燃氣分布式系統(tǒng)初步探討

陳慧

摘 要：分布式能源是近年來興起的利用小型設(shè)備向用戶提供能源供應(yīng)的新的能源利用方式，目前分布式能源大多數(shù)以天然氣為主。該文針對燃氣分布式系統(tǒng)進行了初步探討，主要圍繞系統(tǒng)組成、適用范圍以及存在問題三個方面，并對典型的系統(tǒng)應(yīng)用實例進行介紹，提出了優(yōu)質(zhì)的天然氣分布式能源項目需要具備的條件。

關(guān)鍵詞：燃氣 分布式 負荷匹配

中圖分類號：TU995 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0018-02

1 燃氣分布式系統(tǒng)簡述

燃氣分布式系統(tǒng)是通過冷、熱、電三聯(lián)供方式，利用燃氣輪機或內(nèi)燃機燃燒天然氣發(fā)電，再利用煙氣余熱來發(fā)電、制冷、供暖等實現(xiàn)能源的梯級利用，使能源利用率達到70%以上。該系統(tǒng)能源效率高、可靠性強及污染物的低排放，具有相當?shù)母偁巸?yōu)勢，近年來在國外得到了迅速發(fā)展，國內(nèi)也得到越來越多的關(guān)注，見圖1。

2 系統(tǒng)主要組成

燃氣分布式系統(tǒng)的主要技術(shù)設(shè)備一般包括主機（即燃氣發(fā)電動力裝置），余熱利用裝置（如余熱鍋爐、煙氣型或熱水型溴化鋰機組等）以及其他輔助制冷、制熱設(shè)備等。燃氣分布式系統(tǒng)面臨著急迫的市場需求和發(fā)展動力。考慮通過進行合理的系統(tǒng)配置，實現(xiàn)燃氣分布式系統(tǒng)更好地發(fā)展。

2.1 燃機部分

其中，主機作為系統(tǒng)的核心裝置，其熱電輸出特性直接影響整個系統(tǒng)的性能。燃氣輪機與燃氣內(nèi)燃機足目前應(yīng)用最為廣泛的兩大類主機，在燃氣分布式系統(tǒng)中存在兩種主機的比較和選擇。（見表1）

總體來說，內(nèi)燃機的發(fā)電效率比燃氣輪機高，部分負荷性能好。因此，對電力需求不大或者大多時段處于低負荷運行的系統(tǒng)，優(yōu)先考慮內(nèi)燃機。但對熱量需求較大且，熱量的要求高的場合，燃氣輪機具有優(yōu)勢。

2.2 余熱鍋爐部分

鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設(shè)備。余熱鍋爐位于燃機之后，作為余熱回收裝置，回收利用低品位能，相當于換熱器。其設(shè)計不但影響余熱利用率，而且對于整個燃氣分布式系統(tǒng)起承上啟下的作用；其結(jié)構(gòu)、性能和參數(shù)都極大地影響到其它設(shè)備和整個系統(tǒng)的性能。

余熱鍋爐是由一系列換熱器組成，包括過熱器、蒸發(fā)器和省煤氣三部分。由于余熱鍋爐內(nèi)沒有燃燒過程，它只是一個換熱器。其與燃機配合，燃機排出的高溫煙氣進入余熱鍋爐，加熱受熱面中的水，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，一部分可以進入汽輪機做功；一部分可以直接供熱或驅(qū)動溴化鋰吸收式制冷機組制冷。

余熱鍋爐型號、種類繁多。根據(jù)煙氣的流動方向，余熱鍋爐可以分成臥式和立式；按工質(zhì)使用壓力可以分為單壓和雙壓；按照供給熱量可以分為非補燃式、部分補燃式以及完全補燃式三種。

2.3 溴化鋰機組部分

在分布式能源系統(tǒng)中，常采用溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)。溴化鋰吸收式制冷機是一種以蒸汽、熱水、燃氣等余熱為熱源，制取冷水或冷熱水的制冷設(shè)備。與壓縮式制冷機相比，溴化鋰吸收式制冷機有著明顯的優(yōu)越性。根據(jù)用戶的需求可以選擇煙氣型的溴化鋰機組、熱水型的溴化鋰機組或蒸汽型溴化鋰機組。

溴化鋰吸收式制冷機的主要特點如下：

（1）節(jié)約能源。以熱能為動力，80℃以上的熱源就可利用。

（2）耗電量少。機組中耗電設(shè)備少，故耗電量很小。

（3）無公害。溴化鋰吸收式制冷機以溴化鋰水溶液為工質(zhì)，無臭、無毒，有利于環(huán)境保護。

（4）可調(diào)節(jié)范圍廣，運行平穩(wěn)可靠，對外界條件變化適應(yīng)性強，操作簡單。

3 適用范圍及存在問題

燃氣分布式系統(tǒng)分為樓宇型和區(qū)域型，均以資源、環(huán)境和經(jīng)濟效益最大化為原則確定其工作方式、容量和配置方案。

樓宇型是針對具有特定功能的建筑物，如寫字樓、學校、醫(yī)院等建筑。一般采用小型或微型燃氣發(fā)電機組，機房往往布置在建筑物內(nèi)部，不需考慮外網(wǎng)建設(shè)。

區(qū)域型一般針對工業(yè)園區(qū)和大型綜合體，基于“高能高用、低能低用、溫度對口、梯級利用”的原則，在對區(qū)域內(nèi)用戶冷、熱、電負荷統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上，采用燃氣發(fā)電，結(jié)合各種制熱、制冷技術(shù)，實現(xiàn)能源的高效利用。區(qū)域型在滿足有穩(wěn)定的冷、熱負荷，較高的電價以及較低的天然氣價格等條件下有優(yōu)勢。

由于我國目前尚無有關(guān)分布式能源的法規(guī)和并網(wǎng)運行規(guī)程，再加上資源、電價、可用設(shè)備、經(jīng)濟、技術(shù)和電力市場化等方面的制約，因而分布式能源的發(fā)展步伐十分緩慢，真正運行起來的項目并不多。

（1）能源價格體系問題。氣電價格比的現(xiàn)狀和走高趨勢將使投資回收期進一步拉長，氣電價的聯(lián)動機制是一個重要選項。

（2）分布式能源系統(tǒng)技術(shù)及能源服務(wù)體系不成熟。分布式能源系統(tǒng)集燃氣、動力裝置、配電、控制、暖通、特種工藝等多項技術(shù)于一體，技術(shù)復(fù)雜、綜合性強、專業(yè)要求高等特點，相應(yīng)的專業(yè)團隊及人才資源有待進一步壯大。

（3）設(shè)備要求高投資大對項目的經(jīng)濟性產(chǎn)生重大影響。目前，發(fā)電設(shè)備以進口設(shè)備為主，同時稅費較大。

（4）市場的認知度不足。傳統(tǒng)用能方式慣性較大，且不注重負荷的精確計算和匹配，使得部分分布式能源系統(tǒng)發(fā)揮不出預(yù)計的效果，也影響該技術(shù)的推廣。

（5）法律法規(guī)不完善。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與壟斷行業(yè)形成的強大壁壘必須通過法律法規(guī)來確立分布式能源的地位，才能使得一個新技術(shù)的應(yīng)用得到快速發(fā)展。

4 系統(tǒng)實例分析

4.1 辦公樓燃氣分布式系統(tǒng)分析

辦公樓一般考慮小型燃氣輪機或內(nèi)燃機。由于電、熱、冷負荷相對較小，而且隨時間變化較大，設(shè)計應(yīng)用時需對負荷進行時序性分析，一般原則為：優(yōu)先考慮冷、熱負荷。準確的負荷分析是機組選型經(jīng)濟、可靠的重要保證，對這類建筑配置系統(tǒng)時要特別注意。

4.2 賓館應(yīng)用分布式供能系統(tǒng)分析

賓館用能的特點：電負荷較穩(wěn)定，洗浴及清潔用低溫熱水負荷隨季節(jié)變化不大，采暖季節(jié)熱水需求量大，夏季由于采用溴化鋰制冷，蒸汽需求量大。發(fā)電機組排煙首先經(jīng)過高溫煙氣換熱器產(chǎn)生蒸汽，進入賓館蒸汽系統(tǒng)。夏天制冷時蒸汽供溴化鋰制冷機組，采暖季節(jié)蒸汽通入采暖水箱。根據(jù)賓館用能具有隨機波動的特點，還需在高溫煙氣換熱器處增設(shè)蓄熱器，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化配置。由于冷熱負荷季節(jié)性變化相對較大，對這類建筑配置系統(tǒng)時，也要進行負荷分析。

4.3 工業(yè)園區(qū)燃氣分布式系統(tǒng)分析

在工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)型企業(yè)占大多數(shù)，冷、熱、電負荷一般都較大，并且較為穩(wěn)定。而穩(wěn)定的負荷可以提高系統(tǒng)的熱效率，對投資和運行都十分有利。園區(qū)一般配置中型燃氣輪機，仍然以優(yōu)先滿足冷、熱負荷的原則配置系統(tǒng)，而具有穩(wěn)定冷、熱負荷的工業(yè)園區(qū)是未來燃氣分布式系統(tǒng)的發(fā)展重點。

5 結(jié)語

燃氣分布式系統(tǒng)不是標準化的，每一個天然氣分布式能源都在能源價格、負荷匹配、設(shè)備選擇、政策補貼上存在差異。從設(shè)備制造層看，不同技術(shù)都存在發(fā)展空間，各種設(shè)備都面臨競爭格局。但從投資運營角度來看，一個優(yōu)質(zhì)的天然氣分布式能源項目需要具備以下幾種條件：

（1）成本端低氣價或銷售端高電價。

（2）穩(wěn)定的冷、熱、電負荷。

（3）相應(yīng)的政策補貼。

（4）因地制宜的設(shè)計和高效的運行。

總體來說，我國分布式能源的發(fā)展水平還不高，在政策、上網(wǎng)及技術(shù)方面還存在一些問題，但發(fā)展前景是好的。在條件適宜的地方建設(shè)燃氣分布式項目具有一定的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻

[1] 陸方，羅永浩.分布式供能系統(tǒng)及應(yīng)用[J].上海節(jié)能，2005（3）：37-40.