某園區天然氣分布式能源技術的應用分析

任 銳

（山西省工業設備安裝集團有限公司，山西 太原 030032）

企業的發展大都離不開能源的利用，尤其在霧霾日漸嚴重的今天，能源又被賦予了更特殊的角色，不僅要節能還要清潔。然而對于山西的企業來說，以前擁有煤炭資源的優勢現在卻不占有優勢了，除了集中供熱、發電廠等行業，企業用煤供熱、采暖、產蒸汽也快成為歷史。

山西建筑產業現代化園區-晉東南園區（以下簡稱園區） 是建工集團與晉煤集團深度戰略合作，共同建設的大型建筑產業項目。園區正常運行所需的直接能源有電、熱、冷等，由于不能使用煤炭，對園區的能源需求提出了新的挑戰。

1 概述

園區擬規劃用地800 畝，分兩期建設，計劃總投資24.3億元，一期工程計劃建設裝配式鋼結構廠區、裝配式綜合管廊和混凝土預制構件廠區，二期工程以裝飾裝修一體化、新型綠色建材為主題。園區建成后可實現年產值42 億元，上繳稅費2.3 億元，解決就業1100 余人，同時可帶動鋼鐵、建材、物流等相關產業聯動發展。

晉東南園區建設將利用智慧、綠色的分布式能源系統解決方案，對園區所有的能源進行系統規劃，通過能量轉換技術，實現冷、熱、電等能源的相互轉換，充分利用各類余能，實現能源的梯級利用，達到土地集約、功能集約、設備集約、運營集約的效果。

本項目擬建設天然氣分布式能源站，實現冷熱電三聯供，以解決園區所需制冷、采暖、用電需求，并最大程度化節約能源、減少污染物排放。

2 電力系統

本分布式能源項目電力接入考慮為二個方案：

一方案：與公用電網相連，多余電量上網售電，不足時從網上取電。

二方案：考慮“自發自用”的電力接入和運行方式。能源站內設燃氣發電機組，發電機出口電壓10.5kV，接入園區10kV 配電母線，并網不上網運行。

方案比較：

一方案通過賣電獲取一定的電價收益，但對本園區來講不太適用，主要因以下原因：在天然氣價格3 元/m3，上網電價0.32 元/kWh 的條件下，即使發電效率達到100%，發電成本也將達到0.36 元/kWh，在無國家及當地政府有力政策的支持下，發電上網賣電即負效益，因此不建議上網賣電。另外園區購電價為0.53 元/kWh，高于發電成本，自用電時有一定效益。

園區冷熱電負荷

綜上所述，電力系統采用二方案，既符合分布式能源的宗旨，也滿足園區的經濟利益。

3 園區冷熱電負荷

從負荷表可看出，熱負荷最大為4000kW，冷負荷為1100kW，電負荷為2500kW，冷熱電三種負荷差別較大、且季節性負荷變化也大，另外生產負荷還與訂單量有直接關系。

4 三聯供方案

1） 原則：以熱定電、兼顧熱電平衡，熱負荷以滿足蒸汽負荷為主，滿足其它負荷為輔。

2） 關鍵設備的選擇：均以本項目所需機組級別比較。燃機：分為燃氣輪機和內燃機，燃氣輪機電效率比內燃機低，但余熱品質高；內燃機電效率高，但熱利用復雜，低品位熱較大，對產生余熱蒸汽不利。

余熱鍋爐：分過熱蒸汽鍋爐和飽和蒸汽鍋爐，本項目所需蒸汽為3t/h 左右，所選余熱鍋爐的容量不大，如選用帶過熱器的鍋爐，鍋爐為非標產品，愿意生產制造的廠家有限且此噸位的小型鍋爐廠家設計能力偏弱，大型鍋爐制造企業又不愿生產。所以建議選用飽和蒸汽鍋爐。

溴化鋰機組：分為單效機組和雙效機組，如余熱品位高選用雙效機組，余熱品位低選用單效機組。

3） 方案選擇,選用燃機時，如果方案只選用內燃機，由于內燃機產生的余熱除部分產生蒸汽外，還有相當一部分為熱水，該熱水在夏季時利用率很低，生產生活需用量少，造成能量損失，因此不適合單獨使用內燃機。如果方案只選用燃氣輪機，由于冬夏負荷差別大，為滿足各季節經濟運行，需要設置多臺燃氣輪機，1MW 級燃氣輪機造價高，且多為進口產品，為降低項目造價，不宜多選。因此依據本項目的實際需要，采用了不同燃機的組合方式以使造價合理，參數配合適宜。方案為：燃氣輪機+內燃機+余熱鍋爐+溴化鋰機組方式

工藝流程圖如下：

天然氣→燃氣輪機（890kW） →3t/h 余熱鍋爐→工業用蒸汽3t/h（負荷需求）

天然氣→內燃機（1150kW） →溴化鋰冷暖機組→冷負荷1100kW/熱負荷4000kW

天然氣→鍋爐（4.2t/h） →汽水換熱機組→工業用蒸汽3t/h（負荷需求）

4） 主設備配置方案

5 供熱經濟性比較

5.1 能源價格表

5.2 不采用分布式綜合利用，供熱、供蒸汽用鍋爐，制冷用電，分散購買能源費用及工程總造價見下表：

工程總造價:700 萬元

5.3 分布式能源運行費用及工程總造價見下表：

機組配置方案

能源價格表

園區年運行費用

園區年運行費用

工程總造價：2500 萬元

從以上表格數據可看出分布式能源工程建設費用2500萬元要遠高于普通鍋爐房的建設費用700 萬元，高出1800萬元。但分布式能源的年運行費用1553.9 萬元要低于分散式能源1711 萬元，約147 萬元。因此在使用分布式能源的情況下，多投資的工程費用可在約12 年回收回來，在以后運行時可節約年運行費用。

6 結語

如今分布式能源正在如火如荼的進行中，但從本項目也可看出天燃氣分布式能源用于本園區的應用效果并不顯著，項目回收期為12 年（靜態回收期），如考慮動態效應則回收期更長。影響本項目效益的因素有如下幾點：

1） 本地區無有利的天然氣分布式能源政策，比如燃氣補貼、電價補貼、建設補貼等。導致建設費用高，回收期長。

2） 分布式能源的主要設備燃氣輪機，小功率級別的（低于MW 級） 生產廠家很少，設備效率等與國際發達水平差距較大，在小規模的分布式能源利用中效率低，難于產生好的經濟效益，而采用進口設備又造成工程設備投資增加高。

3） 生產穩定性、負荷穩定性、冷熱電負荷比例都對運行有一定影響。

因此天然氣分布式能源工程的應用應立足于對各冷熱電負荷的精確掌握、對當地政策的充分了解、對主要設備的靈活運用才能設計出適合項目的好方案。