浅谈天然气分布式能源经济可行性

浅谈天然气分布式能源经济可行性
林冬梅
【摘要】介绍了天然气分布式能源系统的概念,并以某工程项目冷、热、电三联供系统的规划方案为例,详细介绍其如何充分利用冷、热、电三联供系统的余热进行供冷供热,并将此系统的设备及运营成本与本项目若采用传统方式供电的设备及运营成本进行投资对比,简单分析出该项目的经济投资效益,论证设立冷、热、电三联供系统的可行性.
【期刊名称】《福建建筑》
【年(卷),期】2016(000)005
【总页数】4页(P102-105)
【关键词】分布式能源;燃气冷热电三联供系统;天然气分布式能源;余热;经济可行性【作者】林冬梅
【作者单位】泉州市建筑设计院有限公司厦门分公司福建厦门361004
【正文语种】中文
【中图分类】TU996
2011年国家发展和改革委员会、财政部、住房和城乡建设部、国家能源局联合发布《关于发展天然气分布式能源的指导意见》，指出天然气分布式能源在国际上发展迅速，但我国天然气分布式能源尚处于起步阶段。

推动天然气分布式能源，具有重要的现实意义和战略意义[1]。

天然气分布式能源节能减排效果明显，可以优化天然气利用，并能发挥对电网和天然气管网的双重削峰填谷作用，增加能源供应安
全性。

国内由于分布式能源正处于发展过程，对分布式能源认识存在不同的表述。

具有代表性的主要有如下两种：第一种是指将冷/热电系统以小规模、小容量、模
块化、分散式的方式直接安装在用户端，可独立地输出冷、热、电能的系统。

能源包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷、热、电三联供等多种形式。

目前，我国的天然气分布式能源技术已日趋成熟，本文通过一个项目方案仅简单分析设立冷、热、电三联供系统的经济可行性。

国际分布式能源联盟对分布式能源定义为：安装在用户端的高效冷/热电联供系统，系统能够在消费地点(或附近)发电，高效利用发电产生的废能——生产热和电；现场端可再生能源系统包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。

根据《燃气冷热电三联供工程技术规程》CJJ145-2010中燃气冷热电三联供系统
是指：布置在用户附近，以燃气为一次能源用于发电，并利用发电余热制冷、供热，同时向用户输出电能、热(冷)的分布式能源供应系统[2]。

根据《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中天然气分布式能源是指：利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率达到70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式[1]。

分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可孤网运行、并网运行、上网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。

孤网运行：燃气冷热电三联供系统，发电机独立运行的方式。

并网运行：燃气冷热电三联供系统，发电机与公共电网并列运行，不向公共电网输送电能的方式。

上网运行：燃气冷热电三联供系统，发电机与公共电网并列运行，向公共电网输送电能的方式。

余热：原动机冷却水热能及原动机排烟热能。

根据DG/TJ08-115-2008《分布式供能系统工程技术规范》燃气内燃机是指：一
种往复式运动机械，将燃气与空气注入气缸压缩混合，点火将其爆燃做功，推动活塞运行杆和曲轴，驱动发电机发电[3]。

本次介绍的工程为总建筑面积约为36万m2的商住综合体，由住宅、大型商场、影院、地下停车场、幼儿园、游泳池等配套用房组成。

其中商业建筑面积约为6
万m2，商业及影院场所电气设备安装容量约为8 550kW，实际使用电量估计最
大约为安装容量之60%，即5 130kW；商场夏天冷量最大需求为8 750kW；热
量需求约为2 700kW。

采用传统方式时设置2台1 750kW(制冷量)+2台2
100(制冷量)的离心式冷冻机制冷，设置2台5T/H的锅炉为温水泳池加热及供暖。

本项目因有商业、住宅及温水池等，全年的冷、热、电负荷较为稳定，故规划设置分布式能源系统。

为了使发电设备可长时间在最高负荷下运转，拟定规划设置一座2×2 000kW发电设施，并利用其余热在夏天时制冷，在冬天时供热，以提高能源的利用率。

采用的发电方式主要有①燃气轮机+余热锅炉+蒸汽轮机，②燃气轮机
+吸收式冷冻机，③燃气内燃机+吸收式冷冻机。

由于2 000kW机组对燃气轮机
而言，是很小的机种，一般而言，发电效率较低(单循环效率在30%以下)，且造价相对较高。

而燃气内燃机其发电效率可达40%(国外已有发电效率达48%的机台)，机台排气以及夹套冷却水则可直接以吸收式冷冻机来回收热量并制冷。

图1为使
用2 000kW燃气内燃机来发电，并利用其余热(烟道气及夹套水之热量)来供吸收
式冷冻机制冷。

本项目规划在一层开闭所附近建设一座能源站，内设2台2 000kW燃气内燃机
+2台吸收式冷冻机为商业、影院及温水泳池部分提供冷、热、电负荷的需求。

分
布式能源系统内的燃气内燃机(天然气发电机)电源供应于商场、影院，天然气发电机容量为2×2 000kW。

本发电设备采用并网而不上网的运行方式，容量不足部分由市电补给；电源采用高压10KV并入开闭所市电10KV系统。

余热在夏天时通过吸收式冷冻机制冷为商场及影院提供一部分冷量；在冬天为温水泳池加热及供暖。

商场冷量不足部分由离心式冷冻机补充，具体分析详表1及表2。

在采用2台2 000kW燃气内燃机+2台吸收式冷冻机的情况下，仅为商场提供4 200kW的冷量，还需配置空调制冷机组2×2 800kW(制冷量)离心式冷冻机，在天然气停气及在燃气内燃机检修无余热或余热不足的情况下，离心式冷水机组能提供原设计80%的制冷量。

在夏天及燃气内燃机不发电无余热的情况下，采用天然气补燃方式供热水。

采用上述燃气内燃机+吸收式冷冻机之方式，其投资费用与采用市电+离心式冷冻机方式，其投资额比较如下(表3)：
从表3得知，采用燃气内燃机+吸收式冷冻机方式的设备投资较采用市电+离心式冷冻机方式设备投资高约3.4倍；土建投资也较之大约2.6倍。

所以采用燃气内燃机+吸收式冷冻机方式前期投资较大。

基本假设：
除空调主机用电外，假定全年用电在4 000kW以上，自行发电不足部分向电网购电。

全年发电量4 000kW×14hrs/d×365=20 440 000kWH
全年供冷量平均设计负荷约8 750kW之80%估算，供冷期182d，全年供冷：8 750kW×0.8×14×182=17 836 000kWH
冬半年温水泳池及自来水加温所需热量为2 700kW，供热期为182d，全年供热2 700kW×14×182=6 879 600kWH
外购电价以1.014元/kWH计(尖峰用电及半尖峰用电之平均)，天然气价以3元/NM3计，天然气热值为36MJ/NM3。

具体分析详表4。

从表4得知，虽然采用冷热电三联供系统前期投资较传统方式高，但是由于①冷热电三联供系统利用天然气发电机组发电并利用其余热进行供冷供热，使之减少空调用电及加热费用；②采用天然气发电较市电成本低；使之全年的营运费用较之传统方式少。

根据本项目情况，采用冷热电三联供系统增加的投资额约在3年左右可回收。

依本项目冷、热、电使用情况，投资冷热电三联供系统，由于充分利用发电尾气及夹套水余热，夏天用来制冷，冬天用来制热，较传统使用外电+离心式空调可节省相当可观的操作费用，若发电机余热在夏天及冬天都能充分利用，增加的投资额约在3年左右可回收，具有良好的投资效益。

因此，本项目从经济效益来说采用天然气分布式能源是可行的。

从以上方案分析来看，若项目附近有天然气站部，天然气供应充足，用电、用热、用冷负荷都较集中，夏季以空调制冷为主、伴有部分蒸汽和生活热水需求，供冷时间长，单位面积负荷大，同时冬季供暖时间较长，如：用于人口稠密的城市商业中心、交通枢纽、住宅小区、办公楼、酒店、医院、机场、大学等，在合理的天然气价格下投资天然气分布式能源将具有良好的投资效益。