分布式能源站項目方案分析

李忠民，寧麗媚，欒 明

(河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050000)

分布式能源系統(tǒng)是相對于大型區(qū)域性電廠而言的小型能量梯級型利用系統(tǒng)。由于其靠近用戶側(cè)，可有效降低電、熱、冷遠距離輸送損失，因此對于改善電源結(jié)構(gòu)、彌補大電網(wǎng)在穩(wěn)定性方面的不足、改善供電效率、提高供電質(zhì)量及供電可靠性、減輕電力工業(yè)對環(huán)境的影響、提高大電網(wǎng)的經(jīng)濟效益有著重要作用和現(xiàn)實意義［1］。

1 項目概況

該工業(yè)園區(qū)總共分3期建設完成，總建筑面積為136.39萬m3，其中1期建筑面積為70.03萬m3。工業(yè)園區(qū)現(xiàn)采用市政管網(wǎng)供應的蒸汽供能，通過熱交換站供暖和提供熱水，通過電制冷方式供冷。

由于工業(yè)園區(qū)工業(yè)及冷熱負荷需求較大，且熱網(wǎng)規(guī)劃尚不完善，為提高園區(qū)集中供冷、供熱及工業(yè)負荷能力，建設了以燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)和冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)機組為基礎(chǔ)的分布式能源系統(tǒng)［2］。該項目利用中石油西氣東輸?shù)奶烊粴馓岣吣茉蠢眯?，使用潔凈燃料以?jié)能降耗，有效改善了地區(qū)空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境，緩解了環(huán)保壓力，符合國家產(chǎn)業(yè)政策。項目建成后滿足了該工業(yè)園區(qū)冷熱負荷需求，具有較好的經(jīng)濟效益。

2 項目建設方案

能源站規(guī)劃1期裝機為3組6B燃氣輪機、余熱鍋爐、抽凝式汽輪機組 (或背壓式汽輪機組)，以滿足在建區(qū)域冷熱負荷需求。1期工程廠區(qū)總平面規(guī)劃的基本原則:建設3×6B(42 MW)級分布式能源站，并留有遠期擴建條件。主要有3臺燃氣輪機發(fā)電機組、3臺余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機組廠房、廠內(nèi)升壓站、循環(huán)水泵房及冷卻塔、化學水處理設施、綜合水泵房、廠前生活附屬建筑等設施及建筑。

在機組選型上執(zhí)行以熱 (冷)定電、充分發(fā)揮電能、優(yōu)化系統(tǒng)設備配置的原則［3］，根據(jù)工業(yè)園區(qū)1期的工業(yè)熱負荷及冬季供暖、夏季制冷負荷，選擇匹配的空調(diào)換熱器及溴化鋰制冷機，并根據(jù)所需熱負荷及工業(yè)負荷配置燃氣輪機、余熱鍋爐及汽輪機［4］。

該配置方案具備機組的靈活性、運行的獨立性、較高的供熱可靠性等優(yōu)點，可以根據(jù)負荷分布情況，使余熱鍋爐蒸汽全部進入蒸汽輪機發(fā)電，從汽輪機抽汽至蒸汽聯(lián)箱，再分別供應工藝及溴化鋰制冷機。在夜間谷電期，采用直燃機補燃以滿足冷熱負荷需求，關(guān)停1～2臺機組，廠用電和冷站等用電從網(wǎng)上下電;在白天峰電期，廠用電和冷站等用電均使用自發(fā)電。

3 項目設備參數(shù)

該系統(tǒng)配備的3臺燃氣輪機，選用南京燃氣輪機有限公司的PG6581B型，為單軸、軸流、重型燃氣輪機，壓氣機葉片級數(shù)為17級，壓比為12.2，采用1級可調(diào)葉片，3級燃機透平。該燃氣輪機主要參數(shù)見表1。蒸汽輪機選用南京燃氣輪機有限公司的C15－3.43/0.5－2型，為中壓、單缸、沖動式、抽氣凝汽式汽輪機，主蒸汽壓力為3.43 MPa，主蒸汽溫度為435℃。該汽輪機性能參數(shù)見表2。選用杭州鍋爐集團有限公司自然循環(huán)、雙壓、無補燃、臥式、露天布置的余熱鍋爐，該鍋爐的性能參數(shù)見表3(ISO工況)。

表1 PG6581B燃氣輪機參數(shù)

表2 C15－3.43/0.5－2型汽輪機參數(shù)

表3 余熱鍋爐參數(shù)

4 節(jié)能減排

1期工程采用燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組，額定供熱工況下熱效率達60%以上。選擇此類發(fā)電設備可提高能源站熱效率，降低發(fā)電標準能耗。該方案 (冷熱電三聯(lián)供)的綜合效率達70%以上，節(jié)能率達25%以上。

1期工程以清潔生產(chǎn)作為防治大氣污染的主要手段，把污染控制在生產(chǎn)源頭，是優(yōu)于污染末端控制的一種環(huán)境戰(zhàn)略方案［5］，設計燃料為天然氣，屬于清潔燃料，主要燃燒產(chǎn)物為CO2等，不產(chǎn)生煙塵和SO2(天然氣成分中沒有硫化物成分)等大氣污染物，僅產(chǎn)生少量的氮氧化物 (NOx)。燃燒室采用低氮燃燒器，煙氣中排放的NOx濃度可控制在51.25 mg/Nm3以內(nèi)，相當于燃煤電廠排放標準限值 (650 mg/Nm3)的7.9%，排放NOx總量僅為403.6 t/a，對空氣質(zhì)量影響很小。

以同等供電供熱量 (供電量與制冷量折成用電制冷所需電量之和，供熱量折成耗煤量)燃煤火電廠污染物排放量為基準計算SO2、煙塵和NOx排放量［6］。由表4可見此項目具有較好的節(jié)能減排效益。

表4 各參量排放量計算結(jié)果

5 項目運行成本

5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

a． 項目計算期為21年，其中含建設期12個月。

b． 發(fā)電能力及工業(yè)負荷:年利用時間為6 500 h，年上網(wǎng)電量為10.13億kWh，年供蒸汽為85.35 萬 t。

c． 項目總投資構(gòu)成:總投資=固定資產(chǎn)投資+流動資金。

其中固定資產(chǎn)投資包括靜態(tài)投資和建設期利息，項目資本金比例按25%計算，其余為商業(yè)貸款，貸款利率 (5年以上)為6.14%。自有鋪底流動資金占流動資金總額的30%，其它為流動資金貸款，流動資金貸款利率為5.56%。

d． 資金籌措等貸款條件:為利用國有銀行貸款項目，總投資由自有資金和銀行貸款組成，長期借款年利率為6.41%。正常運營后采用本息等額還款方式，10年還清貸款利息。

5.2 財務分析

a． 總成本費用計算

發(fā)電成本包括燃料購置費、折舊費、攤銷費、維修費、職工工資及福利費、勞保統(tǒng)籌和住房基金、保險費、利息支出和其它費用。

固定資產(chǎn)折舊采用直線法，折舊年限為15年，殘值率為5%。

項目正常運營后，年維修費用為2.5%。

工資及福利:定員70人，工資5萬元/a，職工福利費系數(shù)為60%，住房基金系數(shù)為10%。

保險費為每年固定資產(chǎn)價值的0.25%，材料費為15元/MWh，其它費用為18元/MWh。

b． 發(fā)電效益及稅費計算

按上網(wǎng)電價為0.68元/kWh(含稅)、售蒸汽價為190元/t(含稅)、燃氣購氣費為2.5元/m3測算內(nèi)部收益率。

售電增值稅稅率為17%，售蒸汽增值稅稅率為13%，燃氣購置增值稅稅率為13%。企業(yè)所得主要財務指標見表5。

5.3 考慮CDM收益

在含稅上網(wǎng)電價為0.68元/kWh的情況下如果項目能夠申請為CDM項目，那么以目前測算的發(fā)電水平為基礎(chǔ)，按照當前CDM交易市場上形成的交易價格10歐元/t CO2、匯率按1歐元兌換8.9元人民幣計算，排放稅稅率為25%，城市維護建設稅為7%，教育費附加稅為3%。

表5 財務指標匯總表

表6 財務匯總表

在含稅上網(wǎng)電價為0.68元/kWh時，不考慮CDM收益，可計算出以下財務評價指標:項目投資財務內(nèi)部收益率稅前為11.19%，財務凈現(xiàn)值稅前為22 881.45萬元，投資回收期為9.39a。

采用國家發(fā)改委公布的華北電網(wǎng)排放因子0.95 t CO2e/MWh計算，CDM項目每年收入約為3 674.23萬元，減排期按運營期為20a計算，對項目進行經(jīng)濟效益分析，計算結(jié)果見表6。

如果本工程能成功注冊為CDM項目，將大大改善收益狀況:項目投資稅后內(nèi)部收益率為12.31%，高于電力行業(yè)基準內(nèi)部收益率8%;財務凈現(xiàn)值為30 944萬元;投資回收期為8.74a?？梢娫贑DM項目支持下內(nèi)部收益率大大提高，建議對項目進行CDM項目開發(fā)。

6 結(jié)束語

采用6B機組分布式能源方案抽汽量大、蒸汽負荷大，導致廠發(fā)電效果差，因此余熱鍋爐蒸汽全部減溫減壓后供熱。

建議采用2臺9E級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，單臺機組經(jīng)濟抽汽量可達75 t，余熱鍋爐尾部加裝受熱面產(chǎn)生制冷，用熱水可進一步提高能源利用效率。如果項目能夠在聯(lián)合國CDM執(zhí)行理事會成功注冊，按照10歐元/t CO2的交易價格，可將減排量出售給發(fā)達國家，實施階段CDM項目凈收益約為8.4歐元/t CO2，每年減排收益約為3 674萬元。

系統(tǒng)運行后，設備排放污染小，環(huán)保效果明顯，符合國家的“節(jié)能減排”政策，為發(fā)展分布式能源、建設低碳社會邁出了具有非常意義的一步。

［1］ 羅必雄．分布式能源站的系統(tǒng)集成與優(yōu)化運行研究 ［J］．電力技術(shù)，2010，19(7):7－9．

［2］ 徐林德．分布式能源系統(tǒng)設計優(yōu)化分析 ［J］．能源工程，2007，27(5):30－33．

［3］ 劉翠玲，張小東．分布式能源—中國能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2009，19(21):125－127．

［4］ 姚景林，曹小林．分布式能源系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ［J］．沈陽工程學院學報，2007，3(1):7－9．

［5］ 張洪偉，龍 妍，黃素逸．分布式能源系統(tǒng)的方案選擇及性能分析［J］．暖通空調(diào)，2004，34(5):47－51．

［6］ 焦永剛，尤占平，郝長生．分布式能源系統(tǒng)在某藥廠的應用方案分析［J］．制冷與空調(diào)，2008，8(B06):77－79．