天然气分布式能源(冷热电三联供)在国家会展中心的应用

陈贤国

上海机电工业工程监理有限公司　上海　200032



天然气分布式能源(冷热电三联供)在国家会展中心的应用

陈贤国

上海机电工业工程监理有限公司上海200032

天然气分布式能源是一种新型终端能源供应系统，它成功地应用于位于上海的国家会展中心，实现了对用户冷热电三联供。以国家会展中心为例，分析了天然气分布式能源的组成、运行方式及系统控制。清洁能源与未来国家经济发展息息相关，推广、应用和发展分布式能源系统前景必将非常广阔。

分布式能源系统； 冷热电联供； 天然气内燃发电机； 烟气热水型溴化锂冷热机

LiBr Cooling & Heating Machine by Flue Gas Heated Water

分布式能源系统(Distributed Energy System, DES)是一种直面用户负荷中心、就近实现可独立运行的新型能源供应系统。冷热电三联供(Combined Cooling, Heating and Power， CCHP)是在热电联产系统基础上发展起来的一种分布式能源系统，它因地制宜，可满足用户对冷热电负荷的不同需求，已成为传统集中式能源供应系统不可或缺的重要补充，将成为未来世界能源新技术的重要发展方向[1]。

分布式能源三联供系统主要依据服务对象的能源负荷需求特性和外围约束条件等综合因素进行系统集成，集成方案灵活多样，具有改善电源结构、能效高、清洁环保、用电安全可靠、削峰填谷等特点。因此，它具有推广应用价值和良好发展前景。

1　天然气分布式能源在国家会展中心的应用

天然气分布式能源站建设安装了6台美国GE颜巴赫燃气内燃发电机(JMS624-4.4MW)设备，组成了分布式能源发电系统，其总装机容量约为26MW，能源站自发电能满足站内用电，余电还能并网运行。与燃气内燃发电机相配套的6台江苏双良烟气热水型溴化锂冷热水机组[YRXⅡ360(95/74)-407(15/6.3)H2]设备组成了基本冷热供系统，可满足用户对冷热负荷的正常需求。2台燃气热水锅炉[型号为FBD-7.0-1.0/95/70-3P(D)，宁波富尔顿热能设备有限公司提供]和10台离心式冷水机组(其中开利公司提供3台，型号为19XRB-616；约克公司提供7台，型号为YKR2R2K45 DJG/EF22)设备组成了冷负荷/热负荷调峰系统，可在极冷或极热情况下满足用户冷热负荷需求，辅之蓄能装置(2个蓄水罐)、二次水泵系统、冷热煤水和循环水加药等辅助设备系统。整个能源站系统工程可真正实现冷热电三联供,如图1所示。

图1　分布式能源冷热电三联供集成系统示意图

天然气分布式能源系统以冷热电三联供技术为基础，以天然气为主要燃料，利用燃料燃烧释放的热量带动燃气内燃发电机设备运行发电。燃气内燃发电机运行发电过程中所排出的占燃气燃料总发热量55%左右的高温烟气(达320℃以上)和余热(缸套热水)，用作驱动余热利用设备——烟气热水型溴化锂冷热机组进行制冷/供热的驱动热源，以这种方式向国展中心提供空气调节、供冷、供热。自发电能满足供站内设备之用，多余的电力还可以回馈并网运行作能源互补，实现了冷、热、电多联供的终端能源供给。梯级优质能量得到更合理的综合利用，能效达到最大化(内燃发电机45%+溴化锂冷热机组40%以上)。

2台卧式燃气热水锅炉热负荷调峰设备和10台离心式冷水机组冷负荷调峰设备的供电来源于天然气内燃发电机的自发电。当溴化锂冷热水机组和蓄能水罐在极冷或极热需求的情况下还不能满足用户冷负荷或热负荷的需求时，则由电制离心式冷水机组或燃气热水锅炉为用户辅之供冷或供热。一旦天然气内燃发电机停机或维修，电制离心式冷水机组或燃气热水锅炉还是可以通过市电供电，保证向用户供冷或供热。

天然气分布式能源站整个系统控制包括集散控制系统(Distributed Control System， DCS)和数据采集系统(Data Acquisition System， DAS)。DCS型号为maxDNA，控制软件采用面向用户的图形语言。系统控制软硬件均由南京国电南自美卓控制系统有限公司提供并负责联调，可以实现对燃气内燃发电机组、溴化锂机组(包括其辅助系统仪表)、调峰设备(离心式冷水机组、燃气热水锅炉)、蓄能装置(12000m3蓄水罐)，以及二次水泵系统、冷热煤水和循环水加药系统等的控制，完成对设备启停、模拟调节、数据采集、联锁保护、报警监视、参数监视和调整等功能。同时，数据采集系统(DAS)按照规定的扫描周期，完成对工艺过程变量数据采集和对机组运行所需全部数据的处理，并进行监视、显示、计算、报警和记录，定期自动对历史数据进行存储，以便对历史数据备份和检索。DCS控制系统根据国展中心实际供冷或供热工况的负荷需求自动/手动进行合理有效的调控，系统综合能源配置得到更合理应用，各梯级能量合理利用，用能效率很高。

2　展望

分布式能源三联供系统一般采取并网方式设计，外电网与三联供发电机组可以互为备用，可为用户增加一路常用供电系统，减少突发事件对电力供应的威胁，提高了用户用电的安全性与可靠性。分布式能源站一般建在需求侧，就近配置能源系统，与传统大型电站比较，不仅清洁绿色环保，而且降低电能远距离传输环节的网损(包括输电和配电网的网损)，电力能效高。同时，也可减少大容量远距离高压输电线建设，减少高压输电线的电磁污染。分布式能源三联供系统具有灵活调节与控制能力，可以充分、合理、有效地利用梯级优质能量，实现供冷、供热和供电。与传统制冷相比，能有效减轻大电网的负荷，降低用户运行费用，整个系统能源利用效率得到提高，能源供应成本下降。天然气是一种清洁能源，合理的用气结构还可以减少天然气资源浪费，降低供气成本。另外可以大大减少有害物的排放，大大改善环境空气质量，经济效益和社会效益都得到了明显提高。

天然气分布式能源站大致分为楼宇型和区域型两种。楼宇型分布式能源站主要适用于具有特定功能和用户能源消耗具有一定规律性的写字楼、办公楼、大型商场、宾馆、医院等建筑物；区域型分布式能源站主要适用于不同建筑物能源负荷特性差异变化显著的工业产业园区、商业中心、大学城等由多种功能建筑物构成的区域。目前，天然气分布式能源站主要分布于广东、北京、上海等经济发达且环保要求高的地区[2]，这是因为： 首先，天然气分布式能源的发展在我国尚处于起步阶段，单机发电装置功率较小、发电效率较低且设备多为进口，价格很贵,项目初期投资较大；其次，系统应用技术要求高,与之相应熟悉精通要求的工程技术人员较缺少；再次，系统要求有比较稳定的冷热电用户。因此，天然气分布式能源站应用领域还远落后于世界上应用较广的美国、欧盟和日本等发达地区。

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，能源紧缺、环境污染和气候变化是制约当今世界经济和社会可持续发展的重要因素，能源和环境问题也已成为国内外高度关注的重大战略问题。作为21世纪科学用能的最佳方式，“分布式能源的发展利用”在30年间已逐渐得到世界各国的广泛重视，国际分布式能源联盟主席汤姆·卡斯顿曾说过：“分布式能源的革命即将发生，将像30年前发生的绿色革命一样产生深远的影响，而在这样一场革命中，最先认识到它的人将获得最大的收益。”分布式能源系统正成为全球电力行业和能源产业的重要发展方向[3]。

国家产业结构正在转型过程中，上海电气集团拥有先进装备制造技术、成套设备制造与配套能力，以及优秀的工程技术人员，发展一支从分布式能源项目工程的承揽、设计、完整设备供应到设备安装调试，直至项目后期维护保养的项目工程队伍，一定会在与未来国家经济发展息息相关的清洁能源建设中发挥出更大的优势。

3　结束语

发展清洁环保的天然气分布式能源新技术，利用中美企业将共同投资设立建筑节能基金项目，促成并加速美国技术与经验在中国市场的应用，致力于提高我国能源利用效率，大幅减少在我国环境污染中仍占据较大比例的发电、钢材、化工和水泥等关键行业二氧化碳及其它温室气体排放，这必将为推广应用和发展分布式能源系统建设创造一个良好契机，以适应向低碳经济转型。可见，未来天然气分布式能源系统发展前景广阔。

[1] 徐林海.分布式能源系统应用研究[J].科技与企业,2015(14)： 229.

[2] 刘小琳，刘旭升.浅析天然气分布式能源系统的设计要点和应用范围[J].沈阳工程学院学报(自然科学版)，2013,9(4)： 292-295.

[3] 陈柳钦.分布式能源发展轨迹与前景展望[J].价格与市场,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

陈贤国(1955—)，男，大专，高级工程师，主要从事数控技术和自动化技术工作，

E-mail： chenxianguo@hotmail.com

TE08

B

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