昌北機場分布式能源可行性研究

高金劍 袁蘭蘭 王熙明

摘 要：為了研究昌北機場分布式能源可行性，本文應用了文獻調研，現場調研以及 Pipeline 軟件模擬方法， 得到以下結論：昌北機場 041 縣道與機場內部配套管網已建設，管徑較大，壓力充足;根據昌北機場 2019 年用電量與用氣量，采用天然氣分布式能源，管網的小時計算流量為 6841.76Nm3/h;在工作條件下，管網的總流量最大可達 7230Nm3/h，管網輸氣能力與輸氣壓力均滿足昌北機場的用氣需求，昌北機場分布式能源可行。研究結果對建設低碳、綠色機場的具有重要的指導意義。

關鍵詞：昌北機場;分布式能源;管網輸氣能力;分布式能源;燃氣管網

昌北機場作為重要的大型公共建筑，擁有 T1 航站樓 2.7 萬平方米、T2 航站樓 9.66 萬平方米，在建的 T3 航站樓面積更大，每天需消耗大量的電能來供熱、制冷等[1， 2]。電能屬于二次能源，我國火力發電占比 73%，火力發電需要消耗大量煤炭，環境污染嚴重，能源利用率低，資源浪費嚴重，不適于我國長遠發展[3， 4]。三聯供分布式能源技術作為機場節能減排、提高能源利用效率重要技術手段[5-7]，在我國長沙黃花國際機場已經成功應用[8]，并不是所有的機場都適合建設分布式能源，天然氣供氣不足的不適合建設，有必要開展分布式能源可行性研究[9， 10]。本文將通過研究昌北機場的氣源，昌北機場用氣量以及天然氣管網的輸氣能力，技術性判斷昌北機場建設分布式能源的可行性。

1 氣源分析

昌北機場位于南昌市經開區，該區的燃氣特許經營權屬于南昌市燃氣集團有限公司，通過現場調研與前往南昌燃氣公司調研，掌握了昌北機場的市政道路管網與昌北機場配套燃氣管網的建設情況。

1.1市政管網

2016 年，為了給昌北機場供燃氣，燃氣公司實施了經開區竹埠一路-希望大道-縣道 041機場中壓燃氣管道工程項目，工程編號：I16H035。該天然氣管道接駁于南昌金山大道在 041縣道預留的dn300PE 球閥，沿著 041 縣道的北邊敷設到昌北機場，如圖 1 所示。

市政燃氣中壓燃氣管道為高頻直縫鋼管，外徑為 323.9mm，壁厚 6mm，管網設計壓力為 0.4MPa，中壓 A 燃氣管道。

1.2機場內部配套管網

機場配套管網接駁于 041 縣道中壓管道預留的 D323.9*6 管道，沿著縱三路敷設，后在橫八路分叉，一路敷設至 T1 空調站，另一路敷設至 T2 空調站，如圖 2 所示。管網設計壓力為 0.4MPa，中壓A 燃氣管道，埋地管道均采用厚壁 SDR11 的PE100 燃氣管道，T1 航站樓的預留管道為外徑 110mm 的 PE 管，T2 航站樓的預留管道為外徑 160mm 的 PE 管，T3 航站樓的預留管道為外徑 200mm 的 PE 管。

昌北機場市政管網管內徑為 300mm，管徑足夠大，設計壓力 0.4MPa，壓力充足，昌北機場內部配套管網以外徑 200mm 為主，管徑較大，相對市政管網直徑略有減小，壓力為0.4MPa，壓力充足。

1.3用氣量分析

為了計算昌北機場計算流量，需要計算昌北機場的年用氣量，昌北機場的能源消耗主要為電能和天然氣，天然氣用戶有 T1 航站樓、T2 航站樓與商業用戶，商業用戶用氣量比較少， 本文忽略商業用氣量;分布式能源可以發電，根據能量守恒把年消耗的電能折算成天然氣， 兩者相加可得分布式能源的年用氣量。

根據南昌燃氣集團有限公司技術設備部調度中心提供的昌北機場 T1 航站樓 3 臺鍋爐、T2 航站樓 3 臺鍋爐的每月用氣量可計算年用氣量，如下表 1 所示。

從表 1 中可知，T2 航站樓的年用氣量明顯大于 T1 航站樓，年用氣量 2019 年比 2018 年多 20×104Nm3。這是由于 2018 年鍋爐剛投入使用，用氣量不穩定，2019 年用氣量趨于穩定。

通過在國家電網江西分公司調研，掌握了昌北機場 2019 年的每月用電數據，如下表 2 所以，根據能量守恒，折算出 1Nm3 天然氣釋放的能量等于 9.8 度電的能量，可算出每月的用氣量。

從表 2 可知，7、8 月份用電量比較大，這是因為夏季炎熱，制冷需要消耗大量電能。天然氣用氣量在夏季屬于低谷，采用分布式能源，可以緩解電網公司的調峰壓力，減少燃氣公司在儲氣設施的建設成本。2019 年總用電量為 292 × 106 度， 折算成燃氣用量為29795918.37Nm3。加上 T1、T2 航站樓 2019 年用氣點總流量 992005Nm3，昌北機場 2019 年全年總流量 30787923.37Nm?。

根據《南昌市城市燃氣專項規劃（2015～2030）規劃說明書》，分布式能源用戶不均勻系數分布式能源站用氣設備是指發電原動機裝置，余熱利用裝置的補燃用氣，用氣設備年利用小時數按 4500 小時，見公式 1。

可以得出計算流量為：6841.76Nm?/h。

3 昌北機場燃氣管網輸氣能力分析

昌北機場分布式能源技術是否可行，關鍵在于燃氣管網輸送的天然氣量能否滿足燃氣輪機的用氣需求，燃氣管網的輸氣能力取決于管網的管道直徑、管道長度、管道的材質，管網的進口壓力、出口壓力等因素。本章將應用 Pipeline 軟件模擬分析昌北機場燃氣管網的輸氣能力。基于南昌燃氣集團有限公司提供的竣工圖建立模型，如圖 3 所示。

在Pipeline 軟件設置好單位參數，根據竣工圖設置好每段管道的管徑、管長等參數，設置模擬約束條件，圖中 1 號綠色的五邊形為 T1 航站樓用氣點，2 號綠色的五邊形為為 T2 航站樓與 T3 航站樓預留用氣點，圖中 3 號綠色的五邊形為機場加氣站預留用氣點，圖中 4號綠色的五邊形為為機場員工食堂用氣點，圖中 5 號綠色的五邊形為為機場加餐飲店預留用氣點，圖中 6 號紅色的五邊形為氣源點。