上海燃气分布式能源设备及项目调研思考

李 林 李 健 宁志鑫 陈春晓

国核示范电站有限责任公司

0 序言

本文调研内容以上海市的燃气发电、燃气三联供项目为核心，调查了从1999 年到2022 年投运的不同时期的项目，项目跨度24 年，也见证了这24 年间国内外技术的更新换代和上海的飞速发展。

调研的用户类型：本次调研涉及15个分布式供能项目，包括商务区、大型商场、医院、机场、工业区、酒店、度假区、办公大楼、大学校园等近10 种用户负荷类型。

调研的机组厂商：所调研的项目涉及的机组包括颜巴赫、洋马、康明斯、卡特彼勒、曼海姆、MTU 厂家的燃气内燃机，以及西门子、索拉、中航等厂家的燃气轮机。

调研的机组类型：燃气内燃机和燃气轮机，大部分为进口机组，也有部分国产机组。

调研的机组负荷：所调研的燃气内燃发电机组的功率范围为350~4 401 kW，燃气轮机发电机组功率范围包括1.2~10 MW。基本涵盖了分布式主要的用户，调研所选项目也尽可能典型，以便日后追踪调查。

通过调研工作，得到如下结论与建议：

1 调研结论

1.1 项目的运行效率

根据调研对象提供的数据来看，所调研项目机组普遍运行良好，年平均能源利用率均在70%以上，最高达到90%，由调研对象提供的年运行小时数2 000-8 000 h 不等，但都能满足《上海市天然气分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》中年利用时数达到2 000 h及以上的要求。

1.2 投资经济效益（回收期）

除个别调研对象获得补助高，年满发小时数高，回收期短以外，总体投资经济效益低，在项目良好运行情况下区域分布供能投资回收期10-15 年，医院等小型项目投资回收期8-10 年（在获得政府财政扶持和电力、燃气大力支持的条件下）；根据多家调研对象的概算，仅满发小时数达到2 500 h 以上，才能产生经济效益。

1.3 运营模式

商业运营模式主要包括自运自营、合同能源管理两种方式，其中大部分采用合同能源管理的方式。

1.4 项目的自动化水平及运行班制

运行自动化水平达到能在控制室内通过LCD操作站对能源中心进行集中监控和正常运行时的监视和控制。系统自动化程度高，已经做到了全自动运行。

1.5 设备部件故障率

设备故障率低，几乎没有由于系统自身原因引起的故障停机。近几年设备的整体价格下降了20%左右，主要是提高了除核心设备以外的配套设备的国产化率。对于部件故障与损耗来说，内燃机组的火花塞属于高损耗件，短则1 月、数月，长则1年就需要更换；空气过滤器、油过滤器是更换频率较高件，易堵塞，需要定期检查更换；在备件中常备有这些部件，小部分零件自己更换，主要还是由厂家提供零件并维修。机油需要定期更换，约每月都需要更换一次，有调研对象反映，如果能进行机油成分检测，确定更换周期，更加科学。

1.6 维护保养等级与周期

根据不同公司，不同的运行小时数，检修维护等级不同，厂商会帮助用户制定相应的保养计划。一般情况下，平均每2年维保5次，其中基本上1 100 h左右换机油，2 000 h 微保养，10 000 h 小保养，24 000 h 大保养。不利于运行的问题是：设备大修及关键零部件更换周期较长（约2个月）。燃机返厂大修的时间由投资、运营方自行决定，一般要求运行超过30 000 h 需返厂大修，具体大修工作包括：为适应新发动机的管路改造；机座显示器更新；对控制系统和保护系统进行校验；对操作系统升级及合理化完善；更换全部润滑油；对机罩进行密封修补。维保具体工作：（1）服务范围：发电机组、马达控制中心、发电机、余热锅炉系统、其它（控制、直流电、冷却系统、仪表开关）等；（2）工作内容主要为设备检查、安全测试、试验、校正、保养、一般性维修等。

1.7 维护检修费用

设备维护保养成本在0.04~0.25 元/kW 不等（各企业财务科目设置不同，统计结果有较大差异）。增加脱硝装置，预计会增加成本0.02 元。单位发电量维护检修费用高的原因主要有：

（1）备件依赖设备供应商；

（2）有些部件故障率高，如：内燃机的火花塞。

（3）如果由外国工程师检修，人工费用每天可达数千甚至上万元；

（4）设备被动度保养；

（5）设备满发小时数少。

针对以上五点，提出降低维护检修费用的措施如下：

（1）购买机组设备时应在合同中提前与设备厂家商议好机组部件维修更换的费用，避免故障维修时设备供应商漫天要价；

（2）某些故障率高的部件（如：火花塞、活塞环、垫片等）应存有备件以便随时更换，避免因部件不能及时更换造成的生产损失；

（3）投资方在与设备商签订供货合同时应明确设备厂家的职责，协商好检修人员的费用，以避免后期检修造成的额外支出；

（4）根据实际运行情况制定合理的维修保养计划，避免设备过度保养；

（5）当采用多台机组运行时，应根据负荷需求变化调节机组的启停，尽可能使机组处于满负荷运行状态。

1.8 系统型式

本次调研的分布式供能系统的设计主要包括冷热电三联供和热电联供两种方式。冷热电三联供主要的运行方式为发电机组根据负荷需要进行发电，然后利用发电之后的高温余热进行供冷供热。夏季主要采用发电机组的高温余热与冷水机组相连接进行供冷；冬季主要利用发电机组的高温余热与换热器相连接进行供热。热电联供的主要运行方式为发电机组发电后产生的高温余热与余热锅炉相连接，产生高温蒸汽，供给用户使用。

2 设计上的几条建议

通过调研，从设计角度，提出如下建议：

1）帮助用户争取政策支持，有利市场开拓

如果能帮助/协助/配合用户争取政策支持，无疑是给用户吃了一颗定心丸，原因如下：当前的政府政策支持有明确的时效性，造成对以后的政策预期存在很大的不确定性，基于政策在分布式供能发展中的巨大作用，这种不确定对企业中长期规划会产生较大影响；目前分布式供能项目获得的电力、燃气的支持和优惠缺乏统一的具有操作性的政府文件支撑，从而增加了项目规划建设和运营的难度；分布式供能项目仅依靠企业自身努力经济上难以长期维持，需要政府常态化的政策扶持；从本次调研得到的反馈来看，分布式三联供并没有预想中的在上海遍地开花，其中最大的阻力还是政策上能否拿到国家的补贴或者是争取到优惠的气价和余电上网的资格，成了用户能否盈利的关键因素。

2）设计之初，应充分考虑终端用户负荷匹配问题

当能源中心发出的冷热电源只能使用5-6 h时，肯定难以有一个理想的投资回报率。若存在多个用户时，不同用户的使用峰值交错开，使得全天的平均运行功率能稳定在一定范围，开机时间维持在12 h 以上（即年运行小时数达到5 000 h），盈利能力就比较可观。

3）考虑未来负荷发展，采取模块化设计

区域分布式供能负荷的增长有3-5 年的滞后（培育期），因此要坚持需求导向，在产品选型上选择成熟产品和已经集成整合的产品（系统），便于模块化扩展（容量）；

4）热机类型（内燃机、燃气轮机）选择

第一，总的来说使用燃气轮机的比较少，调研中，调研对象反映的原因是：一方面燃气轮机能提供较大功率，而分布式项目往往没有那么大的负荷，另一方面投资方希望能尽可能降低从投资到设备报废整个周期内的运营维护费用，那么内燃机的整机初投资、维修维护费用、备品备件价格仍然具有明显的经济性优势。但是，需注意：本次所调研的中航的军用燃气轮机因为是退役的燃气轮机，价格低、维护工作量也很小，维护费用大约为0.02-0.03元/kWh，是一个特例，不是普遍现象，主要原因是它为军用退役产品。第二，内燃机的发电效率比燃气轮机大很多（可能为一倍及以上），但是综合效率燃气轮机高于内燃机，即：燃气轮机热效率高，如果采用国产中航燃气轮机，运行可靠，故障极少，初投资并不高，供热量大，是一个不错的选择，根据内燃机和燃气轮机的此特点，可以有针对性地满足特定用户电、热（冷）负荷要求。

5）烟气-水（蒸汽）板式换热器的使用

相对于余热锅炉，该设备价格低，构造简单，占地小，应优先选用。

6）烟气-热水余热型溴化锂机组的选型

如果用户有冷、热两种负荷需求，宜选用制冷制热两用型溴化锂机组，不宜选用制冷单用型溴化锂机组。

7）进口设备VS国产设备

进口设备性能更好、更加可靠，但是部件必须从外商购置，人工费高，总运维费用高。本报告建议：①不得已时，热机选择国外产品，其它所有设备如发电机等选用国内产品；②指导甲方在购买合同中，规定部件购买价格、人员费及其它外商提供服务的费用，以控制后期的运维费用。

8）帮助用户拓宽备件渠道

设备选型时，因为可选的可靠机型多是国外机型，初投资和维护维修费用都比较贵，尤其是大修时要送回原厂，导致大修周期很长。若是能争取到能提供原厂备件的第三方公司，或是尽可能低的维护维修费用，将节省一大笔投资费用。

9）储能装置的应用

若在系统中加入储能装置，可以存储三联供系统中多余的电能、冷量和热量，也能一定程度上提高经济性。

10）系统设计建议

终端用户负荷波动大时，余热供冷、供热有时难以及时供应到位，建议系统中要有燃气锅炉、电制冷机组或者储冷储热装置，以满足用户短期内的峰值负荷需求。