顧明+杜偉+劉磊磊

摘要：探討了分布式能源系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，根據(jù)分布式能源系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究了3種天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)配置方案?；谥行⌒突蛘咝⌒腿?xì)廨啓C(jī)的三聯(lián)供系統(tǒng)，分別對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)+直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組方案、燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐+蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組方案、燃?xì)?蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)+吸收式制冷機(jī)組方案進(jìn)行了集成研究與分析。

關(guān)鍵詞：分布式能源系統(tǒng)；配置方案；三聯(lián)供系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM611

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2016）24-0068-02

1 引言

分布式能源系統(tǒng)，是一種建立在冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)能源需求側(cè)能源梯級(jí)利用的能源設(shè)施。通過(guò)對(duì)能源需求側(cè)進(jìn)行合理分配能源等級(jí)，減小能源輸送環(huán)節(jié)損耗，實(shí)現(xiàn)能源利用率最大化，其主導(dǎo)思想是“高能高用、低能低用，溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”。

天然氣分布式能源系統(tǒng)是將小型發(fā)電系統(tǒng)分散地布置在用戶周邊，逐級(jí)利用天然氣燃燒后產(chǎn)生的不同溫度熱量的煙氣，分別在獨(dú)立區(qū)域提供冷、熱、電等多種終端能源，實(shí)現(xiàn)天然氣的梯級(jí)、高效利用。王雁凌[1]通過(guò)建立了適用于天然氣分布式能源站的綜合價(jià)值分析模型，從自身、電力系統(tǒng)、用戶、社會(huì)環(huán)境4個(gè)方面展開(kāi)對(duì)天然氣分布式能源站的價(jià)值分析研究，量化其綜合價(jià)值水平，并通過(guò)算例驗(yàn)證綜合價(jià)值模型的實(shí)用性和有效性。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外分布式能源系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代就已開(kāi)始發(fā)展，并得到了廣泛的應(yīng)用。美國(guó)能源部指出，2020年之前，美國(guó)50%的新建商業(yè)建筑、學(xué)校采用分布式能源系統(tǒng)，15%的已建商業(yè)建筑、學(xué)校采用分布式能源系統(tǒng)。

截止到2008年，歐盟27國(guó)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)裝機(jī)容量為100.2 GW，全年發(fā)電量為370.1 TW·h，占總發(fā)電量的11.0%，其中丹麥聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量最高（46.1%），而德國(guó)聯(lián)供系統(tǒng)的裝機(jī)容量是最高的，占?xì)W盟總?cè)萘康?1.9%。截止到2010年3月，日本冷熱電聯(lián)供項(xiàng)目總數(shù)已達(dá)8444個(gè)，裝機(jī)容量達(dá)9440 MW，占電力總裝機(jī)容量的近3.4%。與美國(guó)、歐盟相比，日本的聯(lián)供系統(tǒng)主要以小型化為主，平均規(guī)模約1.1 MV，75%聯(lián)供項(xiàng)目被應(yīng)用在商業(yè)領(lǐng)域，包括醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)建筑等公共設(shè)施。

2.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)家發(fā)改委在2011年下發(fā)的《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》中指出，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。目前，我國(guó)天然氣供應(yīng)日趨增加，智能電網(wǎng)建設(shè)步伐加快，專業(yè)化服務(wù)公司方興未艾，天然氣分布式能源在我國(guó)已具備大規(guī)模發(fā)展的條件。

我國(guó)首例公共建筑實(shí)施分布式供能系統(tǒng)是上海黃浦區(qū)中心醫(yī)院冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，由于實(shí)際運(yùn)行的情況與設(shè)計(jì)工況存在較大的差異，導(dǎo)致能源生產(chǎn)力過(guò)剩，運(yùn)行成本高，現(xiàn)已處于停用整改狀態(tài)。

廣州大學(xué)城分布式能源站項(xiàng)目利用廣東液化天然氣項(xiàng)目的天然氣資源，采用燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)作為動(dòng)力源進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)乏汽通過(guò)管道送往大型制冷站進(jìn)行區(qū)域供冷，系統(tǒng)綜合熱效率達(dá)80.9%，目前項(xiàng)目運(yùn)行良好。北京次渠調(diào)壓站三聯(lián)供能源中心和燃?xì)庹{(diào)度指揮大樓能源中心兩個(gè)示范性項(xiàng)目，由于是參照常規(guī)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)指標(biāo)，導(dǎo)致設(shè)備容量配置過(guò)大，引起項(xiàng)目初投資高，投資回收年限超出項(xiàng)目可行性限制。

從現(xiàn)有國(guó)內(nèi)項(xiàng)目案例看出，天然氣冷熱電聯(lián)供項(xiàng)目對(duì)系統(tǒng)資源配置和運(yùn)行優(yōu)化具有較高的技術(shù)要求，才能充分發(fā)揮出天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)能源利用率高、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)對(duì)能源環(huán)境問(wèn)題日益關(guān)注，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)將具有廣闊的發(fā)展前景，因此冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的合理配置和優(yōu)化顯得至關(guān)重要。

3 天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)配置方案

天然氣分布式能源系統(tǒng)主要包括：發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)（汽輪機(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)及配套的發(fā)電機(jī)），供熱和制冷系統(tǒng)（余熱鍋爐、汽—水換熱器、電制冷機(jī)、溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)等），中央控制系統(tǒng)，冷熱調(diào)節(jié)裝置及與其配套的熱力管網(wǎng)[2]，見(jiàn)圖1。

天然氣分布式能源系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為能源利用率高、清潔環(huán)保。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示：每使用1萬(wàn)m3天然氣，可減少消耗標(biāo)煤12.7 t，減排二氧化碳33 t。三聯(lián)供系統(tǒng)（Combined Cooling Heating and Power）是分布式能源系統(tǒng)中的典型代表，系統(tǒng)靈活、投資小、能量損耗低，成為未來(lái)分布式供能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)[3]。

天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的尾氣主要有兩種處理方式：一種是利用高溫?zé)煔獾臒崃窟M(jìn)行二次換熱，將熱水或蒸汽輸送至制冷機(jī)組中制冷；另一種是直接將高溫?zé)煔廨斔椭翢煔庑椭评錂C(jī)組制冷，這種方式減少了中間二次換熱過(guò)程。下面重點(diǎn)闡述其具體形式。

3.1 燃?xì)廨啓C(jī)+直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組方案

天然氣在動(dòng)力裝置中燃燒后，產(chǎn)生的煙氣溫度通常達(dá)到400℃，且含氧量高。溴化鋰制冷機(jī)組可以直接利用排氣的熱量進(jìn)行制冷，或者將排氣作為助燃空氣和燃?xì)庖黄疬M(jìn)行二次燃燒，熱回收效率達(dá)90%以上，具體流程如圖2所示。

該系統(tǒng)方案由于減少了余熱鍋爐和蒸汽排泄系統(tǒng)等設(shè)備，提高了機(jī)組運(yùn)行效率，制冷系數(shù)可達(dá)到1.27以上；在燃?xì)廨啓C(jī)停止運(yùn)行或沒(méi)有足夠熱量的高溫排氣時(shí)，燃?xì)饪芍苯友a(bǔ)燃溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，直燃運(yùn)行。這種機(jī)組方案在燃?xì)廨啓C(jī)電廠或自備電站的改造中應(yīng)用比較廣泛。

3.2 燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐+蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組方案

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電后，煙氣通常還具有較高的熱量，如果直接排入大氣中，不僅造成能量的浪費(fèi)，也造成了環(huán)境污染。通常利用余熱鍋爐將這部分煙氣回收利用，轉(zhuǎn)換成蒸汽。冬季利用熱交換器進(jìn)行供暖，夏季則利用溴化鋰吸收式制冷機(jī)組進(jìn)行制冷。為了保障系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，通常另設(shè)置一臺(tái)小型燃?xì)鈧溆缅仩t，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)排氣的熱量不足以滿足供暖制冷負(fù)荷時(shí)，備用燃?xì)忮仩t燃燒燃料以供系統(tǒng)使用，其工藝流程如圖3所示。

溴化鋰制冷機(jī)組充分利用燃?xì)廨啓C(jī)的乏汽余熱進(jìn)行制冷，提高了系統(tǒng)的能源綜合利用率；系統(tǒng)綜合制冷系數(shù)可達(dá)1.30，且制冷負(fù)荷能夠靈活調(diào)節(jié)，能夠合理匹配各類建筑物的不同負(fù)荷需求。同時(shí)溴化鋰制冷機(jī)組產(chǎn)生的冷量能夠冷卻燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣。

3.3 燃?xì)?蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)+吸收式制冷機(jī)組方案

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電后產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，通過(guò)余熱鍋爐進(jìn)行回收利用，轉(zhuǎn)換為蒸汽，當(dāng)這部分的蒸汽熱量較高時(shí)，利用蒸汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電后部分的乏汽或抽氣，熱量相對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的乏汽大大減小，一部分用于制冷機(jī)組制冷，一部分利用熱交換器進(jìn)行熱水供暖，或者直接利用乏汽進(jìn)行提供蒸汽負(fù)荷。系統(tǒng)流程如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)中小型或者小型燃?xì)廨啓C(jī)的三聯(lián)供系統(tǒng)，研究了3種天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)配置方案，對(duì)不同方案的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]王雁凌，李 蓓，崔 航，等.天然氣分布式能源站綜合價(jià)值分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2016， 40（1）：136～142.

[2]何 忠. 天然氣分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用及探討[J]. 能源與環(huán)境， 2011（4）： 11～16.

[3]馬永貴， 鐘史明. 發(fā)展小型分散熱電聯(lián)產(chǎn)的研究與探討[J]. 能源工程， 2003（2）： 6～9.

[4]王雁凌，李 蓓，崔 航.天然氣分布式能源綜合站綜合價(jià)值分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2016（1）.

[5]劉滿平.我國(guó)天然氣分布能源發(fā)展制約因素及對(duì)策探討[J].中外能源，2014（1）.

[6]王振銘.我國(guó)天然氣分布式能源站的發(fā)展與建議[J].熱電技術(shù)，2011（3）.

[7]馮江華.在中國(guó)發(fā)展天然氣分布式能源的戰(zhàn)略意義[J].城市燃?xì)猓?011（8）.