淺析樓宇式天然氣分布式供能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)

余莉

(1.中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100070； 2.華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京 100070)

0 前言

近年來(lái)，天然氣分布式能源在我國(guó)發(fā)展較快，截止2015年底，我國(guó)天然氣分布式能源項(xiàng)目(單機(jī)規(guī)模≤50 MW，總裝機(jī)容量200 MW以下)共計(jì)288個(gè)，總裝機(jī)超過(guò)11 120 MW，2016年到2017年又有了較快的發(fā)展，國(guó)家能源“十三五”發(fā)展規(guī)劃到2020年天然氣分布式能源項(xiàng)目總裝機(jī)達(dá)到40 000 MW。

未來(lái)我國(guó)天然氣消費(fèi)比重不斷增加，天然氣供需形勢(shì)相對(duì)緩和，氣價(jià)形成機(jī)制逐步市場(chǎng)化，冷熱需求快速增長(zhǎng)，國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)政策、節(jié)能環(huán)保政策、電力體制改革政策均鼓勵(lì)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)展天然氣分布式能源，這些因素均為天然氣分布式能源的發(fā)展提供了有利的市場(chǎng)環(huán)境。隨著政策和機(jī)制的逐步完善，預(yù)計(jì)從2018年開(kāi)始我國(guó)天然氣分布式能源將進(jìn)入快速發(fā)展期。

1 樓宇式分布式供能可行性邊界條件分析

1.1 天然氣價(jià)格的影響

天然氣分布式供能適合在長(zhǎng)三角、珠三角及京津冀地區(qū)發(fā)展。在具有豐富天然氣資源且燃?xì)鈨r(jià)格較低的四川、陜西等地是燃?xì)夥植际侥茉窗l(fā)展需關(guān)注的區(qū)域。上述區(qū)域天然氣資源豐富，天然氣價(jià)格相對(duì)較低。通?？筛鶕?jù)燃?xì)鈨r(jià)格與購(gòu)電價(jià)格比值初步判斷項(xiàng)目是否可行。比值小于3，項(xiàng)目可積極推進(jìn)；比值3～4之間，根據(jù)方案比較結(jié)果適度推進(jìn)；比值大于4，可放棄開(kāi)發(fā)。

1.2 用戶(hù)冷熱用能時(shí)間的影響

天然氣分布式供能系統(tǒng)為用戶(hù)提供冷能、熱能和電能，系統(tǒng)全年運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短影響項(xiàng)目收益。天然氣分布式供能系統(tǒng)運(yùn)行原則是“以冷熱定電”，因此項(xiàng)目用戶(hù)的冷熱用能時(shí)間的長(zhǎng)短是項(xiàng)目可行的重要因素。通常適合分布式能源發(fā)展的地區(qū)及其冷熱用能時(shí)間為：既有供熱需要、也有供冷需求且全年供能時(shí)間不低于8個(gè)月的地區(qū)，如天津、北京等華北地區(qū)；以供冷需要為主、供熱需求較少、全年供能時(shí)間7～8個(gè)月的地區(qū)，如江浙、上海、長(zhǎng)沙、武漢等地；純供冷的區(qū)域，用冷時(shí)間不宜低于6個(gè)月，如廣東、廣西等地。

1.3 業(yè)態(tài)及規(guī)模的影響

樓宇分布式能源項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性主要受限于燃?xì)鈨r(jià)格、售電價(jià)格及冷熱價(jià)格。不同建筑之間可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰用能，為保障燃?xì)夥植际侥茉粗飨到y(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，其系統(tǒng)比較適用于城市商業(yè)綜合體，純住宅建筑不適宜采用燃?xì)夥植际侥茉垂┠芟到y(tǒng)。因經(jīng)濟(jì)供冷半徑宜控制在1 000 m以?xún)?nèi)，確定單個(gè)能源站的供能面積不宜超過(guò)100萬(wàn)m2。

商業(yè)綜合體建筑的總建筑面積超過(guò)10萬(wàn)m2，可積極推進(jìn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)；若建筑面積小于10萬(wàn)m2，應(yīng)經(jīng)詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定是否開(kāi)發(fā)。

若商業(yè)建筑面積與民用建筑面積之比大于0.5，商業(yè)建筑面積大于10萬(wàn)m2的項(xiàng)目，可積極開(kāi)發(fā)；若不滿(mǎn)足上述條件，經(jīng)詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定是否開(kāi)發(fā)。

在燃?xì)夥植际侥茉窗l(fā)展的初級(jí)階段，不建議大規(guī)模開(kāi)發(fā)純辦公類(lèi)項(xiàng)目。當(dāng)燃?xì)鈨r(jià)格與購(gòu)電價(jià)格比值小于3，規(guī)模大于20萬(wàn)m2的辦公類(lèi)項(xiàng)目，可進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定是否開(kāi)發(fā)。

2 樓宇式分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注因素

(1)供能系統(tǒng)冷、熱、電負(fù)荷的確定。冷、熱、電負(fù)荷是分布式供能系統(tǒng)設(shè)備選型的關(guān)鍵前提條件，對(duì)于分布式供能系統(tǒng)需要重點(diǎn)分析逐時(shí)和延時(shí)冷熱電負(fù)荷并提供相應(yīng)曲線(xiàn)來(lái)指導(dǎo)各類(lèi)設(shè)備的選型。

(2)內(nèi)燃機(jī)裝機(jī)規(guī)模的確定。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電量和余熱量應(yīng)與實(shí)際需求相匹配，以保障年平均能源綜合利用率大于70%。需根據(jù)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電與電網(wǎng)的接入方式合理確定余熱供熱量和調(diào)峰設(shè)備供熱量。

(3)供能系統(tǒng)的設(shè)備組成。樓宇式分布式供能系統(tǒng)的原動(dòng)機(jī)宜選用內(nèi)燃機(jī)或微燃機(jī)，余熱利用設(shè)備有煙氣熱水溴化鋰機(jī)組，調(diào)峰設(shè)備有電制冷機(jī)、燃?xì)忮仩t、直燃機(jī)、熱泵、蓄冷熱設(shè)備等。

3 能源站的布置設(shè)計(jì)要求

3.1 能源站選址及要求

從降低能源站投資的角度考慮，地上獨(dú)立建筑優(yōu)先，當(dāng)確有困難時(shí)可貼臨建筑布置，當(dāng)受條件限制時(shí)也可布置在建筑物的地下一層或首層。應(yīng)盡量布置在冷熱電負(fù)荷中心，靠近用戶(hù)配電室。要利于泄爆，泄爆口應(yīng)遠(yuǎn)離人員密集場(chǎng)所。供氣、供水外管線(xiàn)距離盡量短，排水設(shè)施方便。

3.2 建筑配套要求

能源站火災(zāi)危險(xiǎn)性為丁類(lèi)，耐火等級(jí)為二級(jí)。燃燒設(shè)備間宜在一個(gè)防火分區(qū)，電制冷及泵間宜在一個(gè)防火分區(qū)，電氣樓和辦公區(qū)域宜在一個(gè)防火分區(qū)。由于受到用地緊張的限制，考慮工程所有必須設(shè)計(jì)的功能，對(duì)建筑物進(jìn)行統(tǒng)一合并，按照功能規(guī)劃出各自的區(qū)域。

內(nèi)燃機(jī)間和燃?xì)忮仩t間一樣需要考慮泄爆，泄爆面積應(yīng)≥占地面積的10%，為減少泄爆面積，建議將燃?xì)庠O(shè)備設(shè)置于獨(dú)立的房間，并用防爆墻分隔。

調(diào)壓站原則上不能布置在地下。地下布置的能源站需在地面布置調(diào)壓箱或調(diào)壓站；地上布置的能源站，調(diào)壓站與能源站之間需滿(mǎn)足防火間距要求。

3.3 能源站的通風(fēng)降噪要求

(1)內(nèi)燃機(jī)間進(jìn)風(fēng)為燃燒空氣量及內(nèi)燃機(jī)設(shè)備的散熱風(fēng)量之和。燃燒空氣量為內(nèi)燃機(jī)的空燃比(空氣(kg/h)與天然氣(kg/h)之比)通常在30～34之間。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)熱量為單臺(tái)機(jī)組散熱量占發(fā)電量的6%～8%，內(nèi)燃機(jī)罩殼內(nèi)溫度不高于40 ℃。

(2)其他房間進(jìn)風(fēng)為設(shè)備的散熱風(fēng)量。

(3)能源站的排風(fēng)有平時(shí)排風(fēng)量和事故排風(fēng)量。平時(shí)排風(fēng)量滿(mǎn)足散熱風(fēng)量需求，事故排風(fēng)量滿(mǎn)足各防火分區(qū)的12次/h的排風(fēng)要求。

能源站降噪原則以工藝設(shè)備本身的隔音降噪為主，結(jié)合站房布置及相應(yīng)站區(qū)周邊降噪要求，滿(mǎn)足各類(lèi)工作場(chǎng)所的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)設(shè)備，通常要求設(shè)備廠(chǎng)家在內(nèi)燃機(jī)外側(cè)設(shè)置消音罩殼，以保證罩殼外1 m處噪音不大于85 dB(A)。其他設(shè)備原則上要求設(shè)備外1 m處噪音不大于85 dB(A)。

冷卻塔通常布置在建筑物的屋面，除考慮通風(fēng)問(wèn)題外，還要考慮隔音降噪問(wèn)題。

3.4 消防要求

內(nèi)燃機(jī)罩殼內(nèi)采用氣體消防，該設(shè)備通常設(shè)置于罩殼內(nèi)，由內(nèi)燃機(jī)廠(chǎng)家成套供應(yīng)。其他消防設(shè)計(jì)滿(mǎn)足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及其他行業(yè)規(guī)范要求。

3.5 內(nèi)燃機(jī)燃?xì)馊肟趬毫σ?/h3>

2 000 kW以下內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣壓力約20 kPa；2 000 kW以上內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣壓力約30～50 kPa。具體壓力尚需根據(jù)設(shè)備要求確定。

3.6 電力接入要求

樓宇式天然氣分布式供能項(xiàng)目電力接入系統(tǒng)通常采用并網(wǎng)不上網(wǎng)方式，發(fā)電自發(fā)自用。

電力接入系統(tǒng)需配置與電網(wǎng)的通訊連接，將能源站的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)發(fā)送至電網(wǎng)調(diào)度端。即需要與電網(wǎng)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)通，將有關(guān)自動(dòng)化信息，按電網(wǎng)要求上傳電網(wǎng)調(diào)度端，并接收有關(guān)信息。需將與電網(wǎng)的關(guān)口計(jì)量裝置改為雙向計(jì)量(不上網(wǎng)，則不需該雙向計(jì)量)。需要增加按關(guān)口計(jì)量要求設(shè)置的發(fā)電機(jī)發(fā)電量計(jì)量裝置。

能源站除常規(guī)的電流速斷、過(guò)電流等常規(guī)保護(hù)外，需要增加的保護(hù)有并網(wǎng)線(xiàn)路的電流差動(dòng)保護(hù)；低壓、過(guò)壓、低頻、過(guò)頻保護(hù)；并網(wǎng)不上網(wǎng)項(xiàng)目，加逆功率保護(hù)，余電上網(wǎng)項(xiàng)目，不加逆功率保護(hù)；電網(wǎng)端需要相應(yīng)的調(diào)整或增加部分保護(hù)裝置，電氣閉鎖裝置等。

4 結(jié)束語(yǔ)

樓宇式天然氣分布式能源項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性是否可行，前期項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段可以根據(jù)天然氣價(jià)格、項(xiàng)目所在區(qū)域的供能時(shí)間、供能用戶(hù)的業(yè)態(tài)及規(guī)模做出初步判斷。經(jīng)初步判斷選擇的項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段還需要重點(diǎn)論證冷熱電負(fù)荷，合理選擇系統(tǒng)的各類(lèi)設(shè)備類(lèi)型及容量，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)對(duì)能源站進(jìn)行合理的選址和布置。再優(yōu)化技術(shù)方案，從而確保項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。