燃氣分布式能源項目主機設備對比分析

李貞

摘要：針對燃氣分布式供能系統進行研究，主要對比燃氣輪機發電機組與內燃機發電機組的特點，并以某項目為例，對兩者進行系統組成和技術參數對比分析，結果表明內燃機發電機組的供能系統效率更高，為今后分布式能源站的前期項目提供一項參考性依據。

關鍵詞：燃氣輪機發電機組;內燃機發電機組;系統組成;技術參數;效率

引言

隨著社會的發展與能源的日益短缺，提高能源利用率成為當下的一個熱門話題。采用分布式供能可以大大縮小能源傳輸路徑，能夠減少能源在傳輸過程中的損耗并降低傳輸成本，是節約能源的有效途徑之一[1-4]。

燃氣冷熱電分布式能源系統主要由發電設備、余熱利用設備及相關設備組成，常涉及的發電設備有燃氣輪機、燃氣內燃機。

1 燃氣輪機與內燃機發電機組的對比

燃氣輪機單機容量較大，一般在30～45%左右，發電效率較低，余熱集中程度高，煙氣余熱大。燃氣輪機發電機輸出功率對于外界環境溫度的變化較為敏感，當大氣溫度由15℃增至40℃時，發電出力降低17%～23%，效率降低5%～8%。

燃氣內燃機發電容量適中，單機發電效率高，可以達到40%以上，可利用煙氣和缸套水兩種熱源，但兩種熱源之和相比燃氣輪機發電機組略低。運行靈活，所需燃氣壓力低、單位造價低，且環境變化（海拔高度、溫度）對發電效率的影響力小，當電負荷在50%～100%范圍內變化時，燃氣內燃機發電效率變化趨勢平緩，具有良好的變工況特性。同時，內燃機發電機組系統布置復雜，噪音值和氮氧化物排放量略高。需結合項目實際情況選擇。[5]

2 發電機組主要性能參數對比

針對當下醫院、商業以及居民建筑等樓宇集群的建設規模越來越廣泛，根據某項目發電量的需求，與冷熱負荷需求，本文選用2MW級的內燃機與2MW級的燃氣輪機進行對比分析，其中用戶負荷統計見表2，主要技術指標見表，3。

某項目建筑以辦公、商業、酒店為主，供能面積約為20萬 m2。具有較集中的冷、熱、電需求。項目擬建天然氣冷熱電三聯供的分布式能源站為園區的全部建筑提供能源服務，滿足園區的全部冷、熱、電需求。

項目的建筑面積約21萬m2，冷負荷10.5MW，熱負，8.1MW，電負荷8.5MW，生活熱水平均負荷2MW。

現就項目用能需求進行裝機配置，選取相同發電等級的燃氣輪機發電機組和燃氣內燃機發電機組進行對比，同時加入供熱、供冷能力高的內燃機發電機組（內燃機發電功率/燃氣輪機發電功率≈燃氣輪機供熱能力/內燃機供熱能力），共三個裝機方案進行對比分析，如下：

方案一：1臺3MW燃氣內燃機+1臺煙氣熱水溴化鋰機組（制冷量：2908kW;制熱量：3043kW）+1臺燃氣熱水鍋爐（采暖功率：5000kW;生活熱水熱量：1100kW）+2臺電制冷機組（制冷功率：3868kW）;

方案二：1臺2MW內燃機+1臺煙氣型雙效溴化鋰機組（制冷量：1881kW;制熱量：2001kW）+2臺電制冷機組（制冷功率：4571kW）+1臺燃氣熱水鍋爐（采暖功率：6000kW;生活熱水熱量：1100kW）;

方案三：1臺2MW燃氣輪機+1臺煙氣熱水型溴化鋰機組（制冷量：5218kW;制熱量：3788kW）+1臺電制冷機組（制冷功率：5626kW）+1臺燃氣熱水鍋爐（采暖功率：4500kW;生活熱水熱量：1100kW）

方案的技術指標對比如下，見表3：

從上表可以看出，在供應相同冷量和熱量的情況下，三種方案的能源利用效率都很高，方案三的能源利用效率甚至超過80%以上。方案一所發電量是方案三的約2.4倍左右，是方案二的1.7倍以上。所耗天然氣量方案一也是三個方案中最多的。

3經濟性分析

采用相同的冷熱價格，反算電價，經過經濟性分析，結果如下：

方案一的靜態初投資4688.6萬，反算電價為986.27元/MWh;方案二的靜態初投資2881.2萬，反算電價為1601.86元/MWh;方案三的靜態初投資3929.5萬，反算電價為2101.27元/MWh。

4 結語

經過上述指標對比分析，方案一更具有經濟性。

鑒于不同項目的負荷需求不同，不同地區邊界條件也會不同，本文的對比分析為燃氣分布式能源的前期項目提供一種參考性依據。

參考文獻：

[1] Hiremath R B， Shikha S， Ravindranath N H， et al. Decentralized energy planning; modeling and application—a review[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews， 2007， 11（5）： 729-752.

[2] 楊曉巳， 陶新磊. 綜合能源技術路線研究[J]. 華電技術， 2019，41（11）.

YANG Xiaosi， TAO Xinlei. Research on integrated energy technical route[J]. Huadian Technology， 2019.41（11）.

[3] 蔣瓅，許鳴珠，周雅娣.城市水光互補分布式能源的優化配置研究[J].華電技術， 2019，42（2）：58-62.

JIANG Li， XU Mingzhu， ZHOU Yadi. Optimal configuration of hydro-solar complementary distributed power systems in cities[J]. Huadian Technology， 2019， 42（2）： 58-62.

[4] 陳曈，張偉波，周宇昊，等. 分布式能源系統常用儲能技術綜述[J].能源與環保，2019，41（07）：138-142.

CHEN Tong， ZHANG Weibo， ZHOU Yu Hao， et al. Summary of energy storage technologies commonly used in distributed energy systems[J].China Energy and Environmental Protection， 2019， 41（07）： 138-142.

[5]寧翔 內燃機分布式供能系統發展現狀及案例研究[J].能源研究與管理，2019（1）.

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