天然氣三聯供技術的應用分析范文

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《建筑節能雜志》2014年第八期

1項目概況

1.1城市綜合體概述城市綜合體是將城市中的商業、辦公、居住、旅店、餐飲、會議、文娛和交通等城市生活空間的3項以上進行組合，并在各部分間建立一種相互依存、相互助益的能動關系，從而形成一個多功能、高效率的綜合體[4]。城市綜合體的冷-熱-電能源特點主要有：(1)能源需求量大：城市綜合體包括大型酒店、商業中心、高檔住所等建筑，其對于采暖、制冷和用電的需求量相對較大，一般配備獨立的能源中心。(2)能源需求穩定：城市綜合體是大眾化、高科技的集合，內部包括室內交通、通訊系統、安全防護及綜合分配系統等，能源需求相對穩定。(3)智能化要求高：城市綜合體中是一個不同能源供應方式建筑的綜合體，通過先進的智能化綜合控制管理系統實現樓宇間的數據傳輸和運行模式操作。

1.2項目介紹天然氣冷-熱-電分布式能源項目位于遼寧省沈陽市沈河區中街商業圈，為典型的城市綜合體功能性質的建筑群，包括星級酒店、大型商場、高級公寓、文化娛樂中心和辦公寫字樓等，分布式能源站供能設計建筑面積172500m2，其中地下建筑面積19500m2，地上建筑面積153000m2，設計總用電負荷16000kW。燃氣分布式能源項目根據“以電定熱”的原則和模式設計建筑的冷、熱、電的需求，對燃氣分布式能源系統設備進行整體布局和配置。

2技術優勢

2.1經濟節能天然氣分布式冷-熱-電三聯供技術實現了一種能源、多種利用方式，將天然氣燃燒做功發電過程中各個梯級階段的能量充分利用。目前，常規的能源供應方式是利用市網購電、市政管網集中供熱和中央空調機組供冷的形式，相比于常規建筑供能方式，天然氣具有良好的經濟節能優勢。圖2為單位體積天然氣通過冷-熱-電聯供運行方式經濟收益原理。

2.2低碳環保與傳統的供能方式相比，在滿足用戶同樣的能源需求的情況下，分布式能源系統所產生的CO2排放更少。為用戶提供1kW•h電量和1.2kW•h熱量，天然氣分布式供能系統排放CO2約460g，采用市政電網和燃氣鍋爐供能排放的CO2約1147g，天然氣分布式供能系統大大減少了燃煤的消耗和溫室氣體的排放。天然氣為清潔能源，燃燒后不產生粉塵、SO2等大氣污染物。

2.3穩定可靠分布式供能系統具有常用電源和備用電源的功能，可與市電形成大規模的能源互聯網，改善供電系統的安全性，在市電故障和電力檢修等突發情況下，為用戶提供安全可靠的電力供應，對于醫院、酒店、高級商場和政府部門等用戶非常重要。

2.4雙重調峰分布式供能系統對燃氣和電力有雙重削峰填谷的作用。電力高峰和燃氣低谷同時出現在夏季，采用分布式供能系統后，燃燒天然氣發電和制冷，增加夏季的燃氣使用量，減少夏季電負荷，同時，降低區域電網的供電壓力。在燃氣高峰的冬季可以利用分布式能源站消耗燃氣產生電能和采暖負荷，實現全年燃氣和電力的峰谷交錯調整。

3技術方案

3.1負荷分析建筑物的逐時冷熱電負荷是燃氣分布式能源系統設計的重要依據，也是影響三聯供系統運行方式和綜合效益的決定性因素。在能源站的設計中，合理地確定發電機裝機容量非常關鍵。目前，有兩種設計思路：以電定熱、以熱定電。①以電定熱：根據項目的用電負荷情況來確定發電機容量，根據發電機余熱所能夠提供的冷熱負荷，與建筑冷熱負荷比較，確定調峰供能設備。②以熱定電：一般應用于并網上網的項目，由于通過建筑冷熱負荷進行的設備配置選型，造成電力裝機容量過大，發電上網經濟性比較差。綜合考慮，項目采用以電定熱的運行模式。根據《燃氣冷熱電三聯供工程技術規程》中的規定，并網運行分布式能源站電力裝機容量宜為項目總電力負荷的1/3左右，同時，單臺發電機組不應大于3MW[5]。本項目的用電需求總負荷為16000kW，通過設備選型計算，確定采用3臺GE-Jenbacher-J612GS-N.L型號的燃氣發電機組，單臺發電功率1824kW，3臺并聯運行總發電容量5472kW，占項目總電力負荷的34.2%，符合設計規程的技術要求。分布式能源站提供項目部分用電負荷，不足部分由并聯電網補充。依照《采暖通風與空氣調節設計規范》和《公共建筑節能設計標準》，參照沈陽地區類似工程設計案例和經驗，確定項目單位面積熱負荷為80W/m2，單位面積冷負荷為100W/m2，同時，使用系數取0.7，項目的采暖總負荷9.66MW，制冷總負荷12.08MW。

3.2設備配置在天然氣分布式能源站內，主要包括燃氣發電機組、溴化鋰吸收式制冷機和燃氣鍋爐、電制冷空調等調峰設備，通過通信協議和程序進行運行設備之間控制和操作管理，實現整個能源站的可靠穩定運行。表2為分布式能源站主要設備參數。

3.3電力運行分布式能源站的供電系統采用并網不上網的電力運行模式，保證運行安全可靠。為便于操作維護，簡化電氣連接形式，滿足正常供電需要的同時減少投資。天然氣發電機輸出電壓為0.4kV，分別引至變配電室接在兩段母線上，與市電并網運行，并網點設在變配電室0.4kV低壓母線上，為防止發電機向電網反送電，在配電室10kV饋線處安裝逆功率保護器。

3.4控制系統天然氣分布式能源控制系統力求安全、持續和穩定，通過先進的控制方案，統籌優化冷、熱、電等能源的供應，達到最佳的運行效果。分布式能源站集中監控系統由檢測設備、遠程數據傳輸、可編程邏輯控制器和工業級別計算機組成。在燃氣分布式能源系統全功率運行并達到最大利用效率的情況下，使電空調和燃氣鍋爐盡量減少運行時間和次數，減少常規能源消耗。圖4為天然氣分布式能源站控制系統結構圖。

4效益分析

4.1經濟效益分布式能源站系統全年供電峰平時段運行，谷值時段機組停機，電力不足的部分由并網的市電補充，冷熱負荷不足部分由電空調和燃氣鍋爐調峰。燃氣發電機組年運行時間為6205h，年發電量3395萬kW•h，年發電直接收益3690萬元。能源站利用煙氣和缸套水的余熱資源，夏季提供制冷量1015萬kW•h，冬季提供制熱量1058萬kW•h。能源站年運行消耗天然氣921.4萬Nm3。項目工程總投資6356萬元，年凈收益1634萬元，年收益率25.7%，靜態投資回收年限3.89年，通過分析可見項目具有良好的經濟性。表3為項目常規能源價格表。

4.2環境效益天然氣是一種清潔環保的能源，燃燒后CO2排放量是同樣發電量火力電廠CO2排放量的40%，不產生SO2、粉塵顆粒物等大氣污染物。根據項目年發電量和余熱綜合利用，折合成標煤為8958t，減少CO2排放量23470t，減少SO2排放量76t，減少粉塵排放量89.6t，對于區域性大氣環境質量改善具有重要作用。

4.3社會效益分布式能源是國家鼓勵發展的節能環保技術，符合國家節能減排政策，可顯著提高能源綜合利用率和供能項目的綜合效益，有效改善城市及周邊地區的環境質量，開拓天然氣的合理、高效利用，緩解夏季制冷用電高峰，平衡天然氣利用，提高供電可靠性，具有明顯的能源示范模板效應，并推動區域性供能方式的可持續發展。

作者：張磊劉昌盛單位：東北師范大學環境學院沈陽偉力達工程配套設備有限公司