樓宇式天然氣熱電聯(lián)供項目運營數(shù)據(jù)分析

秦慶陽， 李 瓊， 焦方偉， 王文化

(1.淄博華潤燃氣有限公司， 山東 淄博 255000； 2.淄博綠能燃氣工程有限公司，山東 淄博 255000)

1 概述

因具有顯著的節(jié)能減排特性，天然氣分布式能源系統(tǒng)引起國家及社會的廣泛關注。國家規(guī)劃已將促進分布式能源系統(tǒng)的推廣應用作為戰(zhàn)略目標之一，并成為未來一個時期能源發(fā)展的重要方向，在調(diào)整能源結構、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式中發(fā)揮重要作用。

本文以淄博飯店樓宇式天然氣熱電聯(lián)供項目(以下簡稱聯(lián)供項目)為例，結合計量數(shù)據(jù)，對聯(lián)供項目運行效果、經(jīng)濟性影響因素進行分析，提出存在問題與相關思考。

2 項目概況

2.1 改造對象

淄博飯店建筑面積5.2×104m2，主樓34層，副樓3層。擁有高檔客房366套，床位721個，特色餐廳6個，大中小會議室27個，并配備康樂中心、商務會所等設施。飯店日常用電由市電提供，日用電量范圍為7 000～19 500 kW·h。供暖期使用燃氣蒸汽鍋爐供暖，供冷期采用螺桿式冷水機組供冷。全年有生活熱水、蒸汽需求，均由燃氣蒸汽鍋爐滿足，日用熱水量70～120 t/d。聯(lián)供項目于2017年實施，當年試運行，2018年3月正式運行。

雖然聯(lián)供系統(tǒng)自2018年3月正式運行，但2020年前的計量數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺失。因此，本文對2020年、2021年的計量數(shù)據(jù)進行分析。

2.2 聯(lián)供系統(tǒng)

① 設計方案

聯(lián)供系統(tǒng)選用1臺額定發(fā)電功率250 kW的燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組，新建1臺容積為40 m3的蓄熱水箱。缸套水、高溫煙氣通過余熱回收模塊對蓄熱水箱進行加熱，加熱溫度上限為60 ℃。保留原生活熱水系統(tǒng)，蓄熱水箱作為生活熱水系統(tǒng)的補充。發(fā)電機組與變壓器連接，實現(xiàn)并網(wǎng)運行，為飯店提供電力。發(fā)電機組額定發(fā)電效率為38.3%，額定熱效率為49.0%，天然氣額定消耗量為69 m3/h。天然氣實際低熱值為33.53 MJ/m3。

② 發(fā)電模式

發(fā)電機組并網(wǎng)接入市電系統(tǒng)，在谷段電價時間利用市電供電，在峰段、平段電價時間，優(yōu)先使用發(fā)電機組電力，不足部分由市電補充。峰段電價時間：8:30—11:00、14:30—21:00。谷段電價時間：12:00—13:00、23:00—7:00。其他時間為平段電價時間。

當市電電網(wǎng)出現(xiàn)故障，發(fā)電機組切換到孤網(wǎng)運行模式，切斷與市電電網(wǎng)的連接，此時發(fā)電機組作為獨立電源，保證飯店的基本電負荷。

③ 控制系統(tǒng)與計量數(shù)據(jù)

發(fā)電機組自帶控制柜，并配置配電柜、并網(wǎng)柜及上位機。控制系統(tǒng)(軟件安裝在上位機中)可實現(xiàn)智能調(diào)度，聯(lián)供系統(tǒng)主要運行參數(shù)、設備狀態(tài)、計量數(shù)據(jù)均能在上位機人機界面顯示。

計量數(shù)據(jù)：發(fā)電機組耗氣量，由調(diào)壓箱內(nèi)燃氣計量裝置獲得。發(fā)電機組發(fā)電量，電能表安裝在并網(wǎng)柜內(nèi)。市電用電量，電能表安裝在配電柜內(nèi)。聯(lián)供系統(tǒng)制備生活熱水熱量(以下稱為售熱量)由熱量表單獨計量。

3 計量數(shù)據(jù)

3.1 聯(lián)供系統(tǒng)運行時間

項目前期預計發(fā)電機組年運行350 d，每日開機8 h，即年計劃開機時間為2 800 h。2019—2021年發(fā)電機組實際開機時間見表1。由表1可知，2019年、2021年發(fā)電機組開機達產(chǎn)率接近且比較理想，達到96%以上。受新冠肺炎疫情影響，2020年1季度部分時間飯店停業(yè)，設備停機，導致開機達產(chǎn)率偏低。

表1 2019—2021年發(fā)電機組實際開機時間

3.2 耗氣量、發(fā)電量、售電量

由發(fā)電機組年計劃開機時間及額定發(fā)電功率，可計算得到發(fā)電機組年計劃發(fā)電量為70×104kW·h，季度計劃發(fā)電量為17.5×104kW·h。

2020年、2021年各季度聯(lián)供系統(tǒng)實際耗氣量、實際發(fā)電量、售電量見表2。售電量為實際發(fā)電量扣除聯(lián)供系統(tǒng)自用電后的電量。2020年、2021年各季度發(fā)電達產(chǎn)率、實際發(fā)電效率見表3。

表2 2020年、2021年各季度聯(lián)供系統(tǒng)實際耗氣量、實際發(fā)電量、售電量

由表3可知，除2020年1季度外，其他時間發(fā)電達產(chǎn)率均達到了60%以上，最高達83.11%。2020年、2021年各季度發(fā)電機組實際發(fā)電效率在37%左右，說明發(fā)電機組工作在理想狀態(tài)下。

表3 2020年、2021年各季度發(fā)電達產(chǎn)率、實際發(fā)電效率

3.3 售熱量

2020年、2021年各季度聯(lián)供系統(tǒng)實際售熱量、售熱達產(chǎn)率見表4。計劃售熱量根據(jù)發(fā)電機組額定熱效率、額定天然氣耗量測算。每季度運行700 h，計算值向下圓整為整數(shù)，可計算得到季度計劃售熱量為224 MW·h。由表4可知，2020年、2021年各

表4 2020年、2021年各季度聯(lián)供系統(tǒng)實際售熱量、售熱達產(chǎn)率

季度聯(lián)供系統(tǒng)實際售熱量、售熱達產(chǎn)率均不理想。主要原因：一是，作為用水大戶的洗浴中心因經(jīng)營不善于2019年初停業(yè)。二是，客房入住率以及住宿客人使用生活熱水時間也產(chǎn)生一定影響，存在發(fā)電機組發(fā)電時間與用戶用熱時間不吻合的情況。

4 經(jīng)濟性分析

4.1 能源價格

售電價格比市電價格略低，由于市電價格比較平穩(wěn)，2020年、2021年各季度峰段售電價格均穩(wěn)定在0.877 2 元/(kW·h)，平段售電價格均穩(wěn)定在0.608 9 元/(kW·h)。售熱價格與天然氣價格聯(lián)動，考慮一定熱效率，數(shù)值上售熱價格取天然氣價格的10%。2020年、2021年各季度天然氣價格、售熱價格見表5。

表5 2020年、2021年各季度天然氣價格、售熱價格

4.2 成本

成本主要為天然氣費用，暫未考慮自來水成本。2020年、2021年各季度天然氣費用見表6。

表6 2020年、2021年各季度天然氣費用

4.3 收益、利潤

收益包括售電收益、售熱收益。毛利潤為收益僅扣除天然氣費用。2020年、2021年各季度售電收益、售熱收益、毛利潤、毛利率見表7。由表7可知，聯(lián)供系統(tǒng)毛利率變化范圍為1.2%～20.6%。對于該聯(lián)供系統(tǒng)，毛利率受售電收益、售熱收益、天然氣費用影響。由實際發(fā)電效率可知，發(fā)電機組在統(tǒng)計時間內(nèi)的運行工況比較理想，可認為實際耗氣量合理，且自用電量、售電價格不易出現(xiàn)大幅度波動。因此，天然氣價格、售熱價格(與天然氣價格聯(lián)動)、售熱量成為聯(lián)供系統(tǒng)毛利率的主導影響因素。

表7 2020年、2021年各季度售電收益、售熱收益、毛利潤、毛利率

5 存在問題與相關思考

5.1 存在問題

① 發(fā)電模式

設計初衷是當市電電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，發(fā)電機組可切換到孤網(wǎng)運行模式，切斷與市電網(wǎng)的連接，此時發(fā)電機組作為獨立電源，保證飯店的基本電負荷。但是，在實際運行過程中，因燃氣系統(tǒng)的可燃氣體報警器、電磁閥等需要供電，當市電電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，電磁閥關閉，發(fā)電機組無法自動切換到孤網(wǎng)運行模式。在今后類似項目設計時，若需要實現(xiàn)孤網(wǎng)運行模式，應配置不間斷電源，以提供基本用電。

② 控制系統(tǒng)

對于控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸以及發(fā)電機組監(jiān)控、啟停等操作主要依靠無線網(wǎng)絡。但項目現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)絡不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸中斷等情況，威脅發(fā)電機組的安全運行。在類似項目中，宜采用有線傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、及時性。

5.2 相關思考

① 能源消納

聯(lián)供系統(tǒng)供應的熱、電應盡可能被用戶利用，以實現(xiàn)能源利用最大化。因此，在聯(lián)供系統(tǒng)設計時，應充分考慮發(fā)電機組發(fā)電時間與用戶用熱時間不吻合的情況，利用余電、余熱制備用戶所需能源。

② 價格聯(lián)動機制

目前，該項目的售熱價格考慮了與天然氣價格聯(lián)動，但售電價格受制于相對穩(wěn)定的市電價格，并未采取聯(lián)動機制。今后，隨著天然氣價格變動，可以考慮售電價格與天然氣價格、市電價格的雙聯(lián)動機制，兼顧聯(lián)供系統(tǒng)的利潤與競爭力。