陕西延长石油矿业有限责任公司 陕西西安 710000
摘要：在中国，分布式供能系统主要是指利用天然气、焦炉煤气、沼气等可燃气体为燃料，以中小型燃气轮机发电机组、燃气内燃发电机组、微型燃机为发电设备，配套余热锅炉或烟气热水型溴化锂换热机组等为余热利用设备，通过冷热电三联供等方式，实现能源的梯级利用，提高综合能源利用率，并在负荷中心就近实现能源的综合供应。文章结合某工业厂区小型燃机分布式能源站项目实例，主要探讨工业区域型供能站系统的设计及经济性。
关键词：小型燃机；分布式供能系统；经济效益
引言：分布式供能站因良好的环境效益、较高的综合能源利用率及作为传统集中电站的重要补充，日益受到各级政府部门的推崇和企业的青睐。基于此，文章对小型燃机分布式供能系统设计及经济效益进行分析，具有重要的现实意义。
一、项目概况
某地区一汽车生产工厂年用电量较高且稳定，同时汽车生产厂房全年都有稳定的蒸汽负荷需求。随着近年来我国大力推进燃煤（油）锅炉和窑炉清洁能源替代工作（即“煤改气”），该企业结合自身大量电力消耗和蒸汽负荷需求的条件及外围充足的燃气供应保障，经过方案论证和比选，最终决定采用小型燃气轮机作为动力输出设备的分布式能源系统，就近集中供应工厂用电和蒸汽。
二、分布式供能系统的定义
分布式供能系统是以天然气及生物质能、太阳能、氢能、风力和其它可再生的清洁能源为一次能源，在用户现场或靠近用户现场的小型和微型独立输出电、热（冷）能的系统。分布式供能系统的一种主要技术形式为热电联供，在有的国家也叫热电联产。根据用户类型，还可分为满足单栋建筑用能的楼宇热电联供系统和满足区域类多栋建筑用能的区域热电联供系统。分布式供能系统是小规模、小容量、模块化、分散式的高效多能源供应系统，可同时提供电力、蒸汽、热水或冷水等多种能源。典型分布式供能系统主要包括动力系统（原动机）、余热利用系统（余热冷热水机组、热交换器、余热锅炉）、控制及电力并网三部分。针对不同的用户需求，热电冷联产系统可选择的方案和形式很多。
三、负荷分析
（一）电负荷
该汽车工厂已建有一座35kV/10kV的降压站，两路35kV进线同时使用。降压站共设有4台35kV/10kV变压器，其中两台20000kVA为发动机二厂供电，两台20000kVA为汽车三厂供电。降压站4台变压器的全年的负荷特点如下：第一，全年不同季节用能差别较大；第二，在同一天的不同时段，负荷波动较为平稳。且全年呈现出办公时段用电最高，17：00降低至中间用电水平，凌晨1：00开始持续降低，凌晨5：00达到全天用电最低点，随后又开始持续升高，如此循环；第三，发动机二厂两台变压器全年用电负荷最低为6017kW，最高为14142kW。凌晨时段用电负荷集中在6000kW-8000kW之间，其他时段均高于8000kW；第四，汽车三厂两台变压器全年用电负荷最低为1709kW，最高为9813kW。凌晨时段用电负荷集中在3000kW-4000kW，其他时段集中在4000kW-5000kW之间。根据工厂电力发展规划，汽车三厂两台变压器用电负荷将增加至少2000kW，届时，汽车三厂变压器用电负荷将集中在6000kW-7000kW之间。
（二）热负荷
本分布式供能系统项目的供热范围为3个整车厂和3个发动机厂。目前该厂已建成总长约8km长的蒸汽联网管道。目前除宾馆和饭店外，3个整车厂、3个发动机厂的蒸汽管道都已联网贯通，形成以（汽车三厂1#锅炉房、发动机二厂燃气锅炉房、汽车二厂锅炉房）3个锅炉房为供应中心，全区域联网供汽。根据运行统计数据，结合原有锅炉装机容量，该厂全年的蒸汽负荷需求波动较大，最大蒸汽需求出现在冬季，约为280t/h；最低蒸汽负荷求出现在夏季，约为40t/h，该最低负荷发生在凌晨交接班阶段，每天2h左右；大部分时间的蒸汽负荷在60t/h以上，用汽点压力约在0.6MPa。
四、系统配置
（一）燃机配置
根据上述该汽车工厂电力负荷和蒸汽负荷分析结果可知，该工厂4台变压器用电量均较高，且用能相对比较平稳，因此该项目比较适合选择4台小型燃气轮机发电机组，燃气轮机发电机组的单机容量宜选在6000kW~7000kW之间，发出的电力通过并网开关柜，分别接入至35kV/10kV降压站4台变压器低压端母排下（10kV），这样既可以保证机组发出的电力并网不上网，做到自发自用，又可充分利用燃机的烟气余热资源来产生蒸汽，从而提高能源的综合利用率，保证该项目的经济效益和环境效益。
（二）燃气供应加压系统
燃气供应加压系统由稳压装置、过滤器、计量装置、紧急切断阀、监测保护系统、燃气压缩机等组成，共设4套加压系统，与燃机一一对应配置，不设备用。目前，市政燃气管网送至厂区的燃气压力为0.8MPa，需加压至2.5MPa，才能满足燃机的进气要求。
五、经济效益分析
（一）系统投资估算
项目的投资估算范围为：分布式供能站系统及其配套工程（不含室外蒸汽、燃气管网）。本分布式能源系统主要由4台燃气轮机发电机组、4台余热蒸汽锅炉、4台燃气加压机、1套CCHP智能系统及配套设备组成等组成。系统投资估算总造价为2.58×108元，单位工程造价为9692元/（kW•h）。
（二）能源与燃气价格分析
首先，市电价格。工厂实行两部制分时电价，以35kV进线计算，峰、平价时段平均价格为夏季0.9455元/（kW•h），非夏季0.9105元/（kW•h），峰、平、谷时段均价格：夏季0.7233元/（kW•h），非夏季0.7097元/（kW•h）。峰、平、谷时段划分：峰时段（8时—11时、18时—21时），平时段（6时—8时、11时—18时、21时—22时），谷时段（22时时—次日6时）。而根据我国相关条例规定，分布式能源系统用气价格：3.13元/Nm3（月耗气量80000Nm3以上）；3.23元/Nm3（月耗气量80000Nm3以下）。
（三）经济效益分析
由于谷时段电价较低，经济效益不明显，故本方案经济效益分析按照
分布式能源系统全年只在电价峰、平时段运行，谷时段停机的方式计算。
分布式供能系统经济分析表见如下：
由上表可知，本分布式能源系统年收益在7273×104元，理论上的静态投资回收期在3.6a左右，动态回收期在5a左右。
（四）总结
分布式供能站系统的设计应遵循“能源综合梯度利用”的原则，不应单单考虑发电或供冷供热，应综合考虑冷、热、电的品味及综合效率问题，从而优化系统配置。文章结合某地区汽车制造公司的实际负荷使用情况对该公司的分布式供能站的系统配置及经济效益做了介绍和分析，根据业主实际近1a来的运行结果反馈表明，该小型燃机分布式供能站的燃机配置合理，余热锅炉的蒸汽发生量持续且稳定，燃机发出的电力基本全部就地消纳，为公司创造了较好的经济效益和环境效益，也是国家分布式供能站的典型示范工程[2]。
结论
文章主要围绕小型燃机分布式供能系统设计及经济效益方面进行了详细分析，一方面希望能够促使我国小型燃机创造出更大的经济利益，另一方面也希望能够给相关人士提供参考价值[3]。
参考文献：
[1]荆有印，白鹤，张建良．太阳能冷热电联供系统的多目标优化设计与运行策略分析[J].中国电机工程学报，2016，32（20）：82-87．
[2]中国城市燃气协会分布式能源专业委员会．中国城市燃气十二五期间分布式能源发展的若干问题的研究[R].北京，2016．
论文作者:何长虹,张宏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/15
标签：分布式论文; 系统论文; 蒸汽论文; 负荷论文; 能源论文; 时段论文; 燃气论文; 《基层建设》2018年第28期论文;