某园区天然气分布式能源技术的应用分析

任 锐

（山西省工业设备安装集团有限公司，山西 太原 030032）

企业的发展大都离不开能源的利用，尤其在雾霾日渐严重的今天，能源又被赋予了更特殊的角色，不仅要节能还要清洁。然而对于山西的企业来说，以前拥有煤炭资源的优势现在却不占有优势了，除了集中供热、发电厂等行业，企业用煤供热、采暖、产蒸汽也快成为历史。

山西建筑产业现代化园区-晋东南园区（以下简称园区） 是建工集团与晋煤集团深度战略合作，共同建设的大型建筑产业项目。园区正常运行所需的直接能源有电、热、冷等，由于不能使用煤炭，对园区的能源需求提出了新的挑战。

1 概述

园区拟规划用地800 亩，分两期建设，计划总投资24.3亿元，一期工程计划建设装配式钢结构厂区、装配式综合管廊和混凝土预制构件厂区，二期工程以装饰装修一体化、新型绿色建材为主题。园区建成后可实现年产值42 亿元，上缴税费2.3 亿元，解决就业1100 余人，同时可带动钢铁、建材、物流等相关产业联动发展。

晋东南园区建设将利用智慧、绿色的分布式能源系统解决方案，对园区所有的能源进行系统规划，通过能量转换技术，实现冷、热、电等能源的相互转换，充分利用各类余能，实现能源的梯级利用，达到土地集约、功能集约、设备集约、运营集约的效果。

本项目拟建设天然气分布式能源站，实现冷热电三联供，以解决园区所需制冷、采暖、用电需求，并最大程度化节约能源、减少污染物排放。

2 电力系统

本分布式能源项目电力接入考虑为二个方案：

一方案：与公用电网相连，多余电量上网售电，不足时从网上取电。

二方案：考虑“自发自用”的电力接入和运行方式。能源站内设燃气发电机组，发电机出口电压10.5kV，接入园区10kV 配电母线，并网不上网运行。

方案比较：

一方案通过卖电获取一定的电价收益，但对本园区来讲不太适用，主要因以下原因：在天然气价格3 元/m3，上网电价0.32 元/kWh 的条件下，即使发电效率达到100%，发电成本也将达到0.36 元/kWh，在无国家及当地政府有力政策的支持下，发电上网卖电即负效益，因此不建议上网卖电。另外园区购电价为0.53 元/kWh，高于发电成本，自用电时有一定效益。

园区冷热电负荷

综上所述，电力系统采用二方案，既符合分布式能源的宗旨，也满足园区的经济利益。

3 园区冷热电负荷

从负荷表可看出，热负荷最大为4000kW，冷负荷为1100kW，电负荷为2500kW，冷热电三种负荷差别较大、且季节性负荷变化也大，另外生产负荷还与订单量有直接关系。

4 三联供方案

1） 原则：以热定电、兼顾热电平衡，热负荷以满足蒸汽负荷为主，满足其它负荷为辅。

2） 关键设备的选择：均以本项目所需机组级别比较。燃机：分为燃气轮机和内燃机，燃气轮机电效率比内燃机低，但余热品质高；内燃机电效率高，但热利用复杂，低品位热较大，对产生余热蒸汽不利。

余热锅炉：分过热蒸汽锅炉和饱和蒸汽锅炉，本项目所需蒸汽为3t/h 左右，所选余热锅炉的容量不大，如选用带过热器的锅炉，锅炉为非标产品，愿意生产制造的厂家有限且此吨位的小型锅炉厂家设计能力偏弱，大型锅炉制造企业又不愿生产。所以建议选用饱和蒸汽锅炉。

溴化锂机组：分为单效机组和双效机组，如余热品位高选用双效机组，余热品位低选用单效机组。

3） 方案选择,选用燃机时，如果方案只选用内燃机，由于内燃机产生的余热除部分产生蒸汽外，还有相当一部分为热水，该热水在夏季时利用率很低，生产生活需用量少，造成能量损失，因此不适合单独使用内燃机。如果方案只选用燃气轮机，由于冬夏负荷差别大，为满足各季节经济运行，需要设置多台燃气轮机，1MW 级燃气轮机造价高，且多为进口产品，为降低项目造价，不宜多选。因此依据本项目的实际需要，采用了不同燃机的组合方式以使造价合理，参数配合适宜。方案为：燃气轮机+内燃机+余热锅炉+溴化锂机组方式

工艺流程图如下：

天然气→燃气轮机（890kW） →3t/h 余热锅炉→工业用蒸汽3t/h（负荷需求）

天然气→内燃机（1150kW） →溴化锂冷暖机组→冷负荷1100kW/热负荷4000kW

天然气→锅炉（4.2t/h） →汽水换热机组→工业用蒸汽3t/h（负荷需求）

4） 主设备配置方案

5 供热经济性比较

5.1 能源价格表

5.2 不采用分布式综合利用，供热、供蒸汽用锅炉，制冷用电，分散购买能源费用及工程总造价见下表：

工程总造价:700 万元

5.3 分布式能源运行费用及工程总造价见下表：

机组配置方案

能源价格表

园区年运行费用

园区年运行费用

工程总造价：2500 万元

从以上表格数据可看出分布式能源工程建设费用2500万元要远高于普通锅炉房的建设费用700 万元，高出1800万元。但分布式能源的年运行费用1553.9 万元要低于分散式能源1711 万元，约147 万元。因此在使用分布式能源的情况下，多投资的工程费用可在约12 年回收回来，在以后运行时可节约年运行费用。

6 结语

如今分布式能源正在如火如荼的进行中，但从本项目也可看出天燃气分布式能源用于本园区的应用效果并不显著，项目回收期为12 年（静态回收期），如考虑动态效应则回收期更长。影响本项目效益的因素有如下几点：

1） 本地区无有利的天然气分布式能源政策，比如燃气补贴、电价补贴、建设补贴等。导致建设费用高，回收期长。

2） 分布式能源的主要设备燃气轮机，小功率级别的（低于MW 级） 生产厂家很少，设备效率等与国际发达水平差距较大，在小规模的分布式能源利用中效率低，难于产生好的经济效益，而采用进口设备又造成工程设备投资增加高。

3） 生产稳定性、负荷稳定性、冷热电负荷比例都对运行有一定影响。

因此天然气分布式能源工程的应用应立足于对各冷热电负荷的精确掌握、对当地政策的充分了解、对主要设备的灵活运用才能设计出适合项目的好方案。