吳垠，彭爽，許忠耿

（1.重慶燃?xì)馀嘤?xùn)學(xué)院，重慶 400050；2.重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司供氣分公司，重慶 400020；3.重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司管道維護(hù)分公司，重慶 400020）

0 引言

早在2011年10月，我國便下發(fā)了《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》，以此來推動(dòng)和加快國內(nèi)的天然氣分布式能源發(fā)展及應(yīng)用，從而緩解日益嚴(yán)重的能源消耗及環(huán)境污染問題[1]。天然氣分布式能源站屬于是一種通過小型設(shè)備來給用戶供給天然氣能源的新型利用模式。這種模式相對(duì)于傳統(tǒng)集中式能源系統(tǒng)而言，與用戶距離更近，無需再構(gòu)建大電網(wǎng)實(shí)施遠(yuǎn)距離高壓或者超高壓電力輸送，能夠有效減小線損，并節(jié)約相應(yīng)的投資成本。同時(shí)，在分布式能源系統(tǒng)中，天然氣燃燒可產(chǎn)生高品位熱量進(jìn)行發(fā)電，且余熱也可以轉(zhuǎn)換成蒸汽供用熱企業(yè)使用，既有效提高了天然氣的利用價(jià)值及利用率，也實(shí)現(xiàn)了天然氣的梯級(jí)利用[2]。

1 天然氣分布式能源站的工作原理及系統(tǒng)組成

分布式能源屬于是分布于用戶端，且裝機(jī)規(guī)模相對(duì)比較小，生產(chǎn)的能源就地消納，可再生能源及能源綜合利用系統(tǒng)的總稱。天然氣分布式能源是當(dāng)下國內(nèi)分布式能源發(fā)展主要形式之一[3]。

天然氣分布式能源站的建設(shè)是把天然氣當(dāng)作一次能源用于發(fā)電，同時(shí)將發(fā)電的余熱再用于制冷或供熱，以此來達(dá)到天然氣梯級(jí)利用的目的，這樣可以使綜合能源利用率達(dá)到70%以上。燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)是天然氣分布式能源站中最為主要且常用的動(dòng)力設(shè)備，其工作原理如下圖1、圖2所示。同時(shí)，在天然氣分布式能源站中也配有電制冷機(jī)、燃?xì)忮仩t、蓄冷或蓄熱等輔助設(shè)備，必要的情況下也會(huì)配有太陽能、生物質(zhì)能及燃料電池等新型清潔能源技術(shù)，這主要是為了預(yù)防燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)或燃?xì)馄啓C(jī)出現(xiàn)停機(jī)或故障時(shí)無法持續(xù)穩(wěn)定制冷或供熱，并且也能滿足調(diào)峰和削峰填谷的需要，從而增強(qiáng)天然氣分布式能源站運(yùn)行的穩(wěn)定性。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)工作原理示意圖

圖2 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)工作原理示意圖

2 天然氣分布式能源站的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

就天然氣分布式能源站而言，其跟普通熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組是有著本質(zhì)區(qū)別的，天然氣分布式能源站主要是為滿足用戶冷熱負(fù)荷要求而建的，發(fā)電只是其附屬工作。在建設(shè)天然氣分布式能源站時(shí)，應(yīng)根據(jù)“以熱（冷）定電、熱（冷）電平衡”的原則，綜合考慮目標(biāo)區(qū)域中用戶冷、熱、電負(fù)荷特性曲線、系統(tǒng)運(yùn)行方式及運(yùn)行時(shí)間來確定分布式能源站的供能系統(tǒng)容量，確保環(huán)保效益及經(jīng)濟(jì)效益雙豐收[4]。

2.1 環(huán)保效益

就天然氣組成成分來說，其主要是甲烷，燃燒中沒有粉塵、灰渣及SO2等物質(zhì)產(chǎn)生，屬于是一種清潔能源，具有良好的環(huán)保效益。同時(shí)，天然氣分布式能源站的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)天然氣的梯級(jí)利用，有效提高天然氣的利用效率及價(jià)值，有利于節(jié)能減排。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）相對(duì)于傳統(tǒng)集中式的能源系統(tǒng)而言，天然氣分布式能源站能夠修建在目標(biāo)符合區(qū)域周邊，這樣既能避免和減小能源輸送中的損失，也能使輸配電系統(tǒng)投資得到合理降低。（2）應(yīng)用天然氣分布式能源站進(jìn)行區(qū)域供冷或者供熱時(shí)，能夠根據(jù)不同類型建筑的具體使用要求，來合理地減小冷熱源設(shè)備的裝機(jī)容量，降低建設(shè)投資成本。同時(shí)，為了滿足區(qū)域供能的規(guī)模效應(yīng)需求，冷熱源設(shè)備通常都是高效運(yùn)行的，這樣有利于減小運(yùn)行成本。（3）天然氣分布式能源站通常會(huì)結(jié)合蓄能技術(shù)一起應(yīng)用，這樣既能達(dá)到燃?xì)?、電力的雙重“削峰填谷”，也能使得電網(wǎng)及燃?xì)夤芫W(wǎng)峰值負(fù)荷合理減小，從而實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 天然氣分布式能源站系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程概況

某學(xué)校建設(shè)新的校區(qū)，占地面積約60萬m2，總的建筑面積約為75萬m2，共計(jì)有52棟單體建筑，主要分為教學(xué)區(qū)及生活區(qū)兩部分。該學(xué)校設(shè)計(jì)的空調(diào)最大冷負(fù)荷為78MW，最大熱負(fù)荷為46.8MW，生活熱水耗熱量為9.2MW。每棟單體建筑的空調(diào)系統(tǒng)均以水系統(tǒng)為主，且為風(fēng)機(jī)盤+新風(fēng)的空調(diào)方式；而個(gè)別大的多功能教室及圖書館等空間比較大地方則選用全空氣系統(tǒng)；另外像消控中心、弱電機(jī)房和一些特殊的實(shí)驗(yàn)室等地方根據(jù)實(shí)際需要選用的是VRV空調(diào)、分體空調(diào)或者恒溫恒濕空調(diào)等氟空調(diào)系統(tǒng)[5]。

該學(xué)校采用天然氣分布式能源站作為冷熱源，并設(shè)置于學(xué)校的東北角。該天然氣分布式能源站共計(jì)占地約6000m2，以單層為主，局部為兩層，每年大約需要消耗天然氣928萬m3，年利用小時(shí)約2895h，每年供冷量約為14.3萬GJ，每年供暖量約為4.6萬GJ，每年供生活熱水熱量約1.6萬GJ，每年發(fā)電總量約為4120萬kWh，能源綜合利用率可達(dá)到70%以上。

3.2 天然氣分布式能源站的設(shè)備配置及工藝技術(shù)

該天然氣分布式能源站選用的是以天然氣為一次能源的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。在“冷（熱）定電、欠匹配設(shè)計(jì)”和“發(fā)電并網(wǎng)”原則基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)電后的余熱進(jìn)行制冷及制熱，實(shí)現(xiàn)天然氣能源最大化利用的同時(shí)，促使能源站保持高效運(yùn)行。為滿足學(xué)校的負(fù)荷變化需求，在余熱利用為主的基礎(chǔ)上，配備了冷熱調(diào)峰設(shè)備，以保障校區(qū)內(nèi)的所有冷熱負(fù)荷需求都能得到滿足。該天然氣分布式能源站的供冷方案選用的是分布式功能系統(tǒng)余熱利用+電制冷機(jī)組的模式，供暖方案選用的是分布式供能系統(tǒng)余熱利用+燃?xì)鉄崴仩t的模式。具體工藝流程如下圖3所示。

圖3 能源中心系統(tǒng)工藝流程圖

通過技術(shù)對(duì)比及經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算，該分布式能源站選用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿υO(shè)備，計(jì)劃構(gòu)建5×4.4MW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，前期先建設(shè)3×4.4MW機(jī)組。余熱利用設(shè)備選用的是煙氣熱水型溴化鋰機(jī)組，冷熱調(diào)峰設(shè)備選用的是電制冷機(jī)組+燃?xì)忮仩t，主要設(shè)備的具體配置情況如下表1所示。

表1 天然氣分布式能源站的主要設(shè)備配置情況

3.3 應(yīng)用效果

該學(xué)校通過應(yīng)用上述天然氣分布式能源系統(tǒng)，不僅為學(xué)校提供了足夠的冷熱水，而且也實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，能源綜合利用率也達(dá)到了70%以上的目標(biāo)，再加上其他配套設(shè)備及技術(shù)，為學(xué)校帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省成本約100萬。同時(shí)，該天然氣分布式能源站已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行了三個(gè)供冷周期及兩個(gè)采暖周期了，運(yùn)行良好且穩(wěn)定。

4 結(jié)語

綜上所述，在我國，天然氣分布式能源站已成為國家能源戰(zhàn)略發(fā)展及緩解環(huán)境污染的必然趨勢(shì)及途徑，同時(shí)，也對(duì)大電網(wǎng)發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用，因此，不管是從國家層面還是天然氣企業(yè)層面都要加大對(duì)天然氣分布式能源站重視及支持。但是也要認(rèn)識(shí)到天然氣分布式能源的發(fā)展也不是一蹴而就的，發(fā)展過程中也會(huì)遇到各種問題及坎坷。對(duì)此，我們要堅(jiān)定信念，對(duì)天然氣分布式能源發(fā)展做好規(guī)劃設(shè)計(jì)，并整合各種有利資源推動(dòng)天然氣分布式能源實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健快速發(fā)展，進(jìn)而加快我國實(shí)現(xiàn)建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的宏偉目標(biāo)。