夏热冬冷地区居住小区燃气分布式能源系统应用分析

文 // 陈济敏 昆山华润城市燃气有限公司 李莹莹 中国燃气控股有限公司 郭清 昆山市建设工程质量检测中心

夏热冬冷地区居住小区燃气分布式能源系统应用分析

文 // 陈济敏 昆山华润城市燃气有限公司 李莹莹 中国燃气控股有限公司 郭清 昆山市建设工程质量检测中心

燃气分布式能源系统以天然气为主要燃料，在用户侧安装发电机组，利用燃料高品位的能量发电，产生的电力与市电共同满足用户电力需求，同时通过余热回收利用设备（如余热蒸汽锅炉、溴化锂吸收式冷热水机组、换热器等）回收发电所产生的余热热量，向用户供冷或供热，满足用户的冷负荷或热负荷需求。

1 燃气分布式能源系统优势

（1）供电可靠性高

分布式能源系统以燃烧天然气为用户提供电力，为用户增加了一路供应电源，大大减少了对电网的依赖性，提高了小区供电系统的可靠性。

（2）节能环保效益好

分布式能源系统采用天然气这种清洁能源，可降低CO2、NOx、SOx等有害气体的排放，减少环境污染，提高空气质量。

（3）节能经济效益高

分布式能源系统利用天然气高品味的热能发电来满足用户电力需求，同时回收利用发电余热的低品位热能进行制冷或制热，可以实现对天然气合理的梯级利用，有效提高一次能源利用率，具有较高的经济效益。

（4）可实现燃气和电力双重“削峰填谷”

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，燃烧天然气发电，可增加夏季燃气使用量，同时降低区域电网供电压力。

2 燃气分布式能源系统应用

我国燃气分布式能源系统大部分应用于新建商场、医院、宾馆、机场等公共建筑及原有集中供电机组改造中，在商业居住小区中应用较少。近年来，上海、北京、广州等地的居住小区、商业建筑中分布式能源系统得到了一些应用，并越来越受到广泛的关注。

当前，分布式能源在我国的推广和应用仍然处于起步阶段，大部分地区仍使用传统能源供应方式。尤其很多夏热冬冷地区的省份，经济发展、城市化进程较为迅猛，能源需求量巨大，能源供需矛盾日渐明显。开展部分地区分布式能源的应用研究，提高能源利用效率、增加供电可靠性是非常有必要的。

3 居住小区分布式能源系统方案

本文以江苏省苏州市某居住小区为例，对燃气分布式能源系统方案的用能情况、机组选型及流程规划设计进行分析，并与传统能源供应系统加以比较。

3.1 系统用能分析

该小区约有居民5500人，建筑总面积约15万m2，不仅有电负荷需求，而且有夏季冷负荷、冬季热负荷需求。根据建筑节能设计一般情况，首先对小区能耗数据进行估算，作为本次分布式能源系统方案的参考。

依据《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇》，该小区单位建筑面积用电负荷指标取30W/m2（照明及其他负荷指标，不包括冷冻设备）。单位面积冷负荷取50W/m2，单位面积热负荷取30 W/m2。苏州地区集中空调采暖制冷期为120天，采暖期为90天，则该小区的电负荷为4500 kW，冷负荷为7500kW，热负荷为4500 kW。

根据《民用建筑节水设计标准》的规定，该小区热水用水定额取50L/人·d，则小区5500人的热水总耗量为11t/h，即热水负荷为602 kW（锅炉进/出水温度为15℃/60℃），考虑小时变化系数（取2.34），则最大热水量为27t/h，折合热量为1408 kW。

3.2 方案设计原则

（1）基本电负荷定容量、热电平衡

燃气分布式能源系统能够满足小区的基本电负荷、全部热水负荷和部分冷、热负荷。不足的电力部分由市电提供，不足的空调部分则由传统供能方式（电制冷机组、燃气锅炉等）提供。

表1 燃气分布式能源系统年运行效益分析表

表2 供能系统主要设备及其参数

（2）经济性和可靠性

采用多个单元组成分布式能源系统。系统间可互为补充，互为备用，提高系统运行的可靠性和安全性；可较好的适应负荷波动，实现供能效率最大化；可根据小区的负荷变化，调整运行台数和输出功率，提高系统的灵活性。

（3）发电机组选型综合考虑多种因素

侧重考虑发电效率高的、国内外知名品牌的机组；为了方便系统日常的维护保养，发电机组的台数不宜选则太多。

3.3 系统组成及流程

（1）系统组成

发电机组选用燃气轮机发电机组，根据《燃气冷热电三联供工程技术规程CJJ 145-2010》的规定，设计发电机组总装机容量为1320kW。主要由2台T600燃气轮机发电机组、2台烟气型溴化锂机组、多台换热器和1套CCHP智能控制系统等组成。系统总发电量为1320kW，制冷量为4040kW，制热量为2564kW，热水产量为11t/h。

表3 小区能源供应系统经济收益分析

（2）系统流程

2台660kW的燃气轮机发电机组燃烧天然气发电，并与市电共同满足本居住小区电负荷需求。在制冷季，发电机组产生的烟气余热先送入烟气型溴化锂机组用于制冷，从溴化锂机组排出的烟气再进入换热器，产生的热水用于小区生活热水供应；在采暖季，发电机组发电产生的烟气余热送入换热器产生热水，优先用于小区生活热水的供应，多余热水用于小区采暖。

4 小区分布式能源系统分析

4.1 系统经济效益计算

燃气分布式能源系统年运行时间为210天，其中制冷期120天，采暖期90天，每天运行24小时，在相同供电量、供冷量、供热量和热水量条件下，相对于传统供能系统，燃气分布式能源系统年运行效益如表1所示。

本燃气分布式能源系统仅满足小区基本电负荷、全部生活热水负荷、部分空调和采暖负荷。不足的电力由市电补充，不足的空调冷或热负荷由其他传统供能设备（电制冷机组+燃气锅炉）保证。

该小区燃气分布式能源供应系统与传统供能系统（市电+电制冷机组+燃气锅炉）包含的主要设备及其性能参数、运行参数见表2。

在相同供电量和供冷/供热量条件下，应用燃气分布式能源系统的供能系统相对于传统供能系统（市电+电制冷机组+燃气锅炉），所节省费用见表3。

其中，燃气低发热值取35500kJ/Nm3，燃气折标煤系数为1.2143kgce/Nm3，标准煤发电量为8.14kWh/kgce。

4.2 系统节能环保效益计算

相对于传统供能系统（市电+电制冷机组+燃气锅炉），燃气分布式能源系统每年节能量为12996068kWh，换算成标准煤为4288.7tce，每年CO2减排量为10593.1t，SO2减排量为85.8t，粉尘减排量为42.9t。

5 结论

（1）燃气分布式能源系统热效率较高，能源利用效率较优。

（2）燃气分布式能源供应系统年运行收益较好，优于传统能源供应系统。从运行经济性考虑，应用燃气分布式能源系统更经济、合理。

（3）燃气分布式能源供应系统节能减排量较多，具有较好的环保效益。

（4）需综合考虑经济性、机组效率、实际场地情况等多种因素，确定居住小区是否适宜应用燃气分布式能源系统。