荷波動大時，余熱供冷、供熱有時難以及時供應到位，建議系統中要有燃氣鍋爐、電制冷機組或者儲冷儲熱裝置，以滿足用戶短期內的峰值負荷需求。