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天然气三联供技术的应用分析

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《建筑节能杂志》2014年第八期

1项目概况

1.1城市综合体概述城市综合体是将城市中的商业、办公、居住、旅店、餐饮、会议、文娱和交通等城市生活空间的3项以上进行组合,并在各部分间建立一种相互依存、相互助益的能动关系,从而形成一个多功能、高效率的综合体[4]。城市综合体的冷-热-电能源特点主要有:(1)能源需求量大:城市综合体包括大型酒店、商业中心、高档住所等建筑,其对于采暖、制冷和用电的需求量相对较大,一般配备独立的能源中心。(2)能源需求稳定:城市综合体是大众化、高科技的集合,内部包括室内交通、通讯系统、安全防护及综合分配系统等,能源需求相对稳定。(3)智能化要求高:城市综合体中是一个不同能源供应方式建筑的综合体,通过先进的智能化综合控制管理系统实现楼宇间的数据传输和运行模式操作。

1.2项目介绍天然气冷-热-电分布式能源项目位于辽宁省沈阳市沈河区中街商业圈,为典型的城市综合体功能性质的建筑群,包括星级酒店、大型商场、高级公寓、文化娱乐中心和办公写字楼等,分布式能源站供能设计建筑面积172500m2,其中地下建筑面积19500m2,地上建筑面积153000m2,设计总用电负荷16000kW。燃气分布式能源项目根据“以电定热”的原则和模式设计建筑的冷、热、电的需求,对燃气分布式能源系统设备进行整体布局和配置。

2技术优势

2.1经济节能天然气分布式冷-热-电三联供技术实现了一种能源、多种利用方式,将天然气燃烧做功发电过程中各个梯级阶段的能量充分利用。目前,常规的能源供应方式是利用市网购电、市政管网集中供热和中央空调机组供冷的形式,相比于常规建筑供能方式,天然气具有良好的经济节能优势。图2为单位体积天然气通过冷-热-电联供运行方式经济收益原理。

2.2低碳环保与传统的供能方式相比,在满足用户同样的能源需求的情况下,分布式能源系统所产生的CO2排放更少。为用户提供1kW•h电量和1.2kW•h热量,天然气分布式供能系统排放CO2约460g,采用市政电网和燃气锅炉供能排放的CO2约1147g,天然气分布式供能系统大大减少了燃煤的消耗和温室气体的排放。天然气为清洁能源,燃烧后不产生粉尘、SO2等大气污染物。

2.3稳定可靠分布式供能系统具有常用电源和备用电源的功能,可与市电形成大规模的能源互联网,改善供电系统的安全性,在市电故障和电力检修等突发情况下,为用户提供安全可靠的电力供应,对于医院、酒店、高级商场和政府部门等用户非常重要。

2.4双重调峰分布式供能系统对燃气和电力有双重削峰填谷的作用。电力高峰和燃气低谷同时出现在夏季,采用分布式供能系统后,燃烧天然气发电和制冷,增加夏季的燃气使用量,减少夏季电负荷,同时,降低区域电网的供电压力。在燃气高峰的冬季可以利用分布式能源站消耗燃气产生电能和采暖负荷,实现全年燃气和电力的峰谷交错调整。

3技术方案

3.1负荷分析建筑物的逐时冷热电负荷是燃气分布式能源系统设计的重要依据,也是影响三联供系统运行方式和综合效益的决定性因素。在能源站的设计中,合理地确定发电机装机容量非常关键。目前,有两种设计思路:以电定热、以热定电。①以电定热:根据项目的用电负荷情况来确定发电机容量,根据发电机余热所能够提供的冷热负荷,与建筑冷热负荷比较,确定调峰供能设备。②以热定电:一般应用于并网上网的项目,由于通过建筑冷热负荷进行的设备配置选型,造成电力装机容量过大,发电上网经济性比较差。综合考虑,项目采用以电定热的运行模式。根据《燃气冷热电三联供工程技术规程》中的规定,并网运行分布式能源站电力装机容量宜为项目总电力负荷的1/3左右,同时,单台发电机组不应大于3MW[5]。本项目的用电需求总负荷为16000kW,通过设备选型计算,确定采用3台GE-Jenbacher-J612GS-N.L型号的燃气发电机组,单台发电功率1824kW,3台并联运行总发电容量5472kW,占项目总电力负荷的34.2%,符合设计规程的技术要求。分布式能源站提供项目部分用电负荷,不足部分由并联电网补充。依照《采暖通风与空气调节设计规范》和《公共建筑节能设计标准》,参照沈阳地区类似工程设计案例和经验,确定项目单位面积热负荷为80W/m2,单位面积冷负荷为100W/m2,同时,使用系数取0.7,项目的采暖总负荷9.66MW,制冷总负荷12.08MW。

3.2设备配置在天然气分布式能源站内,主要包括燃气发电机组、溴化锂吸收式制冷机和燃气锅炉、电制冷空调等调峰设备,通过通信协议和程序进行运行设备之间控制和操作管理,实现整个能源站的可靠稳定运行。表2为分布式能源站主要设备参数。

3.3电力运行分布式能源站的供电系统采用并网不上网的电力运行模式,保证运行安全可靠。为便于操作维护,简化电气连接形式,满足正常供电需要的同时减少投资。天然气发电机输出电压为0.4kV,分别引至变配电室接在两段母线上,与市电并网运行,并网点设在变配电室0.4kV低压母线上,为防止发电机向电网反送电,在配电室10kV馈线处安装逆功率保护器。

3.4控制系统天然气分布式能源控制系统力求安全、持续和稳定,通过先进的控制方案,统筹优化冷、热、电等能源的供应,达到最佳的运行效果。分布式能源站集中监控系统由检测设备、远程数据传输、可编程逻辑控制器和工业级别计算机组成。在燃气分布式能源系统全功率运行并达到最大利用效率的情况下,使电空调和燃气锅炉尽量减少运行时间和次数,减少常规能源消耗。图4为天然气分布式能源站控制系统结构图。

4效益分析

4.1经济效益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6205h,年发电量3395万kW•h,年发电直接收益3690万元。能源站利用烟气和缸套水的余热资源,夏季提供制冷量1015万kW•h,冬季提供制热量1058万kW•h。能源站年运行消耗天然气921.4万Nm3。项目工程总投资6356万元,年净收益1634万元,年收益率25.7%,静态投资回收年限3.89年,通过分析可见项目具有良好的经济性。表3为项目常规能源价格表。

4.2环境效益天然气是一种清洁环保的能源,燃烧后CO2排放量是同样发电量火力电厂CO2排放量的40%,不产生SO2、粉尘颗粒物等大气污染物。根据项目年发电量和余热综合利用,折合成标煤为8958t,减少CO2排放量23470t,减少SO2排放量76t,减少粉尘排放量89.6t,对于区域性大气环境质量改善具有重要作用。

4.3社会效益分布式能源是国家鼓励发展的节能环保技术,符合国家节能减排政策,可显著提高能源综合利用率和供能项目的综合效益,有效改善城市及周边地区的环境质量,开拓天然气的合理、高效利用,缓解夏季制冷用电高峰,平衡天然气利用,提高供电可靠性,具有明显的能源示范模板效应,并推动区域性供能方式的可持续发展。

作者:张磊刘昌盛单位:东北师范大学环境学院沈阳伟力达工程配套设备有限公司

建筑节能杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次