分布式供能体系的运用

作者：马平 潘军松 单位：申能（集团）有限公司 上海申能能源服务有限公司

试运行期间系统效率的估算

申能能源中心的供冷负荷由常规电制冷机、冰蓄冷、分布式供能系统同时提供，并通过合理制定运行策略，在满足舒适性的前提下达到节能、降本的效果。夏季的供冷通常先开启分布式供能系统，一旦供冷量不足就开启冰蓄冷，如果供冷量还不满足要求就开启电制冷机。申能能源中心分布式供能系统试运行期间的主要数据见表１。表１中的１月份仅进行发电机的可靠性测试，空调机组并未投入，因此１月份空调机组设备的产热（冷）量采用了额定工况下的制热量。由于气温对微型燃气轮机机组发电功率影响很大，气温低燃机的效率高，这种变化对整个系统的效率会产生一定的影响，而且一年中的不同季节负荷分配的要求不同，也可能影响到效率。因此，系统的效率应当分季节来分析，为此把全年分为冬季供暖期、春秋过渡期和夏季供冷期，系统效率将根据相应的试运行数据估算。１）冬季供暖期冬季天气温度低，机组发电效率高。以１月份的１７日至１８日运行数据作为代表，系统中发电机组的平均发电功率为１９７．５８ｋＷ，供热机组的产热功率平均为２６８．００ｋＷ，即系统输出的功率平均为４６５．５８ｋＷ，可以折算成１６７６．２０ＭＪ／ｈ。系统中的微燃机组天然气平均耗量６５．１７ｍ３／ｈ，由于冬季空调机组不需要补燃天然气，因此系统消耗的天然气总耗量平均值为６５．１７ｍ３／ｈ；天然气热值取３５．６ＭＪ／ｍ３，系统能源输入的功率可折算为平均２３２０．１０ＭＪ／ｈ。根据机组输出和输入的功率比，可以得到冬季供暖期１月份的机组效率为７２．２８％。２）春秋过渡期春秋过渡期的效率估算采用５月２５日至６月３日的试运行数据，系统的发电机组输出功率平均为１５５．２３ｋＷ，供热机组输出功率平均为２６０．２７ｋＷ，因此系统的输出功率平均为４１５．５０ｋＷ，折合为１４９５．８０ＭＪ／ｈ。系统中的微燃机组天然气平均耗量为５１．８２ｍ３／ｈ，空调机组补燃天然气平均耗量为７．６４ｍ３／ｈ，系统的天然气消耗平均为５９．４６ｍ３／ｈ，折算后系统的能源输入功率平均为２１１６．７８ＭＪ／ｈ。由此可得，春秋过渡期系统的效率为７０．７％。３）夏季供冷期夏季供冷期大楼负荷需求量大，其中大部分冷负荷要由溴化锂空调机组提供，机组处于高负荷区内运行。该时期的效率估算采用７月７日至８月３日试运行数据，发电机组的输出功率平均为１６２．０３ｋＷ，制冷机组的冷量输出功率平均为２７０．６ｋＷ，因此系统的能源输出功率平均为４３２．６３ｋＷ，折合为１５５７．４７ＭＪ／ｈ。微燃机天然气耗量平均为５８．８３ｍ３／ｈ，空调机组补燃天然气耗量平均为３．３３ｍ３／ｈ，即系统消耗天然气总量平均为６２．１６ｍ３／ｈ，系统的能源输入功率平均为２２１３ＭＪ／ｈ。由此可得，夏季供冷期系统效率为７０．４２％。９月份气温已经有所回落，因此只需启动分布式供能系统，不需要再用冰蓄冷或者电制冷机就可以满足大楼冷负荷需求。９月１９日系统发电机组的平均输出功率为１６８．００ｋＷ，制冷机组输出的冷量功率平均为３３５．８３ｋＷ，即系统的输出功率平均为５０３．８３ｋＷ。系统中的微燃机组发电消耗的天然气平均为５９ｍ３／ｈ，空调机组补燃消耗的天然气平均为９ｍ３／ｈ，系统的天然气耗量平均为６８ｍ３／ｈ，由此可得系统输出功率为２４２１ＭＪ／ｈ，９月份系统平均效率可达７４．９６％。系统效率的提高与冷水流量增大，余热利用的增加有关。可以看到，由于只启动分布式供能系统，不再用冰蓄冷或者电制冷机，９月份系统输出冷量为３３５．８３ｋＷ，远远高于８月份的２７０．６ｋＷ。根据不同季节的运行数据估算结果，系统全年的效率为７２％左右。当然，这样的估算没有扣除能源中心的自用电部分，因此是高估的。例如夏季供冷时，风机、冷却水泵的耗电增加；扣除自用电后，系统效率会明显下降。一般来说冬季供暖期冷却塔停运自用电下降，气温低燃机的发电效率提高，因此系统效率总是高于夏季。

经济收益

分布式供能的收益与设备投入运行的时间有关，但是根据并网不上网的原则，申能能源中心的三联供系统只能在大楼办公时运行，通常为每天的８：００～１７：００，共９ｈ。系统的收益包括发电和供热（冷）两部分。发电增益是指与电网供电相比，项目的运行可以减少的用电成本。由于电网用电根据峰谷期定价，８：００～１７：００时段冬季的市电平均价为０．８６５元／ｋＷｈ，夏季为１．００元／ｋＷｈ。供热（冷）增益指冬季利用余热后可以减少燃气锅炉耗气的支出量，或者夏季减少基载制冷机组用电的支出。冬季采暖期和夏季制冷期燃气的效率不同，单位天然气的发电量和发电成本也不同。表２是根据２０１１年１月１７日１４：００至９月１９日１３：００运行数据计算的采暖期和制冷期系统燃气发电机组的投入和产出，可以看到采暖期和制冷期每１ｍ３的天然气所发电量分别为３．０４８ｋＷｈ和２．９４６ｋＷｈ。上海市政府为了鼓励燃气三联供的应用，给予三联供项目的天然气优惠价格为２．４３元／ｍ３，因此采暖期和制冷期发电成本分别为０．７９７元／ｋＷｈ和０．８２５元／ｋＷｈ。１）冬季采暖期采暖期系统的发电机组输出功率平均１９５ｋＷ，运行时间９ｈ可以发电１７５５ｋＷｈ，发电成本０．７９７元／ｋＷｈ（表２），可以得到全天发电成本为１３９８元；市电平均价格０．８６５元／ｋＷｈ，采用市电每天应支出电费１５１８元。因此项目的运行每天可以减少发电开支１２０元。冬季采暖，能源中心大楼采用２ｔ／ｈ燃气锅炉，锅炉的额定产热功率１４００ｋＷ；额定天然气耗量１５５ｍ３／ｈ，因此单位燃气量的平均制热量为９．０ｋＷｈ／ｍ３。两台烟气补燃型冷、温水机组冬季每台产出的热量平均１５０ｋＷ，两台共计３００ｋＷ，因此每１ｈ可以减少锅炉的天然气消耗量３３．３ｍ３，一天运行９ｈ，共耗天然气３００ｍ３，用于锅炉的天然气价格为３．９９元／ｍ３，因此每天可以减少１１９７元，加上发电收益１２０元，冬季采暖期每天的收益为１３１７元。２）夏季制冷期夏季制冷期平均发电量为１６５ｋＷ，发电成本为０．８２５元／ｋＷｈ；夏季市电平均单价为１．００元／ｋＷｈ；每天运行９ｈ，通过计算可以得到每天可以减少用电成本约２６０元。夏季，能源中心大楼采用基载制冷机组制冷，机组的额定制冷量为５５３ｋＷ；额定输入功率为１２０ｋＷ，机组制冷的ＣＯＰ为４．６，即每耗１ｋＷｈ电产生的制冷量为４．６０ｋＷｈ。夏季两台烟气补燃型冷、温水机组每台的供热功率平均１４０ｋＷ，两台共计２８０ｋＷ，如果也按ＣＯＰ为４．６计算，可以减少基载制冷机组用电６１ｋＷ，每天运行９ｈ，节电５４９ｋＷｈ。夏季市电平均单价为１．００元／ｋＷｈ，可以减少电费支出约５４９元；加上发电收益２６０元，夏季制冷期系统运行每天的收益约为８０９元。