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浅谈天然气分布式能源系统应用
燃气安全网 2015-10-08 阅读:1370

近年来,我国天然气供给能力迅速增强,天然气供给多渠道供应:一是国内气田开采,二是国内煤层气开采、三是国内页岩气开采、四是国外管道气进口,五是国外液化天然气进口。为未来天然气充足供应奠定了基础。加快非煤能源发展、努力降低煤炭占一次能源的比例,是当前和今后一个时期国家能源战略的重要目标。

天然气是公认清洁能源,燃烧排放的二氧化硫、硝基化合物等污染物几乎为零,改善空气质量,提升居民生活品质。天然气分布式能源系统冷热电联供能源综合能源利用率可达70%以上,远高于燃气轮机简单循环发电和超临界燃煤纯凝机组的能源利用率。

下面就天然气分布式能源系统设计原则、系统工作原理及特点和实际应用三个方面进行探讨。

1 系统设计原则

当前绿色节能环保系统设计的理念里,对于一个区域的供能方式已经相比传统发生了较大的变化,根据各种用能单位的不同需求情况,采用组合能源系统形式进行供能,以适宜不同功能区域的用能特点,充分发挥每一种能源供应方式的优势。

针对分布式能源系统,我们采用以下设计原则:

①绿色低碳原则。分布式能源系统定位是保证用能单位内部的低碳实现。因此,能源系统需选用能源效率高、CO2和NOx排放低的环境友好型系统和设备。

②平稳用电原则。传统采用电空调系统空调电力负荷是通常用电负荷的两到三倍;因此,采用分布式能源系统提供自用电,减少市电的容量申请。

③智能供能原则。区域供能可通过采用先进高效的供能技术,利用区域内不同用能规律的互补性,实现用能智能调度,降低供能系统投资和土地占用,提高能源利用效率。

④分布式能源系统站为核心原则。分布式能源系统站是多个分布式能源系统形成智能电网,相对传统的单独供能方式,具有以下优点:

a经济性。若要满足用户3.5度电和0.1吨热水的需求,采用分布式能源需要消耗1立方天然气,采用电网供电和锅炉供热时,需要购电3.5度和消耗0.55立方天然气。

b安全性。分布式能源系统具有备用电源的功能,可与大电网构成电力智能补充,改善供电系统的安全性,在意外灾害、市电故障、电力检修等情况下,为用户提供独立、安全可靠地电力供应,对于医院、高等级宾馆和重要政府部门等用户,尤其需要。

c节能性。与传统的单独供能方式相比,要满足用户同样的能源需求,分布式能源系统所消耗的一次能源更少。

以供热工况为例,用户需要的电力为35能源单位,热量为50能源单位,当采用分布式能源系统为用户供能时,一次能源输入为100能源单位;当采用电网、锅炉单独为用户供能时,一次能源输入为155.5能源单位,因此,分布式能源系统比传统单独供能节约55.5能源单位,节能约35%。

d环保性。与传统的单独供能方式相比,要满足用户同样的能源需求,分布式能源系统所产生的CO2更少,同样为用户提供1kWh电和1.2kWh热,采用天然气分布式能源系统排放的CO2为560克,采用电网和燃气锅炉供能排放的CO2为1147克,因此,天然气分布式能源系统大大减少了温室气体排放。

e燃气和电力双重“削峰填谷”。分布式能源系统对燃气和电力有双重削峰填谷作用。一般而言,电力高峰和燃气低谷同时出现在夏季,采用分布式能源系统后,燃烧天然气发电和制冷,增加夏季的燃气使用量,减少夏季电空调的电负荷,同时降低区域电网的供电压力。

2 系统工作原理

天然气冷热电联供能源的生产流程:天然气经过气轮机组燃烧发电后,利用余热锅炉、烟气型换热器、溴化锂吸收式制冷机等回收机组排烟热量用于供热、制冷、发电,实现热电冷三联供,同时还可回收燃气机组的缸套冷却热量加热给水,作为生活用水或空调系统的驱动热源,大幅提高能源利用效率。联供能源综合能源利用效率可达70%以上。

3 系统实际案例分析

3.1 生态科技园区。生态科技园区属于重点用电园区,用电量较高。园区有夏季冷/冬季热空调的需求,同时部分区域(如:酒店)还有生活热水的需求。其周边已计划敷设燃气管道,市政基础设施完善。

根据“以基本电负荷定容量、热电平衡”的设计原则,按照园区低碳、生态的设计理念,以各区域分布式能源系统组成分布式能源系统站,满足园区的基本电负荷、部分冷热需求。此种设计可避免分布式能源系统电力上网,且保证系统整体运行时间和运行效率,减少初投资和占地。

设计方案

办公管理区域的分布式能源系统,以内燃机发电机组为主设备,供应电力和冷/热空调。

旅游休闲区域分布式能源系统,以微燃机发电机组为主设备,供应电力和生活热水,设计采用两台C65微型燃气轮机热电联供一体机。

发电模式:为保证园区的用电可靠性,发电机组具有并网和孤网运行的双模式功能。

余热模式:内燃机发电机组的余热(烟气和热水)通过烟气热水型溴化锂空调机组制冷/制热,供园区使用;微燃机机组的烟气余热则通过余热回收装置产生生活热水,仅供酒店使用。

分布式能源系统运行时,园区的电力和冷热负荷均优先由分布式能源系统供应。分布式能源系统具有即用即开的功能,可随时根据需要启动/停止。

3.2 工业生产企业。企业变电站容量8500kVA,年用电量3000万kWh,估算平均小时用电负荷在4000kW左右。工厂年用量20万吨蒸汽,蒸汽压力10-11公斤压力。

综合厂区热电需求情况,采用“以热定电,热电平衡”的原则,即根据企业电力需求配置合适的装机容量,再利用发电机组余热,通过余热蒸汽锅炉来制备企业需要的蒸汽,不足电力通过大电网补充,不足蒸汽需求通过燃气蒸汽锅炉补充。   设计天然气分布式能源系统容量为4000kW,采用两台小型燃气轮机发电机组(发电量2000kW/台)和余热蒸汽锅炉组成;系统所发电力接入变电站,满足厂区电力需求;余热所产蒸汽,接入分汽缸,满足厂区常用蒸汽需求。

发电模式:按照全年运行360天、16小时运行,为保证企业的用电可靠性,发电机组具有并网和孤网运行的双模式功能。

余热模式:内燃机发电机组的余热(烟气和热水)通过余热蒸汽锅炉,供企业使用。

分布式能源系统运行时,电力和蒸汽负荷优先由分布式能源系统供应。

3.3 小型公司。公司厂区占地面积100亩,空调制冷面积5000平方米,采暖面积2万平方米,主要有办公楼、厂房、食堂、浴室、保健室、宿舍等设施。

公司用能情况

①电力。除用电负荷波动较大的设施外,其他用电设施用电平稳。根据公司用电情况,平稳用电设施每天24小时运行,白天160kW,夜间120kW。因此,可计算最低用电负荷为130kW。分布式能源系统每天运行按18小时。

②采暖与生活热水。采暖:公司内是通过燃煤锅炉采暖。公司内主要是浴池有生活热水需求,供值班和倒班的员工使用,每天供热水时间3~4小时。

根据公司用能特点,本次分布式供能系统采用“以电定热,热电平衡”的原则设计,采用2台C65微燃机,为基础设施供应部分电力,在采暖期解决采暖需求,不够采暖负荷通过燃气热水锅炉补充。在非采暖期为生产生活热水。

生产采暖热水系统流程图见下图。

系统运行方式

①微燃机发电机组采用并网不上网/孤网双模式运行,与大电网互为补充满足公司电负荷需求;另外,当大电网出现故障时,可启动燃气发电系统优先满足公司紧急电需求。系统设计每天运行24小时,主要解决公司办公照明、厂房、食堂、浴室、保健室、宿舍等设施,设计运行330天,运行时段不足电力以及不运行时段所需电力由大电网供应。

②燃气锅炉设计运行365天,其中采暖季节高负荷运行,每天运行24小时,主要为补充分布式能源系统不运行时段的采暖需求;非采暖季节低负荷运行,每天运行4小时满足生活热水需求。

4 结论

将分布式能源系统应用于生态科技园区,工业生产企业、小型公司采暖和生活热水具有以下优势:

①具有良好的经济效益

系统实现了余热梯级利用,年平均能源综合利用率可达70%以上。

②电力品质有保障

燃气发电机组具性能卓越,可以与大电网互为补充满足厂区电力需求,大大提高供电可靠性。并通过CHP智能控制系统,随时随刻满足用电需求。

③清洁环保

采用天然气清洁能源,降低环境污染物的排放,通过初步测算知:分布式能源系统年节约标准煤和年可实现CO2减排量比传统供能系统节能减排效果显着。

因此,分布式能源系统方案可充分体现绿色节能的理念,兼顾了分布式能源系统的先进性、可靠性和安全性,完全满足用户对电力的要求,具有一定的示范作用。



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