燃氣輪機與可再生能源互補的分布式供能研究

陳云峰

摘 要：分布式能源系統具有“天然氣燃氣輪機”和“可再生能源互補”兩個系統兼并的特點，兼具天然分布式系統覆蓋面積廣、能源利用率高、天然氣能源可再生、可循環使用等優勢。本文結合當代天然氣能源和可再生能源的運行特征，結合相關技術使用對比，分析了該系統的運行特點和技術要點，并對其發展前景進行了歸納分析，旨在為相關研究提供借鑒。

關鍵詞：分布式供能;可再生能源;天然氣燃氣輪機

中圖分類號：TM61;TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）10-0107-02

Abstract： The distributed energy system has the characteristics of “natural gas turbine” and “renewable energy complementary”， it has the advantages of wide coverage and high energy efficiency of natural distributed system， as well as renewable and recyclable natural gas energy. This paper combined the characteristics of natural gas and renewable energy， combined with the comparison of relevant technologies， analyzed their operation characteristics and technical points， and summarized and analyzed their development prospects， in order to provide reference for relevant research

Keywords： distributed energy supply; renewable energy; Natural Gas Turbine

據相關分析，分布式功能系統的能源利用率能達75%以上，能夠滿足周邊住戶全面供熱功能需求。在可再生能源技術的影響下，高供能特點能夠實現區域能源平衡，全面發揮可再生能源的綜合利用特性，降低電網對功能的影響。天然氣分布式系統技術靈活多變，在帶動當地智能電網技術和能源建設一體化建設的同時，借助太陽能、微風發電技術，可以滿足多用戶環保型供電需求。

1 分布式功能系統發展

在覆蓋電網建設和電廠發展背景下，分布式功能系統具有“綜合化、全面化、功能化”的特點，該項技術能源供應方式穩定，具有節能減排、適用區域廣泛等特點，但受到國家電網建設以及分布式功能系統的運行影響，國內部分布式功能系統技術的運行法規、國家政策還有待完善。在2010年底，全球發電裝機總量已經達到了3 950kW，其中，應用較多的為歐美、日本等國家，我國功能發展市場與之相比，在該項領域不斷拓展，裝機總量慢慢占據世界比例。目前，我國常用的能源系統是可再生能源和天然氣輪機能源技術。

2 分布式功能的系統特點

2.1 機械設備

我國分布式功能原動機主要以內燃機和燃氣輪機為主，這些設備主要為分布式功能系統提供發電、排放控制、效率轉換等核心功能，具有高效能、強穩定性、低排放量等特點。目前，我國自主研發的燃氣輪機、內燃機設備和國外先進設備存在較大差距，大多數供能設備都依靠進口。

2.2 我國分布式功能技術的運用范圍

結合我國能源開發強度可以發現，運行相關分布式功能系統依靠天然氣和可再生能源。天然氣能源開發以微小型汽輪機作為原動力，具有高效率、強技術、高自動化技術的特點。結合天然氣配輸體系，我國全面建設了“西氣東輸”的管網環境，對推動天然氣能源運用和環境保護具有一定的積極影響[1]。

3 互補分布式供能運用案例

3.1 案例簡述

A樓為當地某一中心大樓，建筑總面積為49 500m2，整體采用分布式功能系統，采用了太陽能發電以及冰蓄冷系統、采暖鍋爐等綜合功能系統，技術先進且高智能化。

3.2 互補分布式供能系統設計

互補分布式供能系統需要的設備裝置如表1所示。當該系統正常運行時，在理想環境下能夠代替235kW的電力供應。該燃氣輪機發電機組運行“并網不上網”的運行模式，發電電流經過逆變進入能源交流母排中，尾部高溫煙氣被空調機組吸收，這些余熱是二次利用能源。

3.3 系統運行及測試

經過設計、組建后，為保障互補分布式供能系統能夠實現較好的能源供應，筆者通過長達3 d的運行測試分析發現，該系統發電效率達到了35.57%，制冷機余熱回收效率為43.85%，對整個系統運行而言，能源利用效率達到79%。折合成實際能源比例，根據A樓能源供應需求，若預估該能源系統達到2 500h/a，該系統產生能源能夠代替電網供電600MWh以上。分析當地二氧化碳排放可以發現，全年預計可以減少排放二氧化碳155 000kg。按照季節運行消耗特征來看，1月份系統消耗效率為79.52%;季節過渡效率為75.26%，夏季系統效率為75.86%[2]。

4 多能源互補系統分析

4.1 技術特點

多能源互補供能系統類型較多，其中，使用最多的是風能和太陽能。有效運用該項技術，能夠充分帶動可再生能源，如太陽能、光伏能等，通過和天然氣能源相協調，優化和調節用戶負載，以保證其能夠充分穩定供能。受季節性環境的影響，四季之間能源負荷變化較大，要保證系統穩定供能，需要調節器控制技術，完善系統。

4.2 運用智能電網

實際上，在智能電網技術的影響下，分布式供能接入電網能夠產生穩定的可再生能源，保障區域內部電網平衡運行和使用穩定性。我國針對該項技術進行以下研究。

4.2.1 區域性可再生能源技術。區域性可再生能源和智能電網運行技術能夠實現包括風能、太陽能、生物質和天然氣燃氣輪機分布式供能，實現分布式功能和蓄能動態調節等功能。

4.2.2 多能源互補類型。多能源互補類型是基于能源系統可模塊化組合形式，依據當地用電耗能現狀、階梯能源使用、多類型能源互補等方式，實現多能源互補分布式供能系統建設。這種和區域可再生能源有一定差別，該技術能夠實現多種能源，區域性可再生能源交叉范圍較局限。

4.2.3 微電網智能化技術。微電網智能化技術能夠實現微熱、冷網和微電網相關智能供能和用能智能化。該技術因地制宜實現、平衡了當地用電、能源調度，實現了智能化能源配置和輸送，在一定程度上完善了當代能源的穩定供應。

4.3 智能互補技術

根據區域內部用電需求和冷熱能源需求，先進的燃氣輪機與可再生能源互補的分布式供能系統能夠分析該區段的耗能變化規律，使相關單位能夠及時根據相關數據進行分析預測，幫助相關檢測人員、數據流量分析人員對當代能源數據進行整理和預估。這種智能的互補配置系統能夠實現大范圍供能，如大型工業園區、住宅小區、鄉村、校園企業建設等。該技術供能體系有“天然氣分布式供能”“小型風力發電”“儲能系統”等。

5 結語

通過對能源綜合分析可以發現，燃氣輪機與可再生能源互補的分布式供能能夠結合當代微電網技術，實現更多能源儲能和收集，實現區域內用電平衡，保障電網穩定操作，為相關區域能源耗能帶來更多的經濟效益。

參考文獻：

[1]隋軍，金紅光，林汝謀，等.分布式供能及其系統集成[J].科技導報，2017（24）：1158-1162.

[2]李發揚.中國分布式供能系統的現狀與發展趨勢[J].南京師范大學學報（工程技術版），2009（4）：1136-1143.