分布式能源項目裝機方案研究

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方案。

關鍵詞：分布式能源；裝機方案；微型燃氣輪機；燃氣內(nèi)燃機；燃氣輪機

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，有微型燃氣輪機冷熱電分布式能源系統(tǒng)、燃氣內(nèi)燃機冷熱電分布式能源系統(tǒng)、燃氣輪機冷熱電分布式能源系統(tǒng)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

2.1 微型燃氣輪機冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)

微型燃氣輪機具有自動調(diào)峰、調(diào)頻功能，可根據(jù)樓宇對熱、電、冷、熱水的需求自動進行負荷調(diào)節(jié)，無須專人職守。低壓電力通過微燃機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。燃氣輪機排出的高溫余熱煙氣直接排入余熱吸收式溴化鋰機組，產(chǎn)生7℃冷水供建筑物制冷，或產(chǎn)生65℃熱水用于采曖；同時利用溴化鋰機組煙氣中的低品位余熱產(chǎn)生70℃生活熱水，或進一步通過低溫吸附式制冷機制冷。

2.2 燃氣內(nèi)燃機冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)

2.2.1 概述

燃氣內(nèi)燃機的額定功率通常為5～10000kW。相對于燃氣輪機，內(nèi)燃機組的發(fā)電效率較高，內(nèi)燃機聯(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)燃機系統(tǒng)側重于供熱。

燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組最突出的優(yōu)點是發(fā)電效率比較高，其次是設備集成度高，安裝快捷，基本不需要水。設備的單位造價也比較低。燃氣內(nèi)燃機分布式聯(lián)供系統(tǒng)由于燃氣進氣系統(tǒng)壓力較低（如0.35MPa），廣泛應用于樓宇分布式能源系統(tǒng)，單臺燃氣內(nèi)燃機組的供熱、供冷面積不超過3萬m3。

2.2.2 系統(tǒng)配置

對于燃氣內(nèi)燃機，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、中冷水進行余熱回收利用，系統(tǒng)綜合能源效率可達80%～90%。

2.3 燃氣輪機冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)

2.3.1 概述

燃氣輪機的功率從幾千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，遠距離傳輸相當困難。因此，主要是小型燃氣輪機冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，功率范圍從5000kW～50MW。由于燃氣輪機的天然氣接入壓力較高，不適合布置在民用建筑物內(nèi)。

燃氣輪機冷熱電聯(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、負荷需求互補，利用實現(xiàn)能源梯級利用。

2.3.2 系統(tǒng)配置

燃氣輪機冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要包括燃氣輪機及其發(fā)電機、余熱鍋爐、熱網(wǎng)首站、蒸汽型溴化鋰機組等設備。該系統(tǒng)利用先進的燃氣輪機發(fā)電，燃氣輪機的排氣口排出的高溫煙氣進入余熱鍋爐。采暖季，余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽進入熱網(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)生蒸汽進入制冷站中的蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機對外供冷水。

2.4 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

2.4.1 概述

燃氣-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)濟效好。

2.4.2 系統(tǒng)配置

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)包括燃氣輪機及其發(fā)電機、余熱鍋爐、蒸汽輪機及其發(fā)電機等設備。

圖1給出了燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的工作原理。天然氣進入燃氣輪機1，燃燒做功帶動發(fā)電機2發(fā)電，產(chǎn)生的500℃左右煙氣進入余熱鍋爐3，加熱水使之變?yōu)楦邏赫羝邏赫羝M入抽凝式蒸汽輪機5做功帶動汽輪發(fā)電機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。汽輪機排汽進入凝汽器7，冷卻后經(jīng)凝結水泵8打回鍋爐。

3 分布式能源項目典型裝機方案

天然氣分布式能源系統(tǒng)的原動機主要以微燃機、燃氣內(nèi)燃機及燃氣輪機為主。分布式能源站原動機選型時，其規(guī)模應按滿足基本冷負荷的要求進行匹配，這樣既可適當減小發(fā)電機組的配置容量，降低設備投資費用，又可提高發(fā)電機組的滿負荷運傳率，保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。峰值冷（熱）負荷通過配置其他供冷（熱）設備（如燃氣直燃機、補燃型溴化鋰吸收式制冷機、電制冷機組等）進行調(diào)節(jié)，不足電力從電網(wǎng)購電補充。

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

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)的裝機方案（供熱面積10萬m2以內(nèi)），其中原動機為微燃機和燃氣內(nèi)燃機，該類型主要應用于單棟樓宇、建筑群，如醫(yī)院、酒店、商廈、大學、機關等，發(fā)電裝機規(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)的裝機方案（供熱面積10-110萬m2），原動機為燃氣輪機，由于燃氣輪機的天然氣接入壓力較高，適合于區(qū)域供冷、集中供熱相結合的開發(fā)區(qū)等，規(guī)模在10MW～50MW。特點是用戶類型多、時間錯開、負荷需求互補，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)的裝機方案（供熱面積70-90萬m2），其中原動機為燃氣輪機及汽輪機，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 結束語

文章在對比研究了微型燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機、燃氣輪機等不同燃氣發(fā)電裝置的分類及性能的基礎上，對不同聯(lián)供系統(tǒng)的具體配置和組成形式進行研究，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方案。這對天然氣分布式能源項目的可行性研究裝機方案論證具有一定的指導意義。

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作者簡介：藺雪莉（1964-），女，籍貫：陜西省西安市，1987年畢業(yè)于西安交通大學能源與動力工程系，學歷：本科，職稱：高級工程師，中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，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、燃氣輪機、分布式能源等新能源領域的研究設計。