天然气分布式冷热电联供技术在建筑中应用分析

金珍 刘昌盛

摘 要：天然气分布式冷-热-电联供技术是一种建立在能源梯级利用基础上，实现发电和供热供冷过程一体化综合应用的多联产系统。本文通过介绍天然气分布式能源系统在医院建筑中的应用，深入说明了天然气分布式冷-热-电联供技术的科学性、合理性、稳定性和经济性。天然气分布式冷-热-电联供技术也是绿色建筑节能设计指标的重要措施之一，具有广阔的应用前景，符合节能减排、低碳环保的理念和趋势。

关键词：天然气；分布式能源；冷热电联供技术

分布式能源是相对于传统集中式供电方式而言的，是指将发电系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出电、热、冷的系统。分布式能源系统将天然气一次能源同时转换成电力、热水、蒸汽、冷水等方式供能，实现能源的综合利用。

一、分布式能源优势

1）能源利用效率高：天然气分布式能源系统将一种燃料方式转换为多种能源供应，包括电、冷、热、蒸汽和热水等，实现了能量就地消化、梯级利用，能源利用综合效率一般都在80%以上。2）节约能源运行成本：由于目前电价和天然气价在燃气发电设备应用时候相比存在剪刀差，利用天然气分布式能源提供电力，较常规电网供电成本要低，同时余热资源充分利用，节约能源运行成本费用。3）智能自动化控制系统：先进智能的天然气分布式能源控制系统，实现了设备、程序、人员的综合一体化管理，大大优化了常规运行管理模式，保证了整个系统安全可靠、有条不紊的运行。4）双重削峰填谷作用：电力和燃气在夏季和冬季存在供应短缺和拉闸限能的情况，天然气分布式能源可以通过余量的天然气在电力需求高峰进行能源供应，起到了电力燃气的双重削峰填谷作用。5）低环境污染物排放：天然气是一种较煤、石油传统能源形式清洁燃料，大大降低大气污染物排放，包括二氧化碳、粉尘颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等，是低碳环保的能源方式。

二、项目概况

本项目新建天然气分布式能源站主要用于满足医院改扩建工程中涉及到的内科楼及校医学楼和综合办公楼，总建筑面积约为69110m2。新建能源站需与现有制冷机房和锅炉房进行系统连接，与现有冷热设备一起承担医院建筑面积114850m2制冷、建筑面积93820m2供热和医院全部生活热水需求及电力负荷需求。国家和行业对于天然气分布式能源的应用和发展相继出台了政策标准和规范，涉及到天然气价格补贴、设备初投资补贴及综合能源利用率指标补贴等等。

三、设计方案

（一）电力负荷确定

从上图中可知，在典型日电负荷当中电负荷的最大值出现在早上10∶00～12∶00，该时间点为医院大型医疗检测设备的工作时间段，因此该时间点为典型日的最大电负荷点。夜间电负荷相对较小但较为稳定，在1000kW-1200kW左右。在机组设备满负荷运行时，具有最高的发电效率和最低的维护运行成本，所以天然气发电机组选型原则一般以电力负荷的平稳的最低值设计。

（二）能源整体方案

本分布式能源项目工程配置1台发电功率为1189kW燃气内燃机和对应的烟气热水型溴化锂直燃机，主要满足医院的部分电、冷、热及热水需求。分布式能源站总体规划如下：1）站址：分布式能源站设置在地下二层，设有主机间、空调间、水泵间、水处理间、配电室、值班室，燃气计量间等，主机间满足泄爆及消防要求。2）燃料：能源站燃气管道由燃气公司负责敷设引入到医院新建能源中心燃气调压箱处。3）电气：燃气发电机组设置出线，接入本项目10kV高压配电室，在系统连接原高压配电室10kV市电进线侧加装逆功率保护装置，防止功率倒送电网。

（三）控制系统

先进智能的控制系统是实现天然气分布式能源设备安全、可靠、高效运行的重要因素。在设计过程中需遵守方案先进、技术适用、经济合理、结构清晰、功能完备、操作方便、维护简单等原则和基础。

天然气分布式能源系统由下列单元组成：1）发动机调节系统和基于面板控制器的可视化系统；2）适用于模块控制器的分布式I/O 组件（X2X -Link）；3）发动机上的分布式I/O 组件（X2X -Link）；4）分布式发动机控制/监控组件（CAN 总线）；5）与客户端PC 上的DIA.NE WIN 可视化系统连接（以太网）；6）与上级控制系统的连接（RS232 / RS485）。

四、综合效益分析

天然气分布式能源站系统全年供电峰平时段运行，谷值时段机组停机，电力不足的部分由并网的市电补充，冷热负荷不足部分由电空调和燃气锅炉调峰。燃气发电机组年运行时间为6205小时（电价峰平时段运行、谷值时段停机），年发电量743.4万KWh，年发电直接收益669.1万元。

天然气作为一种清洁环保的能源方式， 二氧化碳排放量是约为火电厂排放量的40%，而且不产生二氧化硫、粉尘等污染物。本项目节能折合成标煤量约为2973.2吨，减少二氧化碳排放量7789.8吨，减少二氧化硫排放量25.3吨，减少粉尘29.7吨。天然气分布式冷-热-电联供技术适合于医院类冷热电负荷较平稳、冷热电质量要求较高的建筑供能场合，也是实现建筑节能、低碳减排的重要技术措施之一。

参考文献：

[1] 薛梅，董华.天然气热电冷联供系统的效益分析[J].煤气与热力，2003，5：309-311.

[2] 马悦，董舟.分布式能源系统的研究及配置方案分析[J].节能，2011，4：16-18.