天然气分布式能源站装机方案选择及节能分析
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ＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 动力与电气工程 天然气分布式能源站装机方案选择及节能分析① 夏立峰 （中国电力顾问集团华北电力设计院工程公司 北京 １ ００１ ２０） 摘要：本文介绍了莱分布式能源站冷热电三联供系统以及项目概况。根据工程冷热电负荷的需求，进行装机方案原则论证。从一次能 源利用率，总热效率、节能和应用效果等方面论述了燃气冷热电联供是我国推行分布式能源供应的优良方式。 关键词：分布式能源站 机组选型 节能 中图分类号：Ｔｕ９９ ６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－３ ７９１（２０１４）０ ３（ｃ）０１１ ６－ｏ２ 天然气分布式能源系统是直接面向用 户提供各种形式能量的中小型终端供能系 统，它不同ｆ传统的集中式能源生产与供 应模式，而是分散在用户端，以能源综合梯 级利用模式，来达到更高能源利用率、更低 能源成本、更高供能安全性以及更好的环 保性能等供能多目标。分布式是实现发电、 制冷、制热等多种功能先进能源系统，明确 列入了“国家节能中长期专项规划”中的重 点节能领域。分布式能源系统适合建立在 建筑功能多样化、建筑相对集中的区域。不 同建筑功能的建筑之间出现的能源峰谷时 间不同，建筑功能多样化可以使区域内的 电、冷、热需求相对平衡，利于系统长时间 稳定运行，提高系统的年利用效率。 根据发改能源［２０ｌ １】２１ ９６号文件 关于 发展天然气分布式能源的指导意见 ，合理 选择建设规模，优化系统配置，原则上天然 气分布式能源全年综合利用效率应高干 ７０％，１芏低压配电网就近供应电力。发挥天 然气分布式能源的优势，兼顾天然气和电 力需求削峰填谷。 某经济开发区集居住、商业、＿１：业十一 体，有电、冷、热负荷需求，能源需求多样 化，适合建立分布式能源站，实现多系统能 源融合，利用效率发挥剑最大状态，以达到 节能减排的目的。 本能源站一期拟建设２套燃气 蒸汽 联合循环机组，包括３台ＬＭ６０Ｏ０ＰＤ Ｓｐｒｉｎｔ 型燃气轮｝几（各带１台发电机）、３台余热锅炉 （单压，带尾部热水锅炉）、ｌ台背 式汽轮机 （带ｌ台发电机）和１台抽凝式汽轮机（带ｌ台 发电机），上蒸汽采用母管制连接，并设置２ 套减温减压装置作为备用。汽轮机最大能 供工业蒸汽１ ｌ ８ ｔ／ｈ，加上热水锅炉的供热 量约３５．８ Ｍｗ（５ １０ ｔ／ｈ），以满足本地区近期 工业蒸汽负荷大部分需求和热水负荷大部 分需求。由于该经济开发区已经建成了一 定数量和容量的锅炉房，锅炉房的取缔需 要一段时间，开发区的热负荷也是逐渐提 高， 此余下热负荷可在能源站二期进行 弥补 １装机方案 考虑到供热的可靠件，本』＝程燃气轮 机数量以不少于２台为宜，当１台燃气轮机 或余热锅炉停运后，能保障用户最小热钒 荷的需求。同时，由于燃气轮机因压气机进 气量的调节幅度小，低负荷时效率陡降，冈 此燃气轮机高效率运行的调度方式应以台 调节为主，不宜采用平均负荷的调度方式。 因此，燃气轮机数量以不少于２台为宜。根 表１ 据开发区的热负倚和电负荷情况，确定机 组的供热能力干¨供电能力，本］：袢帆纰选 型初步按 述方案考虑。 （１）方案－：安装２套燃气 蕉汽联合循 环机组（１套一：拖‘’’和ｌ套“・拖一”，置燕 汽采用母管制），包括３台ＬＭ６０００ＰＤ Ｓｐｒｉｎｔ 型燃气轮机（ 带ｌ台发电机）、３台余热锅炉 （单压，带尾郎热水锅炉）、１台抽凝，弋 轮帆 （带ｌ台发电机）和１台背 式汽轮机（带１台 发电机）。 （２）方案二：安装３套燃气 燕汽联 循 环机组（３套“一拖一”，主蒸汽采用母符制）， 包括３台ＬＭ６０００ＰＤ Ｓｐｒｉｎｔ犁燃气轮帆（各带 ｌ台发电机）、３台余热锅炉（中． ，带尾部热 水锅炉）、２台背 武汽轮机（各带ｌ台发电 帆）和ｌ台抽凝式汽轮机（带ｌ台发电机）。 两个方案（年平均ｆ：况）比较详见衷Ｉ。 以上方案均可满足平均 啦乍 蒸汽 负茼需求，供热水量基本相等。 方案二有３台燃气轮机、３台余热锅炉 和３台汽轮机，供热可靠性高，装帆容鼍适 当，初投资高，机组运行调节灵活．ｆ牛较 。 方案一有３台燃气轮机、３台余热锅炉 和２台汽轮机，供热可靠性高，装机容最适 当，初投资较低，机组运行调节灵活性高。 燃气一蒸汽联合循环热电联产帆组ｌｌ｝｜， 序 项目 单位 方案一 方案一 号 ｌ套抽凝机组 ２套背压饥组 ｌ套抽凝机组 ｌ套背压机组 ｌ 燃气轮机出力 ｋＷ ４５３１７ ２×４５２４０ ２ ｘ ４５３ｌ７ ４５２４６ ｌ１７２０（凝） ２４０２９（凝） ２ 汽轮机出力 ｋＷ ２×ｌ７１ｌ １７｝ｌ １ｏｏ９７Ｇｔｄ］） １ １８５８（４￣） ３ 高 蕊汽浠量 ｔ／ｈ ４２．８２ ２×４３．１３ ８５．６４ ４３．１３ ４ 抽汽（排汽）流量 ｔ／ｈ ９ ２ ｘ ４３．１３ ５３．３ ４３．１３ ５ 减温水流量 ｔ／ｈ ０．７ ２ ｘ ３．８４ ３．７ ３．８４ １５０９５３凝） ｌ６１６２１（凝） ６ 总出力 ｋＷ １４９３３０（￣） ｌ４９４５０（￣） ～６７．３ ～８５．６ ～７６．６ ～８５．６ ７ 毛热效率 ％ ～７９．５ ～７９．６ ８ 供汽流量 ｔ／ｈ １０３．６４（最大１２５） １０３．９７（最大ｌ】８） ９ 最大供热能力 大 小 １０ 单位投资 晶 较低 １ｌ 机组运行调节灵活性 一般 尚 ①作者简介：夏立峰（１ ９８２ ），男，毕业于北京航空航天大学，硕士，工程师。 ６ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩ
ＯＮ 动力与电气工程 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ 表２ 数据 序号 项目 单位 集中供热锅炉 关停供热锅炉 常规燃煤电厂 常规燃煤电厂 （效率按８５％） （效率按７０％） １ 年供电量 ｋＷｈ／ａ ８．８２５×１０ ０ ８．８２５×１０ Ｏ ２ 年供热量 ＧＪ／ａ ０ ２５０．５７×１０ ０ ２５０．５７×１０４ ３ 年平均供电标准煤耗率 ｇ／ｋＷｈ ３００ ， ３００ ， ４ 年平均供热标准煤耗率 ｋｇ／ＧＪ ４２．６８ ， ５１．４６ ２６．４６×ｌ０ １０．６９ Ｘ ｌ０ ２６．４６×１０ ｌ２．８９×１０ ５ 全年标准煤耗量 ｔ／ａ ３７．１５×１０ ３９．３５×１Ｏ 燃气轮机、余热锅炉、汽轮机的匹配原则一 般是：余热锅炉的蒸发量与燃气轮机排出 的烟气余热相匹配，汽轮机的进汽量与余 热锅炉的蒸发量相匹配，以使能源的利用 效率最大化。汽轮机可以是抽汽凝汽式，也 可以是背压式。背压式汽轮机热效率高，但 在实际运行中，如果热负荷变化频繁，将使 整个机组的负荷率随之不断调整，对整个 机组的运行不利。特别是当热负荷较小时， 导致整个机组处于低负荷运行，此时整个 机组的热效率会大大降低。而抽凝式汽轮 机的抽汽可以随着热负荷的变化而调节， 整个机组可以长期保持较高的热效率。而 根据国家能源政策，对于有充足、稳定的工 业热负荷的地区，原则上建设背压式机组， 必要时配合建设抽汽凝汽式机组。 方案一根据开发区热、冷、电负荷变化 情况综合考虑，同时配置背压式汽轮机和 抽汽式汽轮机，兼顾效率和灵活运行的需 要。背压式汽轮机的排汽可以直接对外供 热，没有冷源损失，热效率高。抽凝式汽轮 机运行灵活，热效率较纯凝机组高。由于工 业热负荷属于持续性热负荷，需保证供热 可靠性，否则将会给热用户的工业生产造 成较大的损失，因此装机方案通过采用背 压式汽轮机和抽汽式汽轮机兼顾的格局。 三台余热锅炉的高压蒸汽管道通过切换母 管同时给背压式汽轮机和抽凝式汽轮机供 汽。背压式汽轮机的排汽管道和抽凝式汽 轮机的抽汽管道并联至供热母管上，向厂 外供热。三台余热锅炉尾部设置的热水锅 炉产生的热水连接成母管，夏季作为热水 型溴化锂吸收式制冷机的驱动热源，全年 作为生活热水的加热热源。 根据该地区的热负荷，全年有４个月是 热用户的生产淡季，有４个月是热用户的生 产旺季。生产淡季时，由于供热负荷减少， 方案二的２台背压机其中１台将只能采用低 负荷运行，运行效率低，必然影响投资效 益，所以方案二的机组不太适应热负荷的 变化，而方案一采用的是１台抽凝机＋１台背 压机，无论在供热工况，还是在凝汽工况下 运行都具有高的热效率，都能送出高效、节 能和较清洁的电力，抗风险能力强。生产旺 季时，可保留２台ｌ ５ ｔ／ｈ容量的锅炉作为调 峰锅炉满足余下的热负荷，这样可使能源 站取得最佳经济效益。 综上所述，能源站一期装机方案推荐 方案一，即装设３台ＬＭ６０００ＰＤ Ｓｐｒｉｎｔ型燃 气轮发电机组、３台余热锅炉（单压，带尾部 热水锅炉）、１台抽凝式汽轮机（带１台发电 机）和１台背压式汽轮机（带１台发电机）。 推荐方案能源站全厂年平均热效率为 ７５．３２％，年平均热电比为７６．５％，符合《热电 联产项目可行性研究技术规定》中常规燃 气轮机热电厂全厂年平均总热效率应大于 ５５％、各容量等级燃气轮机热电联产的热电 比年平均应大于３０％的要求。 ２节能分析 在相同供电量和供热量的情况下，若 采用热电分产，即先进凝汽式电厂供电、集 中供热锅炉生产蒸汽和热水供热，或若采 用关停供热锅炉，取其主要热经济指标如 表２。 注：超临界６００ ＭＷ级机组发电标煤耗 为２８１ ｇ／ｋＷｈ，厂用电暂按６．３％计算，平均 供电标煤耗为３００ ｇ／ｋＷｈ。 通过上表可以看出，在相同供电量和 供热量的情况下，采用热电分产，全年标准 煤耗量约为３７．１ ５×１０ ｔ；采用关停的供热 锅炉，全年标准煤耗量约为３９．３５×１０ ｔ；本 工程全年天然气耗量２．３０６ Ｘ １０ Ｎ ｍ ，折合 标准煤量２６．２２×１０ ｔ，相对于热电分产每 年节约标准煤量ｌ０．９３×１０ ｔ，相对于关停 的供热锅炉每年节约标准煤量１ ３．１ ３× １０ ｔ，能够显著地节约能源、减少排放。 而且，采用热电联产的方案能源利用 效率比热电分产以及关停的供热锅炉要高 大约２０个百分点。 ３结论及建议 通过对热电联产、分散锅炉供热的能 源利用效益比较分析可知，热电联产比分 散锅炉供热在提高能源利用效率、减少污 染排放、节约能源和土地资源等方面效果 更为显著，且社会效益明显。 参考文献 ［１】夏立峰．分布式能源站负荷供应及供热 优化研究［Ｊ】．华中电力，２０ｌ４（４）：４１ ２— ４ｌ ３． ［２】杨威，刘欣．天然气分布式能源站主机 方案选择［Ｊ］．山西建筑，２０ｌ２（１０）：１ ５８一 ｌ６Ｏ． ［３］罗健．燃气分布式能源发展前景及经济 性分析［Ｊ］．燃气轮机技术，２０１２（３）：ｌ ７— １ ９．
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