天然氣分布式能源(冷熱電三聯(lián)供)在國(guó)家會(huì)展中心的應(yīng)用

陳賢國(guó)

上海機(jī)電工業(yè)工程監(jiān)理有限公司　上海　200032

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天然氣分布式能源(冷熱電三聯(lián)供)在國(guó)家會(huì)展中心的應(yīng)用

陳賢國(guó)

上海機(jī)電工業(yè)工程監(jiān)理有限公司上海200032

天然氣分布式能源是一種新型終端能源供應(yīng)系統(tǒng)，它成功地應(yīng)用于位于上海的國(guó)家會(huì)展中心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶冷熱電三聯(lián)供。以國(guó)家會(huì)展中心為例，分析了天然氣分布式能源的組成、運(yùn)行方式及系統(tǒng)控制。清潔能源與未來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，推廣、應(yīng)用和發(fā)展分布式能源系統(tǒng)前景必將非常廣闊。

分布式能源系統(tǒng)； 冷熱電聯(lián)供； 天然氣內(nèi)燃發(fā)電機(jī)； 煙氣熱水型溴化鋰?yán)錈釞C(jī)

LiBr Cooling & Heating Machine by Flue Gas Heated Water

分布式能源系統(tǒng)(Distributed Energy System, DES)是一種直面用戶負(fù)荷中心、就近實(shí)現(xiàn)可獨(dú)立運(yùn)行的新型能源供應(yīng)系統(tǒng)。冷熱電三聯(lián)供(Combined Cooling, Heating and Power， CCHP)是在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分布式能源系統(tǒng)，它因地制宜，可滿足用戶對(duì)冷熱電負(fù)荷的不同需求，已成為傳統(tǒng)集中式能源供應(yīng)系統(tǒng)不可或缺的重要補(bǔ)充，將成為未來(lái)世界能源新技術(shù)的重要發(fā)展方向[1]。

分布式能源三聯(lián)供系統(tǒng)主要依據(jù)服務(wù)對(duì)象的能源負(fù)荷需求特性和外圍約束條件等綜合因素進(jìn)行系統(tǒng)集成，集成方案靈活多樣，具有改善電源結(jié)構(gòu)、能效高、清潔環(huán)保、用電安全可靠、削峰填谷等特點(diǎn)。因此，它具有推廣應(yīng)用價(jià)值和良好發(fā)展前景。

1　天然氣分布式能源在國(guó)家會(huì)展中心的應(yīng)用

天然氣分布式能源站建設(shè)安裝了6臺(tái)美國(guó)GE顏巴赫燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)(JMS624-4.4MW)設(shè)備，組成了分布式能源發(fā)電系統(tǒng)，其總裝機(jī)容量約為26MW，能源站自發(fā)電能滿足站內(nèi)用電，余電還能并網(wǎng)運(yùn)行。與燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)相配套的6臺(tái)江蘇雙良煙氣熱水型溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組[YRXⅡ360(95/74)-407(15/6.3)H2]設(shè)備組成了基本冷熱供系統(tǒng)，可滿足用戶對(duì)冷熱負(fù)荷的正常需求。2臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t[型號(hào)為FBD-7.0-1.0/95/70-3P(D)，寧波富爾頓熱能設(shè)備有限公司提供]和10臺(tái)離心式冷水機(jī)組(其中開利公司提供3臺(tái)，型號(hào)為19XRB-616；約克公司提供7臺(tái)，型號(hào)為YKR2R2K45 DJG/EF22)設(shè)備組成了冷負(fù)荷/熱負(fù)荷調(diào)峰系統(tǒng)，可在極冷或極熱情況下滿足用戶冷熱負(fù)荷需求，輔之蓄能裝置(2個(gè)蓄水罐)、二次水泵系統(tǒng)、冷熱煤水和循環(huán)水加藥等輔助設(shè)備系統(tǒng)。整個(gè)能源站系統(tǒng)工程可真正實(shí)現(xiàn)冷熱電三聯(lián)供,如圖1所示。

圖1　分布式能源冷熱電三聯(lián)供集成系統(tǒng)示意圖

天然氣分布式能源系統(tǒng)以冷熱電三聯(lián)供技術(shù)為基礎(chǔ)，以天然氣為主要燃料，利用燃料燃燒釋放的熱量帶動(dòng)燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行發(fā)電。燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電過程中所排出的占燃?xì)馊剂峡偘l(fā)熱量55%左右的高溫?zé)煔?達(dá)320℃以上)和余熱(缸套熱水)，用作驅(qū)動(dòng)余熱利用設(shè)備——煙氣熱水型溴化鋰?yán)錈釞C(jī)組進(jìn)行制冷/供熱的驅(qū)動(dòng)熱源，以這種方式向國(guó)展中心提供空氣調(diào)節(jié)、供冷、供熱。自發(fā)電能滿足供站內(nèi)設(shè)備之用，多余的電力還可以回饋并網(wǎng)運(yùn)行作能源互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了冷、熱、電多聯(lián)供的終端能源供給。梯級(jí)優(yōu)質(zhì)能量得到更合理的綜合利用，能效達(dá)到最大化(內(nèi)燃發(fā)電機(jī)45%+溴化鋰?yán)錈釞C(jī)組40%以上)。

2臺(tái)臥式燃?xì)鉄崴仩t熱負(fù)荷調(diào)峰設(shè)備和10臺(tái)離心式冷水機(jī)組冷負(fù)荷調(diào)峰設(shè)備的供電來(lái)源于天然氣內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的自發(fā)電。當(dāng)溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組和蓄能水罐在極冷或極熱需求的情況下還不能滿足用戶冷負(fù)荷或熱負(fù)荷的需求時(shí)，則由電制離心式冷水機(jī)組或燃?xì)鉄崴仩t為用戶輔之供冷或供熱。一旦天然氣內(nèi)燃發(fā)電機(jī)停機(jī)或維修，電制離心式冷水機(jī)組或燃?xì)鉄崴仩t還是可以通過市電供電，保證向用戶供冷或供熱。

天然氣分布式能源站整個(gè)系統(tǒng)控制包括集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System， DCS)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System， DAS)。DCS型號(hào)為maxDNA，控制軟件采用面向用戶的圖形語(yǔ)言。系統(tǒng)控制軟硬件均由南京國(guó)電南自美卓控制系統(tǒng)有限公司提供并負(fù)責(zé)聯(lián)調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組、溴化鋰機(jī)組(包括其輔助系統(tǒng)儀表)、調(diào)峰設(shè)備(離心式冷水機(jī)組、燃?xì)鉄崴仩t)、蓄能裝置(12000m3蓄水罐)，以及二次水泵系統(tǒng)、冷熱煤水和循環(huán)水加藥系統(tǒng)等的控制，完成對(duì)設(shè)備啟停、模擬調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集、聯(lián)鎖保護(hù)、報(bào)警監(jiān)視、參數(shù)監(jiān)視和調(diào)整等功能。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)按照規(guī)定的掃描周期，完成對(duì)工藝過程變量數(shù)據(jù)采集和對(duì)機(jī)組運(yùn)行所需全部數(shù)據(jù)的處理，并進(jìn)行監(jiān)視、顯示、計(jì)算、報(bào)警和記錄，定期自動(dòng)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便對(duì)歷史數(shù)據(jù)備份和檢索。DCS控制系統(tǒng)根據(jù)國(guó)展中心實(shí)際供冷或供熱工況的負(fù)荷需求自動(dòng)/手動(dòng)進(jìn)行合理有效的調(diào)控，系統(tǒng)綜合能源配置得到更合理應(yīng)用，各梯級(jí)能量合理利用，用能效率很高。

2　展望

分布式能源三聯(lián)供系統(tǒng)一般采取并網(wǎng)方式設(shè)計(jì)，外電網(wǎng)與三聯(lián)供發(fā)電機(jī)組可以互為備用，可為用戶增加一路常用供電系統(tǒng)，減少突發(fā)事件對(duì)電力供應(yīng)的威脅，提高了用戶用電的安全性與可靠性。分布式能源站一般建在需求側(cè)，就近配置能源系統(tǒng)，與傳統(tǒng)大型電站比較，不僅清潔綠色環(huán)保，而且降低電能遠(yuǎn)距離傳輸環(huán)節(jié)的網(wǎng)損(包括輸電和配電網(wǎng)的網(wǎng)損)，電力能效高。同時(shí)，也可減少大容量遠(yuǎn)距離高壓輸電線建設(shè)，減少高壓輸電線的電磁污染。分布式能源三聯(lián)供系統(tǒng)具有靈活調(diào)節(jié)與控制能力，可以充分、合理、有效地利用梯級(jí)優(yōu)質(zhì)能量，實(shí)現(xiàn)供冷、供熱和供電。與傳統(tǒng)制冷相比，能有效減輕大電網(wǎng)的負(fù)荷，降低用戶運(yùn)行費(fèi)用，整個(gè)系統(tǒng)能源利用效率得到提高，能源供應(yīng)成本下降。天然氣是一種清潔能源，合理的用氣結(jié)構(gòu)還可以減少天然氣資源浪費(fèi)，降低供氣成本。另外可以大大減少有害物的排放，大大改善環(huán)境空氣質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都得到了明顯提高。

天然氣分布式能源站大致分為樓宇型和區(qū)域型兩種。樓宇型分布式能源站主要適用于具有特定功能和用戶能源消耗具有一定規(guī)律性的寫字樓、辦公樓、大型商場(chǎng)、賓館、醫(yī)院等建筑物；區(qū)域型分布式能源站主要適用于不同建筑物能源負(fù)荷特性差異變化顯著的工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、商業(yè)中心、大學(xué)城等由多種功能建筑物構(gòu)成的區(qū)域。目前，天然氣分布式能源站主要分布于廣東、北京、上海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且環(huán)保要求高的地區(qū)[2]，這是因?yàn)椋?首先，天然氣分布式能源的發(fā)展在我國(guó)尚處于起步階段，單機(jī)發(fā)電裝置功率較小、發(fā)電效率較低且設(shè)備多為進(jìn)口，價(jià)格很貴,項(xiàng)目初期投資較大；其次，系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)要求高,與之相應(yīng)熟悉精通要求的工程技術(shù)人員較缺少；再次，系統(tǒng)要求有比較穩(wěn)定的冷熱電用戶。因此，天然氣分布式能源站應(yīng)用領(lǐng)域還遠(yuǎn)落后于世界上應(yīng)用較廣的美國(guó)、歐盟和日本等發(fā)達(dá)地區(qū)。

能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源緊缺、環(huán)境污染和氣候變化是制約當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，能源和環(huán)境問題也已成為國(guó)內(nèi)外高度關(guān)注的重大戰(zhàn)略問題。作為21世紀(jì)科學(xué)用能的最佳方式，“分布式能源的發(fā)展利用”在30年間已逐漸得到世界各國(guó)的廣泛重視，國(guó)際分布式能源聯(lián)盟主席湯姆·卡斯頓曾說過：“分布式能源的革命即將發(fā)生，將像30年前發(fā)生的綠色革命一樣產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，而在這樣一場(chǎng)革命中，最先認(rèn)識(shí)到它的人將獲得最大的收益?！狈植际侥茉聪到y(tǒng)正成為全球電力行業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向[3]。

國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在轉(zhuǎn)型過程中，上海電氣集團(tuán)擁有先進(jìn)裝備制造技術(shù)、成套設(shè)備制造與配套能力，以及優(yōu)秀的工程技術(shù)人員，發(fā)展一支從分布式能源項(xiàng)目工程的承攬、設(shè)計(jì)、完整設(shè)備供應(yīng)到設(shè)備安裝調(diào)試，直至項(xiàng)目后期維護(hù)保養(yǎng)的項(xiàng)目工程隊(duì)伍，一定會(huì)在與未來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)的清潔能源建設(shè)中發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)。

3　結(jié)束語(yǔ)

發(fā)展清潔環(huán)保的天然氣分布式能源新技術(shù)，利用中美企業(yè)將共同投資設(shè)立建筑節(jié)能基金項(xiàng)目，促成并加速美國(guó)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用，致力于提高我國(guó)能源利用效率，大幅減少在我國(guó)環(huán)境污染中仍占據(jù)較大比例的發(fā)電、鋼材、化工和水泥等關(guān)鍵行業(yè)二氧化碳及其它溫室氣體排放，這必將為推廣應(yīng)用和發(fā)展分布式能源系統(tǒng)建設(shè)創(chuàng)造一個(gè)良好契機(jī)，以適應(yīng)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型?？梢?，未來(lái)天然氣分布式能源系統(tǒng)發(fā)展前景廣闊。

[1] 徐林海.分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].科技與企業(yè),2015(14)： 229.

[2] 劉小琳，劉旭升.淺析天然氣分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)用范圍[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013,9(4)： 292-295.

[3] 陳柳欽.分布式能源發(fā)展軌跡與前景展望[J].價(jià)格與市場(chǎng),2014(3)： 40-43.

Natural gas distributed energy is a new terminal energy supply system, which is applied to the National Exhibition and Convention Center(Shanghai) successfully to realize CCHP for the users. This paper takes NECC as the sample to analyze the composition of natural gas distributed energy, its operation mode and system control. Green energy is closely related to the future development of the country’s economy. Promotion, application and development of distributed energy system will have very broad prospects.

Distributed Energy System; CCHP; Natural Gas Combustion Generator;

2015年9月

陳賢國(guó)(1955—)，男，大專，高級(jí)工程師，主要從事數(shù)控技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)工作，

E-mail： chenxianguo@hotmail.com

TE08

B

1674-540X(2016)01-030-03