燃气热电联产系统在医院中应用

朱 惠 上海申能能源服务有限公司

0 引言

目前，分布式供能系统已成为各国应对节能减排而共同选择的有效手段之一。热电联产系统作为分布式供能系统家族中的一员，其具有的一次能源利用率高、安装使用方便、运行可靠稳定、节能减排效果明显等诸多优势而成为城市构建可持续能源系统的首选方式。

1 热电联产系统应用优势

热电联产系统除了能源利用率高和环境污染小等优势外，热电联产系统可以让用户享有充分的用电“选择权”，用电选择权主要体现在用户可以掌握自身发电成本和用电需求，在峰值电价时选择自身发电，这样可以有效的缓解用电压力和降低能耗成本[1]。

2 热电联产系统应用相关风险

热电联产系统在一次能源利用效率、运行可靠性和节能减排效果上具有其他分布式供能方式和传统供能方式所无法比拟的优势，但是在实际运行使用上热电联产系统的确存在诸多风险，比如日常运行维护风险，设备商零配件垄断风险，以及燃料成本不可控风险，这些因素直接影响到热电联产系统日常运行成本和系统运行经济性。

3 热电联产系统应用运行分析

医院作为热电联产系统应用首选用户，主要是因为医院能耗较大，而且用电用热在各个季节段内相对稳定。现选择一家具有代表性的三级甲等综合性医院作为分析对象，对热电联产系统运行数据和运行经济性进行分析。

3.1 案例基本情况

医院总建筑面积72 000㎡，核定床位数600张、平均日门诊量为3 000人次，是一所教学、科研、保健为一体的现代化三级甲等综合医院，该院使用了一套热电联产系统来提供一部分的电能和热能。热电联产系统主要参数如表1。

表 1 热电联产系统主要参数

3.2 系统概况

图1 医院生活热水供应系统图

医院热电联产系统所发电力就地消耗，余热用于制取生活热水供全院使用。系统工作原理（参见图1）：市政补水经过空调余热回收系统预加热，然后再由热电联产余热进行二次加热，最后产生60℃的生活热水接入保温水箱，在热水用量小于实际使用量时，多出部分进行储存待用水高峰时使用；在热电联产出现故障或者保养时，应急补水保证最低供水量，生活热水由锅炉加热保证病房正常用水。这种“先用后续”的设计思路可以最大限度的使用热电联产系统余热，提高系统运行时间。

3.3 运行策略

根据医院实际电力负载和生活热水用量进行不断优化调整，调整后的运行周期分为夏期、冬期和过渡期，在满足医院生活热水使用量的情况下，开机时间段根据电力峰谷平不同单价进行有选择性的优化设定。

运行时间段：目前根据医院实际热水用水量测算，在夏期每天用水量在60 m³左右，冬期每天用水在140 m³左右，过渡期每天用水在90 m³左右，以热电联产“以热定电”原则为准则，再结合医院用水和电力峰谷平电价数据（表2、表3），对运行时间段进行设定如表4。

中国原油战略接替的现实指向为：各大盆地的深层、海上的前新生界海相地层、西藏高原、中国北部“中亚陆间区南带”的上古生界。

3.4 运行经济性分析[2]

（1）计算依据

运行成本：系统运行时所发生的相关费用，包括燃料成本、设备维护保养成本、系统自耗电成本和劳动力成本四部分。

表2 上海市夏季电力单价表

表3 上海市非夏季电力单价表

表4 运行时间段设定

式中：CT–系统运行总成本（元/h）；

FC–天然气使用成本（元/h）；

MC–设备维护保养成本（元/h）；

LC–劳动力成本（元/h）；

EC–系统电力消耗成本（元/h）。

通常设备商提供的设备维护保养费用包含劳动力成本。

经济收益：传统供能方式提供与热电联产等量能源所需要的费用和热电联产运行所需要的费用之间的差值。

式中：MS–经济收益（元/h）；

MT–传统供能方式提供与热电联产等量能源所需要的费用（元/h）。

标煤节省量：热电联产系统运行时消耗的标煤与传统方式提供等量能源消耗的标煤之间的差值。

式中：QS–标准煤节省量（kg/h）；

QT–传统供能方式提供与热电联产等量能源消耗的标准煤（kg/h）；

QC–热电联产运行消耗的标准煤（kg/h）。

CO2减少量：热电联产运行时产生的CO2与传统方式提供等量能源所产生的CO2之间的差值。

式中：WCO2–CO2减少量（kg/h）；

WT–传统供能方式提供与热电联产等量能源产生的CO2（kg/h）；

WC–热电联产运行时产生的CO2（kg/h）。

（2）经济效益

根据上海市政府颁发的分布式供能扶持政策[3]，热电联产系统享有政府天然气优惠气价和一次性设备补助。小时经济效益按（表5）上海市天然气单价和（表2、3）上海市电力电价为测算依据，结合运行时间段（表4）进行计算，热电联产小时运行收益结果见表6。

表5 上海天然气单价表

表6 热电联产小时运行收益

（3）节能环保效益

以标煤耗量和CO2排放量为依据，对传统供能方式和该医院热电联产系统供能方式的小时标准煤耗量和二氧化碳排放量进行对比见表7。

表7 标煤消耗量和CO2排放量对比

3.5 热电联产实际应用结果

根据实际运行参数对比分析，医院热电联产系统发挥了分布式供能系统的优势，充分利用峰谷电价和燃气优惠政策，按照现开机计划（表4）每年总运行时间在3 000 h左右，每年可节省能源开支76万元，每年节省标准煤耗186t,每年CO2排放减少690 t。

4 结论

随着国家对节能环保目标的进一步明确以及长期能源战略的实施，燃气热电联产系统这种旧思路新用法的方式可以弥补传统集中式发电的不足，尤其在一些远离发电厂的大城市中，热电联产系统的优越性得到了充分体现。医院作为城市中能耗较高的公共建筑单位，合理有效的利用热电联产系统的优势，使其真正成为集中式供能方式的一种有益补充，在城市优化能源结构、降低能耗和节能减排中做出贡献。医院使用燃气热电联产系统的社会意义毋庸置疑，但是面对天然气价格不断上涨所带来的运行成本上升，系统经济收益还有待进一步研讨。

[1] 陈柳钦 分布式能源发展轨迹与前景展望[J]《价格与市场》2014-3

[2] 魏会东、吴静怡、王如竹 楼宇级冷热电联供系统应用分析[J]《建筑科学》2007-6

[3] DG/TJ08-115-2008上海市工程建筑规范《分布式供能系统工程技术规程》