某燃气分布式能源站装机方案的比选分析

某燃气分布式能源站装机方案的比选分析

章科

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663)

摘要：天然气分布式能源在国际上发展迅速，但我国天然气分布式能源尚处于起步阶段。发展天然气分布式能源，具有重要的现实意义和战略意义。天然气分布式能源节能减排效果明显，可以优化天然气利用，并能发挥对电网和天然气管网的双重削峰填谷作用，增加能源供应的安全性。目前，我国天然气供应日趋增加，智能电网建设步伐加快，专业化服务公司方兴未艾，天然气分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。特别是国家发展和改革委员会下发《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源2011－2196号)后，各经济发达地区地方政府纷纷出台配套政策，促进了燃气分布式能源项目的快速发展。

关键词：燃气；分布式；能源站；装机方案；比选分析

1项目概况

本燃气分布式能源站主要是为某一工业园区提供蒸汽负荷，旺季设计负荷为53t/h，淡季设计负荷为38t/h，过渡季设计负荷为49t/h。由于用户用汽负荷全年全天稳定，波动很小，本文不再对负荷情况进行负荷曲线分析。项目原方案规划采用2台6MW级燃气内燃机+2台3．14t/h的余热锅炉+4台18t/h的燃气锅炉。

2天然气分布式能源机组的利用形式和特点

天然气分布式能源系统主要由动力系统、余热利用设备及相关主辅设备构成。动力系统可采用燃气内燃机、小型燃气轮机、微型燃气轮机(微燃机)、热气机(斯特林机)、燃料电池等。余热回收设备的类型主要有余热锅炉、热交换器、溴化锂吸收式制冷(热)机组等。动力系统驱动发电机发电，余热利用设备及辅助设备等一起完成供热(冷)任务。对于动力系统：其中斯特林机仅有单机容量25kW、50kW机型可供选择，燃料电池造价高昂，技术发展尚未进入大规模工业应用阶段，因此当前应用最广泛的是燃气内燃机和小型燃气轮机以及微型燃气轮机三种。

值得注意的是，小型燃气轮机在目前市场上以4MW以上级别为主，适合于较大规模的设施，如工厂、社区、大型建筑群等，更低容量的小型燃气轮机由于其单位千瓦造价高、发电效率低下(一般而言发电效率都在30%以下)等原因基本被淘汰。在小规模设施如楼宇、宾馆乃至个人用户等分布式能源应用中，则以燃气内燃机和微燃机为主。

机组选型的几个要素和原则：

(1)必须满足基本供热制冷发电的需求。根据以热(冷)定电的原则，在对开发区热用户进行充分调研的基础上，确定实际供热量和未来供热量发展的趋势;同时，确定日最大、最小供热量(早晚峰供热量)，在明确实际供热需求的基础上确定最佳机组类型。(2)经济效益方面，不仅考虑燃机的单机效率，而且要求燃机厂家按照打捆招标的需求给出搭配相应汽轮机、余热锅炉以后的整体联合循环效率，以及不同供热、制冷量下的联供效率;采取供热制冷发电联供效率总体优先的原则，综合考虑各种状态下的整机效率。(3)燃机机组技术的可靠性、稳定性。(4)燃机检修的便利性、成本、检修间隔，供货商服务的能力;检修时对运行供热的影响程度。(5)其他因素，如排放、供货时间、业绩等。

2装机方案对比分析

2.1技术指标对比分析

由于调整方案中的燃气轮机排烟流量大，烟气余热利用能力高，同时在实际运行过程中，优先采用补燃型余热锅炉供能，所以调峰燃气锅炉配置容量就少，运行时间也短，只是在主设备故障或者停机的情况下才投入运行。通过测算，整个系统的余热供能量占全年供能量约50%。而且余热锅炉的补燃燃烧器一直处于热备用状态，投入速度快，负荷调节范围大，更能适应负荷的波动性。另外，燃气轮机NOx排放标准为50mg/m3(标准状况下)，不需要配置脱销设施，通过与原方案对比，减少的脱硝设施运营费用折合电价约为0．005元/(kW•h)。

在两个方案年供蒸汽量都为40．58万t，年供冷量都为2721GJ的情况下，对两个方案的技术指标进行分析，见表1。

表1技术指标对比

为了保证两个方案的比较基准一致，原方案也考虑余热锅炉尾部余热的利用。表1中年利用小时数不同是由于两个方案的装机容量不同和余热能力不同而导致。原方案余热能力小，在任何时候都是满负荷运行。而对比方案余热能力大，在某些情况下发电设备不是满负荷运行，所以两个方案的年发电量不同，而两个项目的运行时间一样，相应折合年利用小时数就不同。

2.2技术经济指标分析

本项目资本金比例为20%，由业主投资，其余银行贷款。长期贷款利率4．9%。贷款偿还年限15年，固定资产折旧年限18年。计算期21年(建设期1年，经营期20年)。燃气价格是影响项目经济性的一个主要因素，本项目气源已经确定，而且已经签订用气协议，所以本项目不存在这方面的风险。本文通过技术指标对比和经济指标对比已经能够论证调整方案更适合本项目，本文不再进行敏感性分析。

2.3其他因素比较

1)原方案余热锅炉尾部热水的冷量供应能力为460kW，而调整方案可达1540kW，这样除了满足能源站自用外，可以在园区内开发一定的冷用户，以增加能源站的收益和效率。目前阶段暂不考虑外供这部分能量，但在设计过程中已经预留接口。2)原方案中所选内燃机只能通过压缩空气启动，必须配置启动空气系统，而调整方案中的燃气轮机可以实现电启动，方便快捷。3)调整方案大修维护费用折合电价约为0．035元/(kW•h)，比原方案大约少0．01元/(kW•h)。综上，通过三方面的比较，证明了调整方案比原方案更符合项目实际情况，有更好的经济性，推荐业主采用调整方案，整个工作也得到了业主的认可。

总而言之，燃气冷热电三联供系统是降低天然气分布式能源系统运行成本、提高天然气综合利用效率和系统可靠性的有效方式之一，其中如何合理地选择燃气发电装置又成为发展燃气冷热电系统的关键技术难题。不同的用户对冷热电的需求各具特色，不合理的电源选型与机组配置不但不能发挥冷热电联供系统低成本、高效率的优势，反而会浪费资源，造成不必要的损失。因此必须对用户的负荷需求、负荷特性、运行方式等进行完善的调研与合理的分析，为机组选型提供支持，才能充分发挥燃气冷热电三联供系统的优势。

参考文献：

[1]李树海.分布式能源的燃气供应研究[J].长江大学学报(自科版)，2016，13(31):50-53.

[2]徐静静，和彬彬，杨玲，宋洪涛，张爱平.楼宇式燃气分布式能源站噪声防治措施[J].华电技术，2016，38(09):74-76+80.

[3]徐静静，张希，张爱平，和彬彬，杨玲.燃气分布式能源的电气监控系统案例分析[J].发电与空调，2016，37(04):7-10.

[4]杨明亮.天然气分布式能源系统仿真模拟与软件开发[D].山东建筑大学，2016.

[5]姜曙，张琮昌，吴延鹏.天然气分布式能源站热经济性计算方法[J].暖通空调，2016，46(02):57-60+100.