樓宇式燃氣分布式優勢及特征概述

杜友愛，修科華，徐 建，張 超

(常州天合智慧能源工程有限公司，常州 213031)

0 引 言

隨著全球經濟的高速發展及人民生活水平的不斷提高，能源的需求量逐年攀升。以煤、石油為主的化石能源儲量有限，在一定程度上存在污染，尤其是以煤炭為主的“碳基”燃料污染更為嚴重[1]。同時，煤炭還是重要的化工原料，僅作為燃料進行消費，存在資源浪費的質疑。如何提高能源利用率、防止大氣污染逐漸成為大家關注的焦點。

企業是構成社會工業體系的基礎因子，其能源利用結構及能耗水平在一定程度上反映了國家的能源使用情況。建立以電能為核心支撐，清潔能源及可再生能源為互補，利用能源互聯網技術進行協調控制，貫穿“源-網-荷-儲”能源轉換環節，構建“端-管-云-邊”框架體系，形成“發-儲-配-用-售”終端一體化能源供給系統。逐步實現科學用能，實現綠色工廠、智慧工廠[2-3]。

1 研究方法及工藝路線

1.1 研究方法

以能源利用全壽命周期為研究方法，包括能源生產、儲運、轉換、使用等環節[4]。并在各個環節進行結構優化、相變優化、駐點優化、時空優化，充分發揮綜合能源服務的優勢。能量四環節理論如圖1所示。

終端一體化供能系統包括主要因素有以市電、燃氣分布式、分布式光伏、分布式風電、生物質(垃圾)發電等“源”元素；以配電網、冷水網、熱水網、蒸汽網、燃氣網、污水網等“網”元素；以生產設備用、熱泵、充電樁、新能汽車、公共通風與照明消耗的冷熱電氣水的“荷”元素；以儲熱、儲冷、儲電、壓縮空氣等具備暫存能源的“儲”元素。這些元素通過能源互聯網技術、能源物聯網技術進行協調控制，對“源”的出力數據、“網”的承載能力、“荷”的消費數據、“儲”的利用率等數據進行采集、分析、處理，通過機器學習，尋找更加的運行策略。

1.2 能效優勢

以2 m3低位發熱量為8 600 kcal/m3的天然氣，對傳統技術與燃氣熱電聯供的能效比較[5]，如圖2所示。

從圖2(a)，(b)可知，傳統用能與熱電聯供的能效利用效率分別為η1、η2。

η1=(3.8+9)/(10+10)×100%=69%；

η2=17/(10+10)×100%=85%；

樓宇式燃氣分布式項目的技術基礎在能效層面優勢較為明顯。

2 工程案例

以天合光能常州工廠天然氣分布式項目作為研究對象。該項目具有能效高、多能耦合、終端一體化等特點。效果圖如圖3所示。

2.1 能效高

系統能效達到83.35%，高于分布式能源要求的綜合能源效益70%。該系統采取高效燃氣內燃機，發電效率44.7%,發電氣耗率0.135 8 Nm3/kW·h-1，電制冷系統綜合COP=4.5，吸收式煙氣溴化鋰冷(溫)水機組COP=1.1。系統充分利用廢氣廢熱，缸套水由95 ℃降低至75 ℃，該部分余熱用來驅動熱水型溴化鋰溫水機組；排煙溫度由371 ℃降低至110 ℃，該部分余熱用來驅動煙氣型溴化鋰，如圖4所示。

2.2 多元耦合

系統以樓宇式燃氣分布式發電為基核，市電為保障，以典型光伏企業生產用能為服務對象，耦合了光伏發電、化學能儲電、充電樁等元素，利用智慧能源管理平臺將系統的“源”、“荷”參數進行儲存、整理、分析，并在一定時間內實現計算機深度學習，有利于“源-荷”耦合關系進行優化，為更多元素的耦合提供平臺服務，為提高清潔能源的滲透比例、可再生能源發電特性、化學能儲能的特性進行基礎研究。

2.3 終端一體化平臺

通過終端一體化智慧能源管理平臺，對燃氣三聯供系統、光伏分布式能源、冷水機組及電儲能等能源生產端進行負荷預測、調節，實現用戶用能與分布式資源、電力負荷資源、儲能資源之間通過自主交易實現動態平衡，優化并引導能源消費行為，實現分布式能源生產、消費一體化[6]，如圖5所示。

依托終端一體化智慧能源控制平臺，對廠區的能源生產及使用情況進行監測、計量，發揮能源大數據技術在能源監管中的基礎性作用，建立涵蓋能源生產、輸送、使用、回收全鏈條，透明高效監測管理體系，提升能源監管效率，分級分層的能源統計、分析與預測預警，指導監督工廠能源消費總量控制。

2.4 安全清潔

系統的排煙系統增設SCR脫硝系統，氮氧化物排放量由500 mg/Nm3降低至50 mg/Nm3；燃料不含硫，二氧化硫排放量可忽略不計，且能源生產過程中，煙塵量較小；通過增設隔音罩殼，使得噪聲降低到85分貝以下，再通過外部降噪格柵系統將噪聲降低至65分貝以下，對環境影響較小。

2.5 效益

該燃氣分布式發電系統年運行小時數5 600 h，年發電量約3 475 萬kW·h，供冷量約3 263 萬kW·h，供熱量約688萬kW·h。以每千瓦時耗標準煤0.32 kg的現有發電標準計算，年減排二氧化硫約為95.6 t，年減排氮氧化物約74 t。同時，每千瓦時電量較市電降低0.07元/kWh，年度節約用電費用240萬以上。另外該項目為招商引資項目，引進外部投資約5 000萬元，并作為能源互聯網的示范項目，該企業宣傳能源應用、能源管理以及數字能源意義深遠。

3 結束語

樓宇式燃氣分布式系統作為能源互聯網的一種表現形式，是促進企業能源自治，優化企業用能結構的有效方式。在供給電能的同時可供給熱能與冷能，系統效率在80%以上。

結合能源現狀，引入能源低碳高效能源利用技術、能源數據智能聚合技術、區域能源供給網絡多空間尺度無中心協同控制技術、并行/分布式計算技術等新型技術，進行能源生產、傳輸、消費、回收及管控等全過程管理應用，實現多種形式能源的高效生產、靈活控制以及智能化利用。

綜合能源服務作為概念老、實施新的事物，有待國家在政策上進行支持，以發揮能源互聯網的優勢，解決就近消納，增加可再生能源的能源占比。而樓宇式燃氣分布式為新老概念的融合可起到存進作用。