林冬梅

(泉州市建筑設(shè)計(jì)院有限公司廈門(mén)分公司　福建廈門(mén)　361004)

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淺談天然氣分布式能源經(jīng)濟(jì)可行性

林冬梅

(泉州市建筑設(shè)計(jì)院有限公司廈門(mén)分公司福建廈門(mén)361004)

介紹了天然氣分布式能源系統(tǒng)的概念，并以某工程項(xiàng)目冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的規(guī)劃方案為例，詳細(xì)介紹其如何充分利用冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的余熱進(jìn)行供冷供熱，并將此系統(tǒng)的設(shè)備及運(yùn)營(yíng)成本與本項(xiàng)目若采用傳統(tǒng)方式供電的設(shè)備及運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行投資對(duì)比，簡(jiǎn)單分析出該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)投資效益，論證設(shè)立冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的可行性。

分布式能源；燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)；天然氣分布式能源；余熱；經(jīng)濟(jì)可行性

0　引言

2011年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》，指出天然氣分布式能源在國(guó)際上發(fā)展迅速，但我國(guó)天然氣分布式能源尚處于起步階段。推動(dòng)天然氣分布式能源，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義[1]。天然氣分布式能源節(jié)能減排效果明顯，可以?xún)?yōu)化天然氣利用，并能發(fā)揮對(duì)電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)的雙重削峰填谷作用，增加能源供應(yīng)安全性。國(guó)內(nèi)由于分布式能源正處于發(fā)展過(guò)程，對(duì)分布式能源認(rèn)識(shí)存在不同的表述。具有代表性的主要有如下兩種：第一種是指將冷/熱電系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量、模塊化、分散式的方式直接安裝在用戶(hù)端，可獨(dú)立地輸出冷、熱、電能的系統(tǒng)。能源包括太陽(yáng)能利用、風(fēng)能利用、燃料電池和燃?xì)饫?、熱、電三?lián)供等多種形式。目前，我國(guó)的天然氣分布式能源技術(shù)已日趨成熟，本文通過(guò)一個(gè)項(xiàng)目方案僅簡(jiǎn)單分析設(shè)立冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性。

1　關(guān)于分布式能源的概念

國(guó)際分布式能源聯(lián)盟對(duì)分布式能源定義為：安裝在用戶(hù)端的高效冷/熱電聯(lián)供系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點(diǎn)(或附近)發(fā)電，高效利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能——生產(chǎn)熱和電；現(xiàn)場(chǎng)端可再生能源系統(tǒng)包括利用現(xiàn)場(chǎng)廢氣、廢熱以及多余壓差來(lái)發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。

根據(jù)《燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程技術(shù)規(guī)程》CJJ145-2010中燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)是指：布置在用戶(hù)附近，以燃?xì)鉃橐淮文茉从糜诎l(fā)電，并利用發(fā)電余熱制冷、供熱，同時(shí)向用戶(hù)輸出電能、熱(冷)的分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)[2]。

根據(jù)《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》中天然氣分布式能源是指：利用天然氣為燃料，通過(guò)冷熱電三聯(lián)供等方式實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，綜合能源利用效率達(dá)到70%以上，并在負(fù)荷中心就近實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式 ，是天然氣高效利用的重要方式[1]。

分布式能源是一種建在用戶(hù)端的能源供應(yīng)方式，可孤網(wǎng)運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行、上網(wǎng)運(yùn)行，是以資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，將用戶(hù)多種能源需求，以及資源配置狀況進(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應(yīng)對(duì)式設(shè)計(jì)和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對(duì)于集中供能的分散式供能方式。

孤網(wǎng)運(yùn)行：燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的方式。

并網(wǎng)運(yùn)行：燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)與公共電網(wǎng)并列運(yùn)行，不向公共電網(wǎng)輸送電能的方式。

上網(wǎng)運(yùn)行：燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)與公共電網(wǎng)并列運(yùn)行，向公共電網(wǎng)輸送電能的方式。

余熱：原動(dòng)機(jī)冷卻水熱能及原動(dòng)機(jī)排煙熱能。

根據(jù)DG/TJ08-115-2008《分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)是指：一種往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械，將燃?xì)馀c空氣注入氣缸壓縮混合，點(diǎn)火將其爆燃做功，推動(dòng)活塞運(yùn)行桿和曲軸，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[3]。

2　工程概況

本次介紹的工程為總建筑面積約為36萬(wàn)m2的商住綜合體，由住宅、大型商場(chǎng)、影院、地下停車(chē)場(chǎng)、幼兒園、游泳池等配套用房組成。其中商業(yè)建筑面積約為6萬(wàn)m2，商業(yè)及影院場(chǎng)所電氣設(shè)備安裝容量約為8 550kW，實(shí)際使用電量估計(jì)最大約為安裝容量之60%，即5 130kW；商場(chǎng)夏天冷量最大需求為8 750kW；熱量需求約為2 700kW。采用傳統(tǒng)方式時(shí)設(shè)置2臺(tái)1 750kW(制冷量)+2臺(tái)2 100(制冷量)的離心式冷凍機(jī)制冷，設(shè)置2臺(tái)5T/H的鍋爐為溫水泳池加熱及供暖。

3　設(shè)置方案

本項(xiàng)目因有商業(yè)、住宅及溫水池等，全年的冷、熱、電負(fù)荷較為穩(wěn)定，故規(guī)劃設(shè)置分布式能源系統(tǒng)。為了使發(fā)電設(shè)備可長(zhǎng)時(shí)間在最高負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，擬定規(guī)劃設(shè)置一座2×2 000kW發(fā)電設(shè)施，并利用其余熱在夏天時(shí)制冷，在冬天時(shí)供熱，以提高能源的利用率。采用的發(fā)電方式主要有①燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐+蒸汽輪機(jī)，②燃?xì)廨啓C(jī)+吸收式冷凍機(jī)，③燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+吸收式冷凍機(jī)。由于2 000kW機(jī)組對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)而言，是很小的機(jī)種，一般而言，發(fā)電效率較低(單循環(huán)效率在30%以下)，且造價(jià)相對(duì)較高。而燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)其發(fā)電效率可達(dá)40%(國(guó)外已有發(fā)電效率達(dá)48%的機(jī)臺(tái))，機(jī)臺(tái)排氣以及夾套冷卻水則可直接以吸收式冷凍機(jī)來(lái)回收熱量并制冷。圖1為使用2 000kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)來(lái)發(fā)電，并利用其余熱(煙道氣及夾套水之熱量)來(lái)供吸收式冷凍機(jī)制冷。

圖1　使用2000kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，并使用吸收式冷凍機(jī)利用煙氣及夾套水為熱源制冷圖

本項(xiàng)目規(guī)劃在一層開(kāi)閉所附近建設(shè)一座能源站，內(nèi)設(shè)2臺(tái)2 000kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+2臺(tái)吸收式冷凍機(jī)為商業(yè)、影院及溫水泳池部分提供冷、熱、電負(fù)荷的需求。分布式能源系統(tǒng)內(nèi)的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)(天然氣發(fā)電機(jī))電源供應(yīng)于商場(chǎng)、影院，天然氣發(fā)電機(jī)容量為2×2 000kW。本發(fā)電設(shè)備采用并網(wǎng)而不上網(wǎng)的運(yùn)行方式，容量不足部分由市電補(bǔ)給；電源采用高壓10KV并入開(kāi)閉所市電10KV系統(tǒng)。余熱在夏天時(shí)通過(guò)吸收式冷凍機(jī)制冷為商場(chǎng)及影院提供一部分冷量；在冬天為溫水泳池加熱及供暖。商場(chǎng)冷量不足部分由離心式冷凍機(jī)補(bǔ)充，具體分析詳表1及表2。

在采用2臺(tái)2 000kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+2臺(tái)吸收式冷凍機(jī)的情況下，僅為商場(chǎng)提供4 200kW的冷量，還需配置空調(diào)制冷機(jī)組2×2 800kW(制冷量)離心式冷凍機(jī)，在天然氣停氣及在燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)檢修無(wú)余熱或余熱不足的情況下，離心式冷水機(jī)組能提供原設(shè)計(jì)80%的制冷量。

在夏天及燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)不發(fā)電無(wú)余熱的情況下，采用天然氣補(bǔ)燃方式供熱水。

4　投資費(fèi)用比較

采用上述燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+吸收式冷凍機(jī)之方式，其投資費(fèi)用與采用市電+離心式冷凍機(jī)方式，其投資額比較如下(表3)：

從表3得知，采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+吸收式冷凍機(jī)方式的設(shè)備投資較采用市電+離心式冷凍機(jī)方式設(shè)備投資高約3.4倍；土建投資也較之大約2.6倍。所以采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+吸收式冷凍機(jī)方式前期投資較大。

5　年操作費(fèi)用比較

基本假設(shè)：

除空調(diào)主機(jī)用電外，假定全年用電在4 000kW以上，自行發(fā)電不足部分向電網(wǎng)購(gòu)電。全年發(fā)電量4 000kW×14hrs/d×365=20 440 000kWH

全年供冷量平均設(shè)計(jì)負(fù)荷約8 750kW之80%估算，供冷期182d，全年供冷：8 750kW×0.8×14×182=17 836 000kWH

冬半年溫水泳池及自來(lái)水加溫所需熱量為2 700kW，供熱期為182d，全年供熱2 700kW×14×182=6 879 600kWH

外購(gòu)電價(jià)以1.014元/kWH計(jì)(尖峰用電及半尖峰用電之平均)，天然氣價(jià)以3元/NM3計(jì)，天然氣熱值為36MJ/NM3。具體分析詳表4。

表1　設(shè)置2000kW燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組2套及配套吸收式冷凍機(jī)2套

表2　燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)能源利用情況

表3　設(shè)置2000kW燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組2套及配套吸收式冷凍機(jī)2套

注：目前，天然氣分布式能源所需的主要設(shè)備國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造技術(shù)尚不是很成熟，本項(xiàng)目的設(shè)備價(jià)格為進(jìn)口設(shè)備價(jià)格。

表4　年操作費(fèi)用比較

從表4得知，雖然采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)前期投資較傳統(tǒng)方式高，但是由于①冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)利用天然氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電并利用其余熱進(jìn)行供冷供熱，使之減少空調(diào)用電及加熱費(fèi)用；②采用天然氣發(fā)電較市電成本低；使之全年的營(yíng)運(yùn)費(fèi)用較之傳統(tǒng)方式少。根據(jù)本項(xiàng)目情況，采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)增加的投資額約在3年左右可回收。

6　結(jié)論

依本項(xiàng)目冷、熱、電使用情況，投資冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，由于充分利用發(fā)電尾氣及夾套水余熱，夏天用來(lái)制冷，冬天用來(lái)制熱，較傳統(tǒng)使用外電+離心式空調(diào)可節(jié)省相當(dāng)可觀的操作費(fèi)用，若發(fā)電機(jī)余熱在夏天及冬天都能充分利用，增加的投資額約在3年左右可回收，具有良好的投資效益。因此，本項(xiàng)目從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)采用天然氣分布式能源是可行的。

從以上方案分析來(lái)看，若項(xiàng)目附近有天然氣站部，天然氣供應(yīng)充足，用電、用熱、用冷負(fù)荷都較集中，夏季以空調(diào)制冷為主、伴有部分蒸汽和生活熱水需求，供冷時(shí)間長(zhǎng)，單位面積負(fù)荷大，同時(shí)冬季供暖時(shí)間較長(zhǎng)，如：用于人口稠密的城市商業(yè)中心、交通樞紐、住宅小區(qū)、辦公樓、酒店、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、大學(xué)等，在合理的天然氣價(jià)格下投資天然氣分布式能源將具有良好的投資效益。

[1]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家能源局文件《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》[Z].發(fā)改能源[2011]2196號(hào).

[2]CJJ145-2010 燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DG/TJ08-115-2008分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

Discussion on the economic feasibility of natural gas distributed energy

LIN Dongmei

(Quanzhou Architectural Design Institute Co.，Ltd. Xiamen branch,Xiamen 361004)

Is introduced in this paper the concept of natural gas distributed energy system and the project set up cold，heat and electricity triple for the planning scheme of the system，make full use of the cold，heat，Sanlian electric supply system of the waste heat for heating and cooling，and the equipment and operational cost of the system and the project if the traditional power supply equipment and operating costs compared to investing in，a simple analysis that this project from the economic benefit of investment of set up cold，heat，electricity supply system is feasible.

Distributed energy；Gas cooling heating and power system；Natural gas distributed energy；Waste heat；Economic feasibility

林冬梅(1980.11-),女,工程師。

E-mail:46016279@qq.com

2016-02-26

TU996

A

1004-6135(2016)05-0102-04