燃气分布式系统初步探讨

陈慧

摘 要：分布式能源是近年来兴起的利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式，目前分布式能源大多数以天然气为主。该文针对燃气分布式系统进行了初步探讨，主要围绕系统组成、适用范围以及存在问题三个方面，并对典型的系统应用实例进行介绍，提出了优质的天然气分布式能源项目需要具备的条件。

关键词：燃气 分布式 负荷匹配

中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0018-02

1 燃气分布式系统简述

燃气分布式系统是通过冷、热、电三联供方式，利用燃气轮机或内燃机燃烧天然气发电，再利用烟气余热来发电、制冷、供暖等实现能源的梯级利用，使能源利用率达到70%以上。该系统能源效率高、可靠性强及污染物的低排放，具有相当的竞争优势，近年来在国外得到了迅速发展，国内也得到越来越多的关注，见图1。

2 系统主要组成

燃气分布式系统的主要技术设备一般包括主机（即燃气发电动力装置），余热利用装置（如余热锅炉、烟气型或热水型溴化锂机组等）以及其他辅助制冷、制热设备等。燃气分布式系统面临着急迫的市场需求和发展动力。考虑通过进行合理的系统配置，实现燃气分布式系统更好地发展。

2.1 燃机部分

其中，主机作为系统的核心装置，其热电输出特性直接影响整个系统的性能。燃气轮机与燃气内燃机足目前应用最为广泛的两大类主机，在燃气分布式系统中存在两种主机的比较和选择。（见表1）

总体来说，内燃机的发电效率比燃气轮机高，部分负荷性能好。因此，对电力需求不大或者大多时段处于低负荷运行的系统，优先考虑内燃机。但对热量需求较大且，热量的要求高的场合，燃气轮机具有优势。

2.2 余热锅炉部分

锅炉是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。余热锅炉位于燃机之后，作为余热回收装置，回收利用低品位能，相当于换热器。其设计不但影响余热利用率，而且对于整个燃气分布式系统起承上启下的作用；其结构、性能和参数都极大地影响到其它设备和整个系统的性能。

余热锅炉是由一系列换热器组成，包括过热器、蒸发器和省煤气三部分。由于余热锅炉内没有燃烧过程，它只是一个换热器。其与燃机配合，燃机排出的高温烟气进入余热锅炉，加热受热面中的水，产生高温高压的蒸汽，一部分可以进入汽轮机做功；一部分可以直接供热或驱动溴化锂吸收式制冷机组制冷。

余热锅炉型号、种类繁多。根据烟气的流动方向，余热锅炉可以分成卧式和立式；按工质使用压力可以分为单压和双压；按照供给热量可以分为非补燃式、部分补燃式以及完全补燃式三种。

2.3 溴化锂机组部分

在分布式能源系统中，常采用溴化锂吸收式制冷系统。溴化锂吸收式制冷机是一种以蒸汽、热水、燃气等余热为热源，制取冷水或冷热水的制冷设备。与压缩式制冷机相比，溴化锂吸收式制冷机有着明显的优越性。根据用户的需求可以选择烟气型的溴化锂机组、热水型的溴化锂机组或蒸汽型溴化锂机组。

溴化锂吸收式制冷机的主要特点如下：

（1）节约能源。以热能为动力，80℃以上的热源就可利用。

（2）耗电量少。机组中耗电设备少，故耗电量很小。

（3）无公害。溴化锂吸收式制冷机以溴化锂水溶液为工质，无臭、无毒，有利于环境保护。

（4）可调节范围广，运行平稳可靠，对外界条件变化适应性强，操作简单。

3 适用范围及存在问题

燃气分布式系统分为楼宇型和区域型，均以资源、环境和经济效益最大化为原则确定其工作方式、容量和配置方案。

楼宇型是针对具有特定功能的建筑物，如写字楼、学校、医院等建筑。一般采用小型或微型燃气发电机组，机房往往布置在建筑物内部，不需考虑外网建设。

区域型一般针对工业园区和大型综合体，基于“高能高用、低能低用、温度对口、梯级利用”的原则，在对区域内用户冷、热、电负荷统计分析基础上，采用燃气发电，结合各种制热、制冷技术，实现能源的高效利用。区域型在满足有稳定的冷、热负荷，较高的电价以及较低的天然气价格等条件下有优势。

由于我国目前尚无有关分布式能源的法规和并网运行规程，再加上资源、电价、可用设备、经济、技术和电力市场化等方面的制约，因而分布式能源的发展步伐十分缓慢，真正运行起来的项目并不多。

（1）能源价格体系问题。气电价格比的现状和走高趋势将使投资回收期进一步拉长，气电价的联动机制是一个重要选项。

（2）分布式能源系统技术及能源服务体系不成熟。分布式能源系统集燃气、动力装置、配电、控制、暖通、特种工艺等多项技术于一体，技术复杂、综合性强、专业要求高等特点，相应的专业团队及人才资源有待进一步壮大。

（3）设备要求高投资大对项目的经济性产生重大影响。目前，发电设备以进口设备为主，同时税费较大。

（4）市场的认知度不足。传统用能方式惯性较大，且不注重负荷的精确计算和匹配，使得部分分布式能源系统发挥不出预计的效果，也影响该技术的推广。

（5）法律法规不完善。传统产业与垄断行业形成的强大壁垒必须通过法律法规来确立分布式能源的地位，才能使得一个新技术的应用得到快速发展。

4 系统实例分析

4.1 办公楼燃气分布式系统分析

办公楼一般考虑小型燃气轮机或内燃机。由于电、热、冷负荷相对较小，而且随时间变化较大，设计应用时需对负荷进行时序性分析，一般原则为：优先考虑冷、热负荷。准确的负荷分析是机组选型经济、可靠的重要保证，对这类建筑配置系统时要特别注意。

4.2 宾馆应用分布式供能系统分析

宾馆用能的特点：电负荷较稳定，洗浴及清洁用低温热水负荷随季节变化不大，采暖季节热水需求量大，夏季由于采用溴化锂制冷，蒸汽需求量大。发电机组排烟首先经过高温烟气换热器产生蒸汽，进入宾馆蒸汽系统。夏天制冷时蒸汽供溴化锂制冷机组，采暖季节蒸汽通入采暖水箱。根据宾馆用能具有随机波动的特点，还需在高温烟气换热器处增设蓄热器，实现系统的优化配置。由于冷热负荷季节性变化相对较大，对这类建筑配置系统时，也要进行负荷分析。

4.3 工业园区燃气分布式系统分析

在工业园区生产型企业占大多数，冷、热、电负荷一般都较大，并且较为稳定。而稳定的负荷可以提高系统的热效率，对投资和运行都十分有利。园区一般配置中型燃气轮机，仍然以优先满足冷、热负荷的原则配置系统，而具有稳定冷、热负荷的工业园区是未来燃气分布式系统的发展重点。

5 结语

燃气分布式系统不是标准化的，每一个天然气分布式能源都在能源价格、负荷匹配、设备选择、政策补贴上存在差异。从设备制造层看，不同技术都存在发展空间，各种设备都面临竞争格局。但从投资运营角度来看，一个优质的天然气分布式能源项目需要具备以下几种条件：

（1）成本端低气价或销售端高电价。

（2）稳定的冷、热、电负荷。

（3）相应的政策补贴。

（4）因地制宜的设计和高效的运行。

总体来说，我国分布式能源的发展水平还不高，在政策、上网及技术方面还存在一些问题，但发展前景是好的。在条件适宜的地方建设燃气分布式项目具有一定的经济和社会效益。

参考文献

[1] 陆方，罗永浩.分布式供能系統及应用[J].上海节能，2005（3）：37-40.