燃气分布式能源系统及工程应用

燃气分布式能源系统及工程应用

李云飞

（中国中轻国际工程有限公司北京市100026）

摘要：“十二五”以来，国家及部分省市陆续出台了一系列法律、法规、规划、标准等相关文件，为积极扶持和推动分布式能源发展奠定了良好的基础。本文主要从燃气分布式能源系统的原理、特点及发展应用等方面，阐述了其能源利用率高，低碳环保等优势。

关键词：天然气分布式能源；梯级利用；能源利用率

一、燃气分布式能源系统介绍

燃气分布式能源系统是一种新型的能源系统，其主要是指以天然气作为一次能源的分布式热电二联供和冷热电三联供系统，以此实现能源的梯级利用，其综合能源利用效率在70%以上。它一般建于用户附近，减少了输配系统的投资和能量损失，是更高效、更可靠和更加环保的能源系统。

二、燃气分布式能源系统的工作原理

2.1系统主要设备

燃气分布式能源系统主要设备包括燃气轮机（或者内燃机）、发电机、余热锅炉（蒸汽或者热水型）、换热机组、溴化锂机组（蒸汽型、热水型、烟气型）等。

2.2系统工作原理

符合燃机（燃气轮机或者内燃机）燃烧要求的天然气（管道气进燃气轮机需要增压，进内燃机需要调压），与空气一起进入燃机后混合、爆燃，高温烟气推动燃机涡轮做工，燃机带动发电机发电。燃机排放的高温烟气引入余热锅炉，锅炉产生蒸汽或者热水，供生产生活用。

三、燃气分布式能源项目特点

与传统供能方式相比，分布式能源项目具有以下的特点：

（1）优化能源结构

燃气分布式能源系统主要以天然气清洁能源为一次能源，符合国家能源规划和节能减排政策，利于改善和优化我国长期以来以煤炭为主的能源结构，并且天然气在分布式能源的应用还有利于提高输气管线的利用率，平衡夏季天然气冗余，冬季天然气供气短缺的消耗不平衡，消峰填谷缓解电力紧张。

（2）提高能源综合利用效率

从理论上说，“大机组、大电网、超高压”的集中式能源模式是高效的，然而这仅仅是在转换和输送环节，如果从整个能源系统分析结论并非如此。与之相比，燃气冷、热、电分布式能源不仅可以同时向用户提供冷、热、电等多种能源供应方式，而且实现了优质的天然气能源的梯级和高效利用，有效提高能源的综合利用效率，是节约能源、提高能源利用效率、增加能源供应，应对能源短缺、能源危机和能源安全问题的有效途径。

（3）输配电损小、经济效益较高

由于燃气冷热电分布式能源系统采用燃气轮机、内燃机等发电设备，并与供热、制冷、生活热水等装置组成燃气冷热电分布式能源系统，规模一般都比较小，使用户自主解决能源供应，通过提高能源综合利用效率，从而减少能源费用支出的一种能源投资收益方式，因此其投资回报率一般比较高，系统相对单位功率初投资较少，运行维护方便。同时，燃气冷热电分布式能源系统一般依靠用户侧安装，就近供电、供热及供冷，不仅可以省去长途输送电设施、多层变电、配电系统的电网建设，还提高供电可靠性，优化电力系统，降低输变电损耗。

（4）低排放、环境效益提高

燃气冷、热、电分布式能源系统环保性能好，采用天然气做燃料，减少有害物的排放总量，由于实现了优化能源梯级合理利用，SO2和固体废弃物排放几乎为零，温室气体、CO2减少50%以上，NOx减少80%，总悬浮颗粒物减少95%，具有明显的减排效果。同时燃气冷、热、电分布式能源系统可以采用脱氮、脱二氧化碳及其他辅助减排技术，大大减少了有害气体排放，达到更好的环保效益。由于燃气冷、热、电分布式能源取消了大容量远距离高电压输电线的建设，由此不仅减少了高压输电线的电磁污染，实现绿色经济。

（5）提高功能安全性和可靠性

燃气冷、热、电分布式能源是布置在用户端的能源系统，与利用太阳能、水能、风能等受地理气候条件影响相比，在供能安全及可靠方面具有较高的运行灵活性。在公用电网故障时，可自动与公用电网断开，独立向用户供电，提高了用户自身的用电可靠性；当所在地用户出现故障时，可主动与公用电网断开，减少了对其他用户的影响。

四、工程实例介绍

本工程为某饮料生产企业厂区内的分布式能源站。企业全年生产期（7月～9月、12月～次年2月）正常生产运行时间大于4000小时，加上企业战略调整，车间将在非生产期根据生产任务随时启动生产；采暖季（11月～次年3月）需维持办公生活建筑及车间温度要求，采暖时间约2880h，故工程天然气分布式能源项目的年利用小时数按4320h计。项目生产用最大蒸汽量25.6t/h，最小蒸汽量12t/h，平均蒸汽量19.6t/h；采暖用蒸汽3.6t/h；最大耗电量5625KW，平均耗电量3625KW。

本工程生产用热以蒸汽为主，根据燃机余热利用特点，本项选用燃气轮机。根据以热定电、热电平衡、燃机满发的原则及实际生产情况，项目选用2台2MW燃气轮机，配套2台7t/h蒸汽型余热锅炉，以此承担生产运行中的的基本热负荷和基本电负荷；生产用蒸汽及电力不足部分由燃气蒸汽锅和市电补充。余热锅炉及燃气蒸汽锅炉额定压力1.0MPa,额定蒸汽温度184℃。另配套1台10t/h蒸汽锅炉，和一台15t/h蒸汽锅炉。燃气蒸汽锅炉承担余热锅炉的补给及燃机故障时的供汽任务。正常生产季节，燃气轮机+余热锅炉的二联供系统主要生产数据如下：年利用小时数4320h；年发电量17.159GWh；年供热量14.5万GJ；年燃料耗量718.8万Nm3。

根据规范CJJ145-2010《燃气冷热电三联供工程技术规程》，本工程联供系统的年平均能源综合利用率：

η===

＞70%满足规范要求。

结束语

燃气分布式能源系统在提高能源综合利用率和减少空气污染物排放量方面具有很大的潜力：据有关专家估算，如果将现有建筑实施燃气冷热电联供机组的比例从4%提高到8%，到2020年CO2的排放量将减少30%，有利于环境保护。

但是，由于分布式能源站的特点是靠近用户，往往布置在城市小区、公共场所、甚至在建筑物内，这就对运行的安全和环保提出了更高的要求。在设备选择和噪声防治方面需要重点关注，这无疑会加大设备采购和噪声处理方面的费用，提高了项目的初投资。但是分布式冷热电联供系统没有额外的燃料或能源成本，仅仅是回收动力装置的余热。只要解决了并网问题，设计合理，运行良好，就可以使联产系统项目的节能、经济效益得到最充分的发挥。

综上所述，发展分布式冷热电联供系统，为实现我国短期内大幅度降低能源消耗，减少环境污染，加强能源安全，优化能源结构起到积极作用，是解决我国能源与环境问题宏伟目标的重要技术途径。

参考文献

[1]CJJ145-2010，燃气冷热电三联供工程技术规程[S].

[2]GB51131-2016，燃气冷热电联供工程技术规范[S].

[3]DL／T5508-2015，燃气分布式供能站设计规范[S].

[4]付林,李辉等.天然气热电冷联供技术及应用[M].中国建筑工业出版社.2008.