天然氣CCPH項目技術(shù)與應(yīng)用

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1 前言

近年來,以天然氣為燃料的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)因能源的梯級利用正在快速發(fā)展。由于天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)多分布在用戶端,存在分布過于分散、負荷波動大、系統(tǒng)長處于變負荷運行等問題,如何建立更加高效、安全與可持續(xù)的天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),成為國內(nèi)外CCHP技術(shù)工作者關(guān)注的重點。

2 天然氣分布式能源的技術(shù)應(yīng)用

2.1 樓宇型天然氣分布式能源 樓宇型天然氣分布式能源面對的是某一建筑(如醫(yī)院、學(xué)校、公共設(shè)施)的能量需求,其系統(tǒng)規(guī)模較小,由于在同一建筑內(nèi)不同用戶的需求差異不會很大,而且負荷變化方向又往往趨同,供需之間的緩沖空間不大,回旋余地就比較小;這就要求系統(tǒng)必須對用戶的能量需求變化作出即時快速反應(yīng)。為此,聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運行需要緊隨負荷負荷變化,運行工況必然要隨時進行調(diào)整,始終處于被動狀態(tài);因此對系統(tǒng)的全工況性能要求就比較高。按系統(tǒng)集成原則,宜采用輸出能量比例可調(diào)、蓄能調(diào)節(jié),同時考慮部分常規(guī)分產(chǎn)系統(tǒng)與聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化整合,以及與網(wǎng)電配合的優(yōu)化運行模式等集成措施予以協(xié)調(diào)。

2.2 區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng) 區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)面對的是一定區(qū)域內(nèi)若干建筑共同構(gòu)成的一片建筑群。建筑群的能量需求規(guī)模擴大,而且由于不同建筑的功能通常不同,相應(yīng)的能量需求及其變化也會有所不同;因此不同用戶的負荷變化很少同步,通常不會同時出現(xiàn)高峰或低谷的情況。因此聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運行時需考慮負荷的“同時使用系數(shù)”,這將加大供應(yīng)與需求之間的回旋余地,從而降低了對聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的全工況性能要求。因此當(dāng)規(guī)模適當(dāng)大時,就可以引進高效的燃氣輪機-汽輪機發(fā)電機組,實現(xiàn)燃氣、蒸汽、電力、冷氣、熱水的最佳匹配,進一步提高一次能源利用率。

3 天然氣分布式能源存在的問題與特點

3.1 負荷波動較快,機組調(diào)整不及時 CCHP能源系統(tǒng)運行即將供應(yīng)的負荷情況無法得出,只能通過長期運行經(jīng)驗預(yù)估負荷變化情況,這樣無法提前調(diào)整機組的供能負荷。例如在樓宇型CCHP系統(tǒng)下,內(nèi)燃機-溴化鋰機組提供園區(qū)的電負荷和冷負荷,空調(diào)系統(tǒng)熱慣性較大,在空調(diào)負荷變化時,及時調(diào)整或提前調(diào)整供冷機組的負荷可以減少超調(diào)情況的發(fā)生,防止空調(diào)系統(tǒng)因負荷變化發(fā)生運行參數(shù)的大幅波動。

3.2 運行模式仍存在較大的優(yōu)化調(diào)整空間 機組的運行模式或設(shè)備的負荷分配一般依靠運行人員的經(jīng)驗,所以負荷分配隨意性強,且冷熱負荷分配時往往存在一定的滯后性,易引起負荷超調(diào)。根據(jù)機組的實時特性曲線和用戶負荷情況為機組的運行模式和設(shè)備負荷分配提供優(yōu)化指導(dǎo),使能源站經(jīng)濟效益最大化。

3.3 調(diào)控機組關(guān)鍵運行參數(shù)所采用的調(diào)控策略和方法不具備自適應(yīng)性 常規(guī)控制系統(tǒng)(如DCS)的控制回路中,其控制參數(shù)一經(jīng)調(diào)試便不會改變,無自適應(yīng)負荷調(diào)節(jié)和運行方式調(diào)整功能,對于以后機組特性和工況的變化無能為力,嚴重影響機組的工作效率。

3.4 空調(diào)供水一次側(cè)和二次側(cè)流量不匹配 對于樓宇型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),能源站空調(diào)供水流量和樓宇空調(diào)水用水流量往往不匹配,導(dǎo)致空調(diào)水未經(jīng)換熱流回能源站、或換熱后的空調(diào)水直接混入分水器,造成供水溫度偏離設(shè)計溫度,這種情況可能造成水泵電耗和供能成本增加。根據(jù)負荷變化調(diào)整各個樓座的供能參數(shù),進而調(diào)節(jié)能源站空調(diào)水的供能參數(shù)使一次側(cè)和二次側(cè)保持供水平衡,有利于提高能源站的經(jīng)濟性。

3.5 機組實時特性和健康狀態(tài)未知 這是天然氣CCHP能源系統(tǒng)運行時最常遇見的問題,機組的實時效率情況無法得出,只能通過值長日志按天或月進行統(tǒng)計,這樣無法根據(jù)機組實時效率情況調(diào)整機組的運行方式。全廠機組的性能指標不具備在線實時分析功能,如實時內(nèi)燃機熱耗、制冷設(shè)備能耗,管道各種流量、壓力損耗等。這些性能指標可以粗略地指示全廠設(shè)備運行情況。

4 國內(nèi)外天然氣分布式能源發(fā)展狀況

4.1 國外天然氣CCHP能源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 歐美和日本等發(fā)達國家針對天然氣CCHP能源系統(tǒng)的研究開發(fā)較早,目前已經(jīng)掌握了相對成熟的設(shè)備開發(fā)和設(shè)計經(jīng)驗。美國在1978年執(zhí)行《公改法令》后開始倡導(dǎo)天然氣CCHP能源技術(shù),并計劃到2020年新建公共建筑群中的天然氣CCHP能源系統(tǒng)使用率達到50%,總裝機容量新增95GW。日本的天然氣CCHP能源項目主要為樓宇式CCHP能源系統(tǒng),2007年投入商業(yè)用途的天然氣CCHP能源站已經(jīng)達到5200個。歐盟國家則計劃通過發(fā)展天然氣CCHP能源系統(tǒng)減少二氧化碳排放,并實現(xiàn)到2020年能源消耗減少20%的目標。發(fā)達國家針對天然氣CCHP能源系統(tǒng)的研究主要集中在系統(tǒng)優(yōu)化、算法改進領(lǐng)域。

4.2 我國天然氣CCHP能源系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 我國的天然氣CCHP能源系統(tǒng)起步較晚,在技術(shù)方面仍存在一些不足,對天然氣CCHP能源技術(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化還停留在實驗室模擬仿真階段。目前建立了含吸收式制冷機和電制冷機的天然氣CCHP能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置模型,其中系統(tǒng)的電制冷功率與冷負荷的比例隨著系統(tǒng)電熱負荷比的變化而改變,并基于此提出一種新的運行策略。

5 展望

綜上所述,推廣應(yīng)用天然氣分布式能源技術(shù),對提高一次能源利用效率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少溫室氣體排放、降低環(huán)境污染、平衡電力、燃氣的季節(jié)性峰谷差,增加供電安全性和可靠性都有著十分重大的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。

隨著天然氣供應(yīng)量的日趨增多,智能電網(wǎng)建設(shè)步伐加快,我國已經(jīng)具備大規(guī)模發(fā)展天然氣分布式能源的條件。在當(dāng)前形勢下,燃氣企業(yè)未雨綢繆,了解天然氣分布式能源新技術(shù)及其發(fā)展趨勢,把握國家政策走向,抓住機遇,布局公司未來發(fā)展規(guī)劃,迎接挑戰(zhàn)就顯得很有必要。