溫度對口,梯級利用的天然氣分布式能源系統(tǒng)

溫度對口,梯級利用的天然氣分布式能源系統(tǒng)

1天然氣分布式能源技術(shù)隨著我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，能源消費(fèi)總量不斷增加，能源和環(huán)境問題已成為制約我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。為應(yīng)對能源與環(huán)境、資源以及氣候變化的挑戰(zhàn),我國政府正在研究推動(dòng)能源消費(fèi)、能源供給、能源技術(shù)和能源體制四方面的“革命”,提出了多元化、清潔化和高效化的能源發(fā)展戰(zhàn)略,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式已成為我國實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的必然要求天然氣分布式能源技術(shù),因綜合能效高(70%以上),CO2余熱利用發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)該分布式能源站位于某國際旅游度假區(qū)內(nèi),向度假區(qū)內(nèi)所有娛樂設(shè)施、公共建筑和酒店等用能設(shè)施提供冷、熱、電及壓縮空氣四種能源產(chǎn)品。該項(xiàng)目采用以冷熱定電、余電上網(wǎng)的原則規(guī)劃設(shè)計(jì),最大限度利用發(fā)電余熱制冷、制熱,充分實(shí)現(xiàn)能源梯級利用。能源站主設(shè)備采用5臺4.4MW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī),發(fā)電余熱通過5臺煙氣熱水型溴化鋰提供園區(qū)制冷和制熱需求,同時(shí)本項(xiàng)目能源站還配備了6臺冷水機(jī)和2臺燃?xì)鉄崴仩t作為調(diào)峰設(shè)備,以及用于調(diào)節(jié)負(fù)荷需求的蓄冷罐和蓄熱罐。其工藝流程圖如圖1所示。3能效指標(biāo)分析該能源站正式投產(chǎn)后,通過對能源站一年運(yùn)行周期內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集分析,對該能源站年平均綜合利用效率和年利用小時(shí)數(shù)等性能指標(biāo)進(jìn)行了評估。在此期間,能源站采取綜合利用效率最優(yōu)的運(yùn)行模式,以能源站一次能源綜合利用效率最高為控制目標(biāo)。3.1負(fù)荷損失統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見表1。3.2能源引發(fā)能源階梯利用分布式供能系統(tǒng)基于“以冷熱定電,自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的原則運(yùn)行,最大限度利用發(fā)電余熱制冷、制熱,充分實(shí)現(xiàn)能源梯級利用。從整個(gè)評估周期的冷熱電負(fù)荷可見,夏季的冷負(fù)荷需求較大,冬季的熱負(fù)荷需求較大,在過渡季,溴化鋰機(jī)組供冷和供熱則根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,既有供冷和供熱(圖2)。3.3天然氣的加熱值天然氣從能源站現(xiàn)場取樣后送至有資質(zhì)的某安全和裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站對燃?xì)鉄嶂颠M(jìn)行測定,測定天然氣低位熱值為34.91MJ/m3.4效率指標(biāo)3.4.1分布式供能項(xiàng)目(1)年平均能源綜合利用率。年平均能源綜合利用效率按下式計(jì)算:其中:η———年平均能源綜合利用率(%);W———年聯(lián)供系統(tǒng)凈輸出電量(kW·h);Q(2)運(yùn)行小時(shí)數(shù)。分布式供能系統(tǒng)年利用小時(shí)數(shù)計(jì)算公式如下:其中:H———年運(yùn)行小時(shí)數(shù)(h);W———年聯(lián)供系統(tǒng)凈輸出電量(kW·h);KW———原動(dòng)機(jī)額定裝機(jī)容量(kW)。(3)節(jié)能量。天然氣分布式供能項(xiàng)目年節(jié)能量計(jì)算公式如下:其中:Q—分布式供能系統(tǒng)年節(jié)能量(kgce);A—常規(guī)分供系統(tǒng)的一次能源消耗量(kgce),按公式4計(jì)算;B—分布式供能系統(tǒng)的一次能源消耗量(kgce),按公式5計(jì)算。常規(guī)分供系統(tǒng)的一次能源消耗量計(jì)算公式如下:其中:P—分布式供能系統(tǒng)供電量(kW·h);C—分布式供能系統(tǒng)供冷量(kW·h),由于煙氣熱水型溴化鋰COP近似1.0,供冷量可等效于一次供熱量;H—分布式供能系統(tǒng)供熱量(kW·h);e分布式供能系統(tǒng)的一次能源消耗量計(jì)算公式如下:其中:B(d)CO二氧化碳減排量按以下公式計(jì)算:二氧化碳減排量=W其中:Wλ3.4.2常規(guī)分供系統(tǒng)能效比較計(jì)算得該天然氣分布式能源站供能系統(tǒng)全年平均能源綜合利用效率、年利用時(shí)數(shù)、年一次能源消耗量見表3所示。常規(guī)分供系統(tǒng)年一次能源消耗量為45263t標(biāo)準(zhǔn)煤、二氧化碳排放量為111347t;與常規(guī)分供系統(tǒng)對比,該能源站天然氣分布式供能系統(tǒng)年節(jié)能量為12873t標(biāo)準(zhǔn)煤,節(jié)能率為28.7%;系統(tǒng)年二氧化碳排放量與常規(guī)分供系統(tǒng)相比減排量為59023t,二氧化碳減排率為53%。4能源站供能負(fù)荷量計(jì)算能源站的經(jīng)濟(jì)性需要考慮能源站的建設(shè)成本、運(yùn)行成本、收益等因素,表4中列出了該天然氣分布式能源站的2016年自然年度的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。根據(jù)上表中數(shù)據(jù),綜合考慮稅率等因素,該項(xiàng)目的年收益為-471.02萬元?？煽闯鲈撃茉凑卷?xiàng)目是負(fù)收益,主要原因是表中列出的運(yùn)行站數(shù)據(jù)是能源站運(yùn)行初期的數(shù)據(jù),冷熱負(fù)荷量較低,當(dāng)以近年能源站的運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算,年供冷量46.3GJ,年供熱量25.8GJ,能源站的年收益為21.554萬元,實(shí)現(xiàn)正收益。通過分析可知,能源站的供能負(fù)荷量對能源站的經(jīng)濟(jì)性有影響,因此在進(jìn)行能源站設(shè)計(jì)階段用戶負(fù)荷的預(yù)測很重要。影響能源站經(jīng)濟(jì)性的因素除了用戶負(fù)荷外,天然氣的價(jià)格、冷價(jià)、熱價(jià)等因素也會(huì)影響能源站的經(jīng)濟(jì)性圖3~5分別表示了天然氣分布式能源站的經(jīng)濟(jì)性隨著天然氣價(jià)格、冷價(jià)、熱價(jià)的變化。從圖中可以看出,天然氣分布式能源站的經(jīng)濟(jì)性隨著天然氣價(jià)格的降低而增強(qiáng),在供能負(fù)荷等其他變量不發(fā)生改變的情況下,當(dāng)天然氣的價(jià)格小于2.9元/Nm3時(shí),能源站實(shí)現(xiàn)正收益。從圖中還可看出,天然氣分布式能源站的經(jīng)濟(jì)性隨供冷價(jià)和供熱價(jià)的升高而增強(qiáng),在保證供冷價(jià)和供熱價(jià)單一變量的基礎(chǔ)上,當(dāng)供冷價(jià)高于136元/GJ,供熱價(jià)高于145元/GJ時(shí),能源站實(shí)現(xiàn)正收益。5天然氣分布式能源站能效評價(jià)結(jié)果天然氣分布式能源項(xiàng)目具有環(huán)境友好、能源利用率高、靠近用戶、避免遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),具有良好的發(fā)展前景,與常規(guī)的火電供能方式相比,分布式能源站的經(jīng)濟(jì)性還有較大的提升空間。本文以國內(nèi)某天然氣分布式能源站為模型,對能源站的能效指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析,并詳細(xì)研究了天然氣價(jià)格、供冷價(jià)、供熱價(jià)等因素對能源站經(jīng)濟(jì)性的影響,得出以下結(jié)論:(1)通過對該天然氣分布式能源站一年的運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集分析,總體評價(jià)該能源站供能系統(tǒng)配置合理,能源綜合利用效率高,余熱利用效果好,節(jié)能效益明顯。該旅游度假區(qū)用能由天然氣分布式能源站集中供給,不再分散安裝鍋爐、電空調(diào)、空氣壓縮機(jī),提高了資源利用效率,節(jié)約能源,減少污染,具有明顯的環(huán)境和社會(huì)效益。(2)天然氣的價(jià)格對分布式能源站的經(jīng)濟(jì)性影響較大,能源站的經(jīng)濟(jì)性隨著天然氣價(jià)格的增加而降低,該能源站在用戶負(fù)荷等因素不變的情況下,當(dāng)天然氣的價(jià)格小于2.9元/Nm(3)天然氣分布式能源站的經(jīng)濟(jì)性隨著供冷價(jià)和供熱價(jià)的升高而增強(qiáng),在保證供冷價(jià)和供熱價(jià)單一變量的基礎(chǔ)上,當(dāng)供冷價(jià)高于136元/GJ,供熱價(jià)高于145元/GJ時(shí),能源站實(shí)現(xiàn)正收益。(4)天然氣分布式