淺析樓宇式天然氣分布式供能系統的開發與設計

余莉

(1.中國華電科工集團有限公司，北京 100070； 2.華電分布式能源工程技術有限公司，北京 100070)

0 前言

近年來，天然氣分布式能源在我國發展較快，截止2015年底，我國天然氣分布式能源項目(單機規模≤50 MW，總裝機容量200 MW以下)共計288個，總裝機超過11 120 MW，2016年到2017年又有了較快的發展，國家能源“十三五”發展規劃到2020年天然氣分布式能源項目總裝機達到40 000 MW。

未來我國天然氣消費比重不斷增加，天然氣供需形勢相對緩和，氣價形成機制逐步市場化，冷熱需求快速增長，國家能源產業政策、節能環保政策、電力體制改革政策均鼓勵在經濟發達地區發展天然氣分布式能源，這些因素均為天然氣分布式能源的發展提供了有利的市場環境。隨著政策和機制的逐步完善，預計從2018年開始我國天然氣分布式能源將進入快速發展期。

1 樓宇式分布式供能可行性邊界條件分析

1.1 天然氣價格的影響

天然氣分布式供能適合在長三角、珠三角及京津冀地區發展。在具有豐富天然氣資源且燃氣價格較低的四川、陜西等地是燃氣分布式能源發展需關注的區域。上述區域天然氣資源豐富，天然氣價格相對較低。通常可根據燃氣價格與購電價格比值初步判斷項目是否可行。比值小于3，項目可積極推進；比值3～4之間，根據方案比較結果適度推進；比值大于4，可放棄開發。

1.2 用戶冷熱用能時間的影響

天然氣分布式供能系統為用戶提供冷能、熱能和電能，系統全年運行時間的長短影響項目收益。天然氣分布式供能系統運行原則是“以冷熱定電”，因此項目用戶的冷熱用能時間的長短是項目可行的重要因素。通常適合分布式能源發展的地區及其冷熱用能時間為：既有供熱需要、也有供冷需求且全年供能時間不低于8個月的地區，如天津、北京等華北地區；以供冷需要為主、供熱需求較少、全年供能時間7～8個月的地區，如江浙、上海、長沙、武漢等地；純供冷的區域，用冷時間不宜低于6個月，如廣東、廣西等地。

1.3 業態及規模的影響

樓宇分布式能源項目的經濟性主要受限于燃氣價格、售電價格及冷熱價格。不同建筑之間可以實現錯峰用能，為保障燃氣分布式能源主系統長時間穩定運行，其系統比較適用于城市商業綜合體，純住宅建筑不適宜采用燃氣分布式能源供能系統。因經濟供冷半徑宜控制在1 000 m以內，確定單個能源站的供能面積不宜超過100萬m2。

商業綜合體建筑的總建筑面積超過10萬m2，可積極推進項目開發；若建筑面積小于10萬m2，應經詳細技術經濟比較后確定是否開發。

若商業建筑面積與民用建筑面積之比大于0.5，商業建筑面積大于10萬m2的項目，可積極開發；若不滿足上述條件，經詳細技術經濟比較后確定是否開發。

在燃氣分布式能源發展的初級階段，不建議大規模開發純辦公類項目。當燃氣價格與購電價格比值小于3，規模大于20萬m2的辦公類項目，可進行詳細技術經濟比較后確定是否開發。

2 樓宇式分布式供能系統設計重點關注因素

(1)供能系統冷、熱、電負荷的確定。冷、熱、電負荷是分布式供能系統設備選型的關鍵前提條件，對于分布式供能系統需要重點分析逐時和延時冷熱電負荷并提供相應曲線來指導各類設備的選型。

(2)內燃機裝機規模的確定。內燃機的發電量和余熱量應與實際需求相匹配，以保障年平均能源綜合利用率大于70%。需根據內燃機發電與電網的接入方式合理確定余熱供熱量和調峰設備供熱量。

(3)供能系統的設備組成。樓宇式分布式供能系統的原動機宜選用內燃機或微燃機，余熱利用設備有煙氣熱水溴化鋰機組，調峰設備有電制冷機、燃氣鍋爐、直燃機、熱泵、蓄冷熱設備等。

3 能源站的布置設計要求

3.1 能源站選址及要求

從降低能源站投資的角度考慮，地上獨立建筑優先，當確有困難時可貼臨建筑布置，當受條件限制時也可布置在建筑物的地下一層或首層。應盡量布置在冷熱電負荷中心，靠近用戶配電室。要利于泄爆，泄爆口應遠離人員密集場所。供氣、供水外管線距離盡量短，排水設施方便。

3.2 建筑配套要求

能源站火災危險性為丁類，耐火等級為二級。燃燒設備間宜在一個防火分區，電制冷及泵間宜在一個防火分區，電氣樓和辦公區域宜在一個防火分區。由于受到用地緊張的限制，考慮工程所有必須設計的功能，對建筑物進行統一合并，按照功能規劃出各自的區域。

內燃機間和燃氣鍋爐間一樣需要考慮泄爆，泄爆面積應≥占地面積的10%，為減少泄爆面積，建議將燃氣設備設置于獨立的房間，并用防爆墻分隔。

調壓站原則上不能布置在地下。地下布置的能源站需在地面布置調壓箱或調壓站；地上布置的能源站，調壓站與能源站之間需滿足防火間距要求。

3.3 能源站的通風降噪要求

(1)內燃機間進風為燃燒空氣量及內燃機設備的散熱風量之和。燃燒空氣量為內燃機的空燃比(空氣(kg/h)與天然氣(kg/h)之比)通常在30～34之間。內燃機的發熱量為單臺機組散熱量占發電量的6%～8%，內燃機罩殼內溫度不高于40 ℃。

(2)其他房間進風為設備的散熱風量。

(3)能源站的排風有平時排風量和事故排風量。平時排風量滿足散熱風量需求，事故排風量滿足各防火分區的12次/h的排風要求。

能源站降噪原則以工藝設備本身的隔音降噪為主，結合站房布置及相應站區周邊降噪要求，滿足各類工作場所的噪聲標準。對于內燃機設備，通常要求設備廠家在內燃機外側設置消音罩殼，以保證罩殼外1 m處噪音不大于85 dB(A)。其他設備原則上要求設備外1 m處噪音不大于85 dB(A)。

冷卻塔通常布置在建筑物的屋面，除考慮通風問題外，還要考慮隔音降噪問題。

3.4 消防要求

內燃機罩殼內采用氣體消防，該設備通常設置于罩殼內，由內燃機廠家成套供應。其他消防設計滿足《建筑設計防火規范》及其他行業規范要求。

3.5 內燃機燃氣入口壓力要求

2 000 kW以下內燃機的進氣壓力約20 kPa；2 000 kW以上內燃機的進氣壓力約30～50 kPa。具體壓力尚需根據設備要求確定。

3.6 電力接入要求

樓宇式天然氣分布式供能項目電力接入系統通常采用并網不上網方式，發電自發自用。

電力接入系統需配置與電網的通訊連接，將能源站的實時運行狀態自動發送至電網調度端。即需要與電網的調度自動化系統聯通，將有關自動化信息，按電網要求上傳電網調度端，并接收有關信息。需將與電網的關口計量裝置改為雙向計量(不上網，則不需該雙向計量)。需要增加按關口計量要求設置的發電機發電量計量裝置。

能源站除常規的電流速斷、過電流等常規保護外，需要增加的保護有并網線路的電流差動保護；低壓、過壓、低頻、過頻保護；并網不上網項目，加逆功率保護，余電上網項目，不加逆功率保護；電網端需要相應的調整或增加部分保護裝置，電氣閉鎖裝置等。

4 結束語

樓宇式天然氣分布式能源項目經濟性是否可行，前期項目開發階段可以根據天然氣價格、項目所在區域的供能時間、供能用戶的業態及規模做出初步判斷。經初步判斷選擇的項目在設計階段還需要重點論證冷熱電負荷，合理選擇系統的各類設備類型及容量，結合項目特點對能源站進行合理的選址和布置。再優化技術方案，從而確保項目的經濟指標。