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燃气分布式能源系统的特点

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摘要:随着人们对环保的重视,传统的能源供应方式已经不能满足人们日益增长的物质生活需要。燃气分布式能源系统的运用在提高人们生活品质的同时节约了能源供应。本文针对市面上现有的燃气分布式能源系统形式,逐一进行分析,并给出合理结论。

关键词:燃气分布式能源系统;微燃机;内燃机;燃气轮机

引言

随着国家经济实力的增强以及国民生活水平提高,传统的能源供应方式越来越不适应目前的社会发展了。人们越来越重视在经济增长的同时减少或降低对现有环境的污染或破坏。燃气分布式能源系统做到了梯级利用能源,改善了人们的生活环境。近几年,国家相继出台了多项支持分布式能源系统的政策。《热电联产管理办法》(发改能源〔2016〕617号)中提出:“鼓励规划建设天然气分布式能源项目,采用热电冷三联供技术实现能源梯级利用,能源综合利用效率不低于70%。”《能源发展“十三五”规划》指出:“鼓励发展天然气分布式多联供项目,支持发展燃气调峰电站,结合热负荷需求适度发展燃气热电联产项目。”燃气分布式能源系统一般由燃料系统、发电系统、供配电系统、余热利用系统,自控系统等组成。按燃气原动机的类型不同,系统可分为微燃机、内燃机和燃气轮机。

1微燃机系统的特点

微燃机即微型燃气轮机,基本工作原理为:空气经压气机增压后与燃料在燃烧室燃烧,产生的高温高压烟气推动涡轮做功和发电机发电。微燃机的发电功率为30~200kW,产生的电压等级为380V。其余热为燃料燃烧产生的高温烟气,烟气温度约280℃左右,可利用换热器制取生活热水或利用溴化锂空调机组实现供冷供热。微燃机功率较小、占地少且余热烟气品质较低,适合于医院、宾馆和楼宇等小型的冷、热和电联供系统。该系统广泛运用在医院内,利用微燃机发电保证了医院双电源的供应,同时余热产生的生活热水可满足医院的基本热水需求。该系统发出的电力一般自发自用,就地消纳。该系统设备利用率高,具有良好的经济效益,并且实现了能源的梯级利用,节能环保,得到了一定的社会效益。

2内燃机系统的特点

内燃机型冷热电联供系统主要由燃气内燃机、发电机及供电系统、烟气余热回收装置、缸套水余热回收装置等组成。基本工作原理为:燃料和空气混合,在内燃机气缸内燃烧,释放出的热能使气缸内产生高温高压的烟气,烟气膨胀做功,再通过曲柄连杆机构将机械功输出发电,余热为燃烧后产生的烟气以及燃烧做功时产生的缸套水。大多数燃气内燃机产品由汽车发动机改装衍生而成,国外品牌主要依托自身的发动机产品进行二次开发,国内品牌大多以进口发动机作为母体改装。汽车发动机做功驱动的是变速箱运转,而在冷热电联供系统中,燃气内燃机做功驱动的是发电机。由于燃烧方式类似,燃气内燃机产生的空气污染物主要为NOx。为消除燃气内燃机对环境的影响,在燃气内燃机冷热电联供系统中一般会根据项目所在地的环境标准设置相应的脱硝装置。燃气内燃机具有发电效率高、余热利用率高、环境变化(海拔高度、温度)对发电效率影响较小,所需燃气压力低、单位造价低等突出优势。燃气内燃机冷热电联供系统的发电功率为30~10000kW,产生的电压等级为380V。该系统发出的电力一般自发自用,有条件的地方可实现余电上网。其余热为高温烟气(烟气温度约400℃左右)和缸套水,主要利用溴化锂空调机组实现供冷供热。燃气内燃机所需燃气压力低,一般的市政燃气中压管网均可满足用气压力需求,故该系统布置范围大,广泛运用于商场、办公楼、公共交通枢纽、数据中心等大型公共建筑内。尤其是冷热负荷和用电负荷峰谷一致且需求量均较大的场合。而且由于其发电效率和余热利用率高,其可大幅度提高能源的综合利用率,减少用户的用能开支。

3燃气轮机系统的特点

燃气轮机型冷热电联供系统主要由燃气轮机、发电机及供电系统、烟气余热回收装置等组成。基本工作原理为:从大气中连续地吸入空气,进入压气机压缩,压缩后的高压空气进入燃烧室,在燃烧室与高压燃料混合燃烧,产生高温烟气,随即流入涡轮中膨胀做功,推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温烟气做功发电。余热为做功发电后产生的高温烟气。用于分布式能源系统的燃气轮机发电功率为2~50MW,产生的电压等级为10kV。其余热为燃料燃烧产生的高温烟气,烟气温度约500℃左右,主要利用换热器制取蒸汽。一般用于用电负荷大且同时需要利用蒸汽的工厂或工业园区,例如汽车组装厂、食品厂、纺织厂等。燃气轮机发电效率较低,约为30~34%,其占地少,运行维护周期长(发电机大修周期6万h左右)、排放的烟气出口温度高、烟气中的氮氧化物浓度低。燃气轮机发电机组的发电电压等级高、功率大,供电半径大,适用于电负荷较大的场所。该系统所发出的电力一般自发自用,余电上网。燃气轮机发电机组停机再启动时间长,不应频繁启停。为提高机组的使用率,该系统需不停运转,适合于热电负荷稳定可靠的地方。燃气轮机发电机组一般需要次高压或者高压燃气,由于次高压或高压燃气一般敷设在城市的外围,因此,该系统在投资建设前期应了解高压市政燃气管网的布置位置,尽量让该系统位于高压燃气管附近区域。

4结束语

综上所述,各种燃气分布式能源系统均实现了能源的梯级利用,产生了很好的经济效益和社会效益。微燃机系统优先利用在规模较小,同时需要生活热水和用电的场所。内燃机系统优先利用在同时需要用冷热和用电的场所。燃气轮机优先利用在同时需要蒸汽和用电的工厂或工业园内。在项目建设中,应充分考虑用能项目的实际负荷情况以及周边接水接电接气等接入条件,并结合燃气分布式能源系统的特点,因地制宜,选择合适的系统组成,最大化提高能源的利用效率,做到经济上可行,技术上可靠。

参考文献

[1]林世平.燃气冷热电分布式能源技术应用手册[M].中国电力出版社.

[2]《热电联产管理办法》.发改能源〔2016〕617号.

作者:倪明 单位:中南建筑设计院股份有限公司

城市燃气杂志责任编辑:张雨    阅读:人次