浅析楼宇式天然气分布式供能系统的开发与设计

余莉

(1.中国华电科工集团有限公司，北京 100070； 2.华电分布式能源工程技术有限公司，北京 100070)

0 前言

近年来，天然气分布式能源在我国发展较快，截止2015年底，我国天然气分布式能源项目(单机规模≤50 MW，总装机容量200 MW以下)共计288个，总装机超过11 120 MW，2016年到2017年又有了较快的发展，国家能源“十三五”发展规划到2020年天然气分布式能源项目总装机达到40 000 MW。

未来我国天然气消费比重不断增加，天然气供需形势相对缓和，气价形成机制逐步市场化，冷热需求快速增长，国家能源产业政策、节能环保政策、电力体制改革政策均鼓励在经济发达地区发展天然气分布式能源，这些因素均为天然气分布式能源的发展提供了有利的市场环境。随着政策和机制的逐步完善，预计从2018年开始我国天然气分布式能源将进入快速发展期。

1 楼宇式分布式供能可行性边界条件分析

1.1 天然气价格的影响

天然气分布式供能适合在长三角、珠三角及京津冀地区发展。在具有丰富天然气资源且燃气价格较低的四川、陕西等地是燃气分布式能源发展需关注的区域。上述区域天然气资源丰富，天然气价格相对较低。通常可根据燃气价格与购电价格比值初步判断项目是否可行。比值小于3，项目可积极推进；比值3～4之间，根据方案比较结果适度推进；比值大于4，可放弃开发。

1.2 用户冷热用能时间的影响

天然气分布式供能系统为用户提供冷能、热能和电能，系统全年运行时间的长短影响项目收益。天然气分布式供能系统运行原则是“以冷热定电”，因此项目用户的冷热用能时间的长短是项目可行的重要因素。通常适合分布式能源发展的地区及其冷热用能时间为：既有供热需要、也有供冷需求且全年供能时间不低于8个月的地区，如天津、北京等华北地区；以供冷需要为主、供热需求较少、全年供能时间7～8个月的地区，如江浙、上海、长沙、武汉等地；纯供冷的区域，用冷时间不宜低于6个月，如广东、广西等地。

1.3 业态及规模的影响

楼宇分布式能源项目的经济性主要受限于燃气价格、售电价格及冷热价格。不同建筑之间可以实现错峰用能，为保障燃气分布式能源主系统长时间稳定运行，其系统比较适用于城市商业综合体，纯住宅建筑不适宜采用燃气分布式能源供能系统。因经济供冷半径宜控制在1 000 m以内，确定单个能源站的供能面积不宜超过100万m2。

商业综合体建筑的总建筑面积超过10万m2，可积极推进项目开发；若建筑面积小于10万m2，应经详细技术经济比较后确定是否开发。

若商业建筑面积与民用建筑面积之比大于0.5，商业建筑面积大于10万m2的项目，可积极开发；若不满足上述条件，经详细技术经济比较后确定是否开发。

在燃气分布式能源发展的初级阶段，不建议大规模开发纯办公类项目。当燃气价格与购电价格比值小于3，规模大于20万m2的办公类项目，可进行详细技术经济比较后确定是否开发。

2 楼宇式分布式供能系统设计重点关注因素

(1)供能系统冷、热、电负荷的确定。冷、热、电负荷是分布式供能系统设备选型的关键前提条件，对于分布式供能系统需要重点分析逐时和延时冷热电负荷并提供相应曲线来指导各类设备的选型。

(2)内燃机装机规模的确定。内燃机的发电量和余热量应与实际需求相匹配，以保障年平均能源综合利用率大于70%。需根据内燃机发电与电网的接入方式合理确定余热供热量和调峰设备供热量。

(3)供能系统的设备组成。楼宇式分布式供能系统的原动机宜选用内燃机或微燃机，余热利用设备有烟气热水溴化锂机组，调峰设备有电制冷机、燃气锅炉、直燃机、热泵、蓄冷热设备等。

3 能源站的布置设计要求

3.1 能源站选址及要求

从降低能源站投资的角度考虑，地上独立建筑优先，当确有困难时可贴临建筑布置，当受条件限制时也可布置在建筑物的地下一层或首层。应尽量布置在冷热电负荷中心，靠近用户配电室。要利于泄爆，泄爆口应远离人员密集场所。供气、供水外管线距离尽量短，排水设施方便。

3.2 建筑配套要求

能源站火灾危险性为丁类，耐火等级为二级。燃烧设备间宜在一个防火分区，电制冷及泵间宜在一个防火分区，电气楼和办公区域宜在一个防火分区。由于受到用地紧张的限制，考虑工程所有必须设计的功能，对建筑物进行统一合并，按照功能规划出各自的区域。

内燃机间和燃气锅炉间一样需要考虑泄爆，泄爆面积应≥占地面积的10%，为减少泄爆面积，建议将燃气设备设置于独立的房间，并用防爆墙分隔。

调压站原则上不能布置在地下。地下布置的能源站需在地面布置调压箱或调压站；地上布置的能源站，调压站与能源站之间需满足防火间距要求。

3.3 能源站的通风降噪要求

(1)内燃机间进风为燃烧空气量及内燃机设备的散热风量之和。燃烧空气量为内燃机的空燃比(空气(kg/h)与天然气(kg/h)之比)通常在30～34之间。内燃机的发热量为单台机组散热量占发电量的6%～8%，内燃机罩壳内温度不高于40 ℃。

(2)其他房间进风为设备的散热风量。

(3)能源站的排风有平时排风量和事故排风量。平时排风量满足散热风量需求，事故排风量满足各防火分区的12次/h的排风要求。

能源站降噪原则以工艺设备本身的隔音降噪为主，结合站房布置及相应站区周边降噪要求，满足各类工作场所的噪声标准。对于内燃机设备，通常要求设备厂家在内燃机外侧设置消音罩壳，以保证罩壳外1 m处噪音不大于85 dB(A)。其他设备原则上要求设备外1 m处噪音不大于85 dB(A)。

冷却塔通常布置在建筑物的屋面，除考虑通风问题外，还要考虑隔音降噪问题。

3.4 消防要求

内燃机罩壳内采用气体消防，该设备通常设置于罩壳内，由内燃机厂家成套供应。其他消防设计满足《建筑设计防火规范》及其他行业规范要求。

3.5 内燃机燃气入口压力要求

2 000 kW以下内燃机的进气压力约20 kPa；2 000 kW以上内燃机的进气压力约30～50 kPa。具体压力尚需根据设备要求确定。

3.6 电力接入要求

楼宇式天然气分布式供能项目电力接入系统通常采用并网不上网方式，发电自发自用。

电力接入系统需配置与电网的通讯连接，将能源站的实时运行状态自动发送至电网调度端。即需要与电网的调度自动化系统联通，将有关自动化信息，按电网要求上传电网调度端，并接收有关信息。需将与电网的关口计量装置改为双向计量(不上网，则不需该双向计量)。需要增加按关口计量要求设置的发电机发电量计量装置。

能源站除常规的电流速断、过电流等常规保护外，需要增加的保护有并网线路的电流差动保护；低压、过压、低频、过频保护；并网不上网项目，加逆功率保护，余电上网项目，不加逆功率保护；电网端需要相应的调整或增加部分保护装置，电气闭锁装置等。

4 结束语

楼宇式天然气分布式能源项目经济性是否可行，前期项目开发阶段可以根据天然气价格、项目所在区域的供能时间、供能用户的业态及规模做出初步判断。经初步判断选择的项目在设计阶段还需要重点论证冷热电负荷，合理选择系统的各类设备类型及容量，结合项目特点对能源站进行合理的选址和布置。再优化技术方案，从而确保项目的经济指标。