淺談天然氣分布式能源經(jīng)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(jīng)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(tǒng)的概念，并以某工程項目冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的規(guī)劃方案為例，詳細介紹其如何充分利用冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的余熱進行供冷供熱，并將此系統(tǒng)的設備及運營成本與本項目若采用傳統(tǒng)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(jīng)濟投資效益，論證設立冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的可行性。

分布式能源；燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)；天然氣分布式能源；余熱；經(jīng)濟可行性

0　引言

2011年國家發(fā)展和改革委員會、財政部、住房和城鄉(xiāng)建設部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關于發(fā)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(fā)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(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義[1]。天然氣分布式能源節(jié)能減排效果明顯，可以優(yōu)化天然氣利用，并能發(fā)揮對電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)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(fā)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(tǒng)以小規(guī)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(tǒng)。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(lián)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(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟可行性。

1　關于分布式能源的概念

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

根據(jù)《燃氣冷熱電三聯(lián)供工程技術規(guī)程》CJJ145-2010中燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是指：布置在用戶附近，以燃氣為一次能源用于發(fā)電，并利用發(fā)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(tǒng)[2]。

根據(jù)《關于發(fā)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(lián)供等方式實現(xiàn)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(xiàn)能源供應的現(xiàn)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(wǎng)運行、并網(wǎng)運行、上網(wǎng)運行，是以資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對于集中供能的分散式供能方式。

孤網(wǎng)運行：燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，發(fā)電機獨立運行的方式。

并網(wǎng)運行：燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，發(fā)電機與公共電網(wǎng)并列運行，不向公共電網(wǎng)輸送電能的方式。

上網(wǎng)運行：燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，發(fā)電機與公共電網(wǎng)并列運行，向公共電網(wǎng)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(jù)DG/TJ08-115-2008《分布式供能系統(tǒng)工程技術規(guī)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(fā)電機發(fā)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(yè)建筑面積約為6萬m2，商業(yè)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(tǒng)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(yè)、住宅及溫水池等，全年的冷、熱、電負荷較為穩(wěn)定，故規(guī)劃設置分布式能源系統(tǒng)。為了使發(fā)電設備可長時間在最高負荷下運轉，擬定規(guī)劃設置一座2×2 000kW發(fā)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(fā)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(fā)電效率較低(單循環(huán)效率在30%以下)，且造價相對較高。而燃氣內燃機其發(fā)電效率可達40%(國外已有發(fā)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(fā)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(guī)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(yè)、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(tǒng)內的燃氣內燃機(天然氣發(fā)電機)電源供應于商場、影院，天然氣發(fā)電機容量為2×2 000kW。本發(fā)電設備采用并網(wǎng)而不上網(wǎng)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(tǒng)。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(fā)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(fā)電不足部分向電網(wǎng)購電。全年發(fā)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(fā)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(fā)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(chǎn)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(lián)供系統(tǒng)前期投資較傳統(tǒng)方式高，但是由于①冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)利用天然氣發(fā)電機組發(fā)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(fā)電較市電成本低；使之全年的營運費用較之傳統(tǒng)方式少。根據(jù)本項目情況，采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)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(lián)供系統(tǒng)，由于充分利用發(fā)電尾氣及夾套水余熱，夏天用來制冷，冬天用來制熱，較傳統(tǒng)使用外電+離心式空調可節(jié)省相當可觀的操作費用，若發(fā)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(jīng)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(yè)中心、交通樞紐、住宅小區(qū)、辦公樓、酒店、醫(yī)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(fā)展和改革委員會、財政部、住房和城鄉(xiāng)建設部、國家能源局文件《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》[Z].發(fā)改能源[2011]2196號.

[2]CJJ145-2010 燃氣冷熱電三聯(lián)供工程技術規(guī)程[S].

[3]DG/TJ08-115-2008分布式供能系統(tǒng)工程技術規(guī)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