微燃机分布式供能系统在医院及办公楼能源中心的实践

上海航天能源股份有限公司 张丹 高慧峰

0 引言

微型燃气轮机发电机组（简称微燃机）是分布式供能系统原动机的一种，具有结构简单、辅助系统少、智能化集成度高，并且无安装环境要求，室内室外均可，占地面积小等优点。从实际运行来看，微燃机长时间运行稳定可靠，优良的变负荷性能和高品质的电能质量，成为将其成功应用到分布式供能系统的重要因素。由于微燃机本身固有的各种特点和优势，微燃机作为分布式供能系统的原动机，必然会得到极大的推广和应用。本文将对微燃机分布式供能系统在医院及办公楼能源中心应用的实际项目进行介绍，以对该类系统优势进行验证，并总结系统实施的经验和不足。

1 医院中微燃机分布式供能系统应用

该医院是松江地区一家综合性医院，床位总数700张。医院现有四路变配电系统，两台1600kVA变压器（TA、TB）和两台2000kVA变压器（TC、TD），四台变压器同时使用。根据医院2009年1月～2010年4月的用电情况分析知，TD变压器的电流较为稳定，平均电流大，最小电流负荷为318A，即最小电功率198kW。医院原有供热系统采用2台传统的6t燃气蒸气锅炉，利用低区和高区即热式蒸气-水换热器加热自来水以制取生活热水分别供给低区和高区用户使用。

1.1 系统概述

考虑医院电负荷及热水负荷会随着季节及住院人数的变化而变化，因此其分布式供能系统采用模块化设计：由3台额定发电量均为65kW/台、热水产量2t/h的C65-ICHP型微燃机热电联供一体机模块组成，另还包括Gas_Pack压缩机、热水箱、热水泵、一套集成控制系统等。

1.2 供热系统

三台热电联供模块产生的热水储存于储热水箱中，采用变频水泵，分两路供给低区和高区用户使用。当分布式供能系统热水量相比用户用量有富足时，锅炉补水和空调回水可利用储热水箱部分热量进行预热，充分利用废热资源，进一步达到节能的效果。新加的分布式供能系统不会影响原有生活热水供应系统的功能，这两个系统可互为备用，互为补充。

1.3 供电系统

由于TD变压器上电负荷较大且较稳定，因此将分布式供能系统所发电力采用“并网不上网”方式并接在TD变压器的低压端，供给医院使用。当医院失电时，系统中微燃机将自动转为孤网运行，保证TD下端一级电负荷需求。

集中控制系统对三台热电联供一体机模块进行操控，分级按需启停模块来控制热水的供应，同时相应的调整电力的输出。模块化的设计方式可以保证部分负荷运行时的高发电效率和余热利用效率。

1.4 减排效应

根据医院能源特征，以每年3500h运行时间核算。本系统的采用全年将节约标准煤121t。按照华东区域电网的碳排放因子0.853tCO2/MWh为参考，全年可以减排CO2239t。

1.5 安装环境

本医院分布式供能系统属原有供热系统的改建工程，鉴于安装位置及空间的限制，该工程安装在医院地下二层的蒸汽锅炉房内，以充分利用原有锅炉房的面积和空间。锅炉房内温度较高，如直接利用锅炉房内空气（平均温度40℃）进行C65-ICHP机组的通风散热和燃烧进风，会导致发电功率降低20%。经过慎重讨论后，决定采用直接从室外引入新风，利用风道接入机组进风口，以保证高的发电功率。

1.6 系统性能

表1为医院分布式供能系统性能测试结果。

表1 医院分布式供能系统性能测试结果

由表1可见，系统在该工况条件下一次能源利用率73.3%，符合上海市《分布式供能系统工程技术规程》的不小于70%要求。发电效率为27.1%，符合Capstone公司出厂文件规定的标准工况条件下的29%(±2%)的指标。

2 办公楼能源中心微燃机分布式供能系统应用

该办公楼是某集团公司位于闵行区的总部大楼，建筑面积45855m2。内设调度中心、应急指挥中心、生产管理信息中心以及配套办公用房和其他公用设施。能源中心是由分布式供能系统、太阳能发电系统、冰蓄冷系统和传统的电空调和采暖锅炉组成的综合性供能系统，技术先进，智能化程度高，具有一定的节能减排效应。

2.1 系统概述和组成

该分布式供能系统主要是由一台美国Capstone公司生产的C200微燃机和两台日本YAZAKI公司生产的烟气补燃型溴化锂制冷机（以下简称制冷机）组成。系统额定发电量190kW，额定制冷量282kW(制热量228kW)，约占到整个能源中心相应负荷需求的5%。

2.2 供电系统

配电系统采用并网不上网的运行模式，以400V的电压等级并入能源中心的交流母排。微燃机作为电流源，以市电为参考对象，可以自动跟踪电网的电压、频率和相位，实现自同步，不需要额外添加同期装置。

该系统设计有负荷跟踪功能，微燃机可以根据用户的负荷变化自动增加和减少输出功率。并且微燃机的加减负荷响应速度非常快，保证了负荷跟踪功能的可靠性。不会出现负荷变化和输出功率不同步的情况。

微燃机具有黑启动功能，可以作为应急机组使用。在市电失电的情况下，微燃机可以在孤网模式下独立运行，满足重要一级负荷的供电需求。

2.3 供热系统

微燃机发电后排放的高温烟气（280℃）供制冷机使用，经过制冷机内部的多次热交换之后，产生冷（温）水供空调末端制冷（热）。制冷机产生的冷(温)水和其他冷源的冷(温)水在整个空调系统的集、分水器中混合，由空调集控系统进行统一管理和分配。分布式能源系统的制冷机只是作为整个空调系统的有效补充。

2.4 减排效应

将制冷量折算成电当量，相当于47kW的电空调(取电空调COP为6.0)，再加上微燃机197kW的实际发电量。该分布式能源系统相当于可以替代244kW 的电力供应。根据办公楼能源供应的需求和特征，以每年2500小时运行时间核算。全年可替代电网供电610MWh。按照华东区域电网的碳排放因子0.853tCO2/MWh为参考，全年可以减排CO2154t，减排效果非常明显。

2.5 安装环境

该系统安装于室内地下二层，房间高度9.6m。排烟管道相对复杂。并且需要考虑新风系统的设计。

2.6 系统性能

按照上海市《分布式供能系统工程技术规程》的施工和验收的相关规定，该系统的主要设备微燃机和制冷机都顺利通过了连续72h的试运行测试。表2和表3，的相应参数为72h试运行过程中的平均值。经过整个性能测试，发电机发电效率为30.7%，制冷机余热回收效率为42.3%，整个分布式能源系统总的一次能源利用率为73%。

表2 微燃机性能测试结果

表3 制冷机性能测试结果

3 几点体会

（1）对于医院热电分布式供能系统，不同季节，特别是冬季和夏季热水负荷变化较大，模块化分布式供能系统可以在保证满负荷运行的前提下，适应用户的负荷需求，系统全年的一次能源利用率更高。

（2）微燃机分布式供能系统布置于用户侧，就近供能，由需求侧自行管理调度，系统的负荷匹配至关重要，系统容量的选择不能太大。否则，将会减少设备的利用率，增加设备部分负荷运行时间，降低系统一次能源利用率，延长系统投资回收期。

（3）从安装环境来讲，微燃机具有可室外和室内安装特点。在条件允许的情况下，建议选择室外安装，可以保证一个良好通风散热和通畅进风的机组运行环境，达到设计的发电功率和发电效率。如必须室内安装时，当室内环境温度较高或通风不畅时，则需设单独的排烟系统、新风系统等。

（4）分布式供能系统涉及电力、暖通、给排水和控制等多门学科，系统的集成度和复杂度非常高。系统的运行维护和维修应该由专业的系统提供商来完成。所以，专业的系统集成商要逐渐建立集中的远程监控平台，做到从设计、施工到运行维护的系统全生命周期的全方位服务工作。并且微燃机满足操作简单，维护少的要求。消除用户在运行管理方面的忧虑。

（5）基于微燃机优秀的变负荷特性、稳定的电能质量和运行可靠性，分布式供能系统在冷、热、电联供的基础上，可以将功能扩展到应急机组和不间断电源。这样可以取代传统的柴油发电机组和蓄电池UPS，间接降低系统的总投资，提高投资回报率。将是微燃机分布式供能系统发展的新方向。