夏熱冬冷地區居住小區燃氣分布式能源系統應用分析

文 // 陳濟敏 昆山華潤城市燃氣有限公司 李瑩瑩 中國燃氣控股有限公司 郭清 昆山市建設工程質量檢測中心

夏熱冬冷地區居住小區燃氣分布式能源系統應用分析

文 // 陳濟敏 昆山華潤城市燃氣有限公司 李瑩瑩 中國燃氣控股有限公司 郭清 昆山市建設工程質量檢測中心

燃氣分布式能源系統以天然氣為主要燃料，在用戶側安裝發電機組，利用燃料高品位的能量發電，產生的電力與市電共同滿足用戶電力需求，同時通過余熱回收利用設備（如余熱蒸汽鍋爐、溴化鋰吸收式冷熱水機組、換熱器等）回收發電所產生的余熱熱量，向用戶供冷或供熱，滿足用戶的冷負荷或熱負荷需求。

1 燃氣分布式能源系統優勢

（1）供電可靠性高

分布式能源系統以燃燒天然氣為用戶提供電力，為用戶增加了一路供應電源，大大減少了對電網的依賴性，提高了小區供電系統的可靠性。

（2）節能環保效益好

分布式能源系統采用天然氣這種清潔能源，可降低CO2、NOx、SOx等有害氣體的排放，減少環境污染，提高空氣質量。

（3）節能經濟效益高

分布式能源系統利用天然氣高品味的熱能發電來滿足用戶電力需求，同時回收利用發電余熱的低品位熱能進行制冷或制熱，可以實現對天然氣合理的梯級利用，有效提高一次能源利用率，具有較高的經濟效益。

（4）可實現燃氣和電力雙重“削峰填谷”

一般而言，電力高峰和燃氣低谷同時出現在夏季，采用分布式能源系統，燃燒天然氣發電，可增加夏季燃氣使用量，同時降低區域電網供電壓力。

2 燃氣分布式能源系統應用

我國燃氣分布式能源系統大部分應用于新建商場、醫院、賓館、機場等公共建筑及原有集中供電機組改造中，在商業居住小區中應用較少。近年來，上海、北京、廣州等地的居住小區、商業建筑中分布式能源系統得到了一些應用，并越來越受到廣泛的關注。

當前，分布式能源在我國的推廣和應用仍然處于起步階段，大部分地區仍使用傳統能源供應方式。尤其很多夏熱冬冷地區的省份，經濟發展、城市化進程較為迅猛，能源需求量巨大，能源供需矛盾日漸明顯。開展部分地區分布式能源的應用研究，提高能源利用效率、增加供電可靠性是非常有必要的。

3 居住小區分布式能源系統方案

本文以江蘇省蘇州市某居住小區為例，對燃氣分布式能源系統方案的用能情況、機組選型及流程規劃設計進行分析，并與傳統能源供應系統加以比較。

3.1 系統用能分析

該小區約有居民5500人，建筑總面積約15萬m2，不僅有電負荷需求，而且有夏季冷負荷、冬季熱負荷需求。根據建筑節能設計一般情況，首先對小區能耗數據進行估算，作為本次分布式能源系統方案的參考。

依據《全國民用建筑工程設計技術措施節能專篇》，該小區單位建筑面積用電負荷指標取30W/m2（照明及其他負荷指標，不包括冷凍設備）。單位面積冷負荷取50W/m2，單位面積熱負荷取30 W/m2。蘇州地區集中空調采暖制冷期為120天，采暖期為90天，則該小區的電負荷為4500 kW，冷負荷為7500kW，熱負荷為4500 kW。

根據《民用建筑節水設計標準》的規定，該小區熱水用水定額取50L/人·d，則小區5500人的熱水總耗量為11t/h，即熱水負荷為602 kW（鍋爐進/出水溫度為15℃/60℃），考慮小時變化系數（取2.34），則最大熱水量為27t/h，折合熱量為1408 kW。

3.2 方案設計原則

（1）基本電負荷定容量、熱電平衡

燃氣分布式能源系統能夠滿足小區的基本電負荷、全部熱水負荷和部分冷、熱負荷。不足的電力部分由市電提供，不足的空調部分則由傳統供能方式（電制冷機組、燃氣鍋爐等）提供。

表1 燃氣分布式能源系統年運行效益分析表

表2 供能系統主要設備及其參數

（2）經濟性和可靠性

采用多個單元組成分布式能源系統。系統間可互為補充，互為備用，提高系統運行的可靠性和安全性；可較好的適應負荷波動，實現供能效率最大化；可根據小區的負荷變化，調整運行臺數和輸出功率，提高系統的靈活性。

（3）發電機組選型綜合考慮多種因素

側重考慮發電效率高的、國內外知名品牌的機組；為了方便系統日常的維護保養，發電機組的臺數不宜選則太多。

3.3 系統組成及流程

（1）系統組成

發電機組選用燃氣輪機發電機組，根據《燃氣冷熱電三聯供工程技術規程CJJ 145-2010》的規定，設計發電機組總裝機容量為1320kW。主要由2臺T600燃氣輪機發電機組、2臺煙氣型溴化鋰機組、多臺換熱器和1套CCHP智能控制系統等組成。系統總發電量為1320kW，制冷量為4040kW，制熱量為2564kW，熱水產量為11t/h。

表3 小區能源供應系統經濟收益分析

（2）系統流程

2臺660kW的燃氣輪機發電機組燃燒天然氣發電，并與市電共同滿足本居住小區電負荷需求。在制冷季，發電機組產生的煙氣余熱先送入煙氣型溴化鋰機組用于制冷，從溴化鋰機組排出的煙氣再進入換熱器，產生的熱水用于小區生活熱水供應；在采暖季，發電機組發電產生的煙氣余熱送入換熱器產生熱水，優先用于小區生活熱水的供應，多余熱水用于小區采暖。

4 小區分布式能源系統分析

4.1 系統經濟效益計算

燃氣分布式能源系統年運行時間為210天，其中制冷期120天，采暖期90天，每天運行24小時，在相同供電量、供冷量、供熱量和熱水量條件下，相對于傳統供能系統，燃氣分布式能源系統年運行效益如表1所示。

本燃氣分布式能源系統僅滿足小區基本電負荷、全部生活熱水負荷、部分空調和采暖負荷。不足的電力由市電補充，不足的空調冷或熱負荷由其他傳統供能設備（電制冷機組+燃氣鍋爐）保證。

該小區燃氣分布式能源供應系統與傳統供能系統（市電+電制冷機組+燃氣鍋爐）包含的主要設備及其性能參數、運行參數見表2。

在相同供電量和供冷/供熱量條件下，應用燃氣分布式能源系統的供能系統相對于傳統供能系統（市電+電制冷機組+燃氣鍋爐），所節省費用見表3。

其中，燃氣低發熱值取35500kJ/Nm3，燃氣折標煤系數為1.2143kgce/Nm3，標準煤發電量為8.14kWh/kgce。

4.2 系統節能環保效益計算

相對于傳統供能系統（市電+電制冷機組+燃氣鍋爐），燃氣分布式能源系統每年節能量為12996068kWh，換算成標準煤為4288.7tce，每年CO2減排量為10593.1t，SO2減排量為85.8t，粉塵減排量為42.9t。

5 結論

（1）燃氣分布式能源系統熱效率較高，能源利用效率較優。

（2）燃氣分布式能源供應系統年運行收益較好，優于傳統能源供應系統。從運行經濟性考慮，應用燃氣分布式能源系統更經濟、合理。

（3）燃氣分布式能源供應系統節能減排量較多，具有較好的環保效益。

（4）需綜合考慮經濟性、機組效率、實際場地情況等多種因素，確定居住小區是否適宜應用燃氣分布式能源系統。