楼宇式燃气分布式优势及特征概述

杜友爱，修科华，徐 建，张 超

(常州天合智慧能源工程有限公司，常州 213031)

0 引 言

随着全球经济的高速发展及人民生活水平的不断提高，能源的需求量逐年攀升。以煤、石油为主的化石能源储量有限，在一定程度上存在污染，尤其是以煤炭为主的“碳基”燃料污染更为严重[1]。同时，煤炭还是重要的化工原料，仅作为燃料进行消费，存在资源浪费的质疑。如何提高能源利用率、防止大气污染逐渐成为大家关注的焦点。

企业是构成社会工业体系的基础因子，其能源利用结构及能耗水平在一定程度上反映了国家的能源使用情况。建立以电能为核心支撑，清洁能源及可再生能源为互补，利用能源互联网技术进行协调控制，贯穿“源-网-荷-储”能源转换环节，构建“端-管-云-边”框架体系，形成“发-储-配-用-售”终端一体化能源供给系统。逐步实现科学用能，实现绿色工厂、智慧工厂[2-3]。

1 研究方法及工艺路线

1.1 研究方法

以能源利用全寿命周期为研究方法，包括能源生产、储运、转换、使用等环节[4]。并在各个环节进行结构优化、相变优化、驻点优化、时空优化，充分发挥综合能源服务的优势。能量四环节理论如图1所示。

终端一体化供能系统包括主要因素有以市电、燃气分布式、分布式光伏、分布式风电、生物质(垃圾)发电等“源”元素；以配电网、冷水网、热水网、蒸汽网、燃气网、污水网等“网”元素；以生产设备用、热泵、充电桩、新能汽车、公共通风与照明消耗的冷热电气水的“荷”元素；以储热、储冷、储电、压缩空气等具备暂存能源的“储”元素。这些元素通过能源互联网技术、能源物联网技术进行协调控制，对“源”的出力数据、“网”的承载能力、“荷”的消费数据、“储”的利用率等数据进行采集、分析、处理，通过机器学习，寻找更加的运行策略。

1.2 能效优势

以2 m3低位发热量为8 600 kcal/m3的天然气，对传统技术与燃气热电联供的能效比较[5]，如图2所示。

从图2(a)，(b)可知，传统用能与热电联供的能效利用效率分别为η1、η2。

η1=(3.8+9)/(10+10)×100%=69%；

η2=17/(10+10)×100%=85%；

楼宇式燃气分布式项目的技术基础在能效层面优势较为明显。

2 工程案例

以天合光能常州工厂天然气分布式项目作为研究对象。该项目具有能效高、多能耦合、终端一体化等特点。效果图如图3所示。

2.1 能效高

系统能效达到83.35%，高于分布式能源要求的综合能源效益70%。该系统采取高效燃气内燃机，发电效率44.7%,发电气耗率0.135 8 Nm3/kW·h-1，电制冷系统综合COP=4.5，吸收式烟气溴化锂冷(温)水机组COP=1.1。系统充分利用废气废热，缸套水由95 ℃降低至75 ℃，该部分余热用来驱动热水型溴化锂温水机组；排烟温度由371 ℃降低至110 ℃，该部分余热用来驱动烟气型溴化锂，如图4所示。

2.2 多元耦合

系统以楼宇式燃气分布式发电为基核，市电为保障，以典型光伏企业生产用能为服务对象，耦合了光伏发电、化学能储电、充电桩等元素，利用智慧能源管理平台将系统的“源”、“荷”参数进行储存、整理、分析，并在一定时间内实现计算机深度学习，有利于“源-荷”耦合关系进行优化，为更多元素的耦合提供平台服务，为提高清洁能源的渗透比例、可再生能源发电特性、化学能储能的特性进行基础研究。

2.3 终端一体化平台

通过终端一体化智慧能源管理平台，对燃气三联供系统、光伏分布式能源、冷水机组及电储能等能源生产端进行负荷预测、调节，实现用户用能与分布式资源、电力负荷资源、储能资源之间通过自主交易实现动态平衡，优化并引导能源消费行为，实现分布式能源生产、消费一体化[6]，如图5所示。

依托终端一体化智慧能源控制平台，对厂区的能源生产及使用情况进行监测、计量，发挥能源大数据技术在能源监管中的基础性作用，建立涵盖能源生产、输送、使用、回收全链条，透明高效监测管理体系，提升能源监管效率，分级分层的能源统计、分析与预测预警，指导监督工厂能源消费总量控制。

2.4 安全清洁

系统的排烟系统增设SCR脱硝系统，氮氧化物排放量由500 mg/Nm3降低至50 mg/Nm3；燃料不含硫，二氧化硫排放量可忽略不计，且能源生产过程中，烟尘量较小；通过增设隔音罩壳，使得噪声降低到85分贝以下，再通过外部降噪格栅系统将噪声降低至65分贝以下，对环境影响较小。

2.5 效益

该燃气分布式发电系统年运行小时数5 600 h，年发电量约3 475 万kW·h，供冷量约3 263 万kW·h，供热量约688万kW·h。以每千瓦时耗标准煤0.32 kg的现有发电标准计算，年减排二氧化硫约为95.6 t，年减排氮氧化物约74 t。同时，每千瓦时电量较市电降低0.07元/kWh，年度节约用电费用240万以上。另外该项目为招商引资项目，引进外部投资约5 000万元，并作为能源互联网的示范项目，该企业宣传能源应用、能源管理以及数字能源意义深远。

3 结束语

楼宇式燃气分布式系统作为能源互联网的一种表现形式，是促进企业能源自治，优化企业用能结构的有效方式。在供给电能的同时可供给热能与冷能，系统效率在80%以上。

结合能源现状，引入能源低碳高效能源利用技术、能源数据智能聚合技术、区域能源供给网络多空间尺度无中心协同控制技术、并行/分布式计算技术等新型技术，进行能源生产、传输、消费、回收及管控等全过程管理应用，实现多种形式能源的高效生产、灵活控制以及智能化利用。

综合能源服务作为概念老、实施新的事物，有待国家在政策上进行支持，以发挥能源互联网的优势，解决就近消纳，增加可再生能源的能源占比。而楼宇式燃气分布式为新老概念的融合可起到存进作用。