浅谈天然气发电与分布式供能系统

摘要：随着国际能源需求的紧缺，天然气发电与分布式供能系统得到广泛地应用，提高了燃气应用技术的水平。此外天燃气发电与分布式供能可确保天然气资源得到最有效的利用，进而实现能量梯级的合理利用并进行合理的优化配置；提高能源的利用率，进一步改善环境，促进社会经济的可持续发展。

关键词：天燃气发电；分布式供能；提高利用率；可持续发展

1、前言

社会经济的发展使得各行业对能源的需求日益提高，为了进一步缓解社会能源的供需紧张局面，本文分析了天然气发电与分布式供能系统。通过天然气分布式功能站电力系统的现状、案例的设计及概况、热控系统及燃料系统的分析、热负荷的设计、机组的选型以及经济性等方面的分析，因此具有重要的意义。

2、天然气发电与分布式供能系统

天然气发电与分布式供能是利用对天然气采取梯级利用的系统，能够较好地提高能源的利用率，并有效对能源进行生产与存储及转换的系统。因此为了充分提高天然气的利用率，应根据能量的品位高低进行功、热以及物料之间的合理配置，实现对不同的形式能量的较好利用，确保系统的能量得到综合、全面的利用。表1为天然气的能量梯级利用途径，较好地为用户提供所需的冷、热及电等三联产系统即CCHP系统，如表1。

3、案例分析

3.1　分布式供能站中电力系统概况

某大型集团的职工宿舍楼由35kV的变电站进行供电，变电站中的主变压器的容量是3乘以20MVA，出线的电压等级是35kV与10kV。职工宿舍内配有10kV的配电站两处，东部宿舍区配电站有两台主变；变压器的容量是1260kVA+625kVA：出线的电压等级是10kV与0.4kV，配电站中的两路10kV中电源均由35kV变电站供应。

3.2　热负荷分析

按照职工宿舍楼(由三栋建筑物，即一区、二区、三区建筑构成)的现有热负荷分析，位于东区的宿舍楼中锅炉房共有三台燃油锅炉(锅炉的容量是lt／h)，主要是向职工的浴室、饭堂餐厅等进行供热。锅炉房自早上四点半到晚上九点需开启锅炉，才能较好地满足宿舍楼职工的用热需求；锅炉供汽的参数是0.8MPa，180℃；三台锅炉约消耗柴油量175t，根据锅炉84.96％的效率换算为蒸汽量则锅炉一年的供汽量约为2300t：按照锅炉的年供汽量以及年运行的小时数换算为年平均的负荷是0.412t/h。职工宿舍楼的建筑面积约11000m²，采用两台制风冷热泵机组(冷量是530kW)当做宿舍楼的冷热源，其中两台燃气锅炉(额定的热负荷是530.5kW)供应宿舍楼的热水。职工宿舍楼投入使用不足一年，集团的管理者也未对宿舍楼中热负荷或者电负荷运行情况进行实时的纪录。因该宿舍楼进行了风冷热泵机组的安装，故考虑对宿舍楼提供蒸汽，接到职工宿舍楼通过板式交换器热水接至热水系统当中，由燃气锅炉给予供应。

3.3　设计过程

进行天然气发电机分布式功能系统的设计时，系统的主体工程主要有余热锅炉、燃气轮机发电机组以及控制室。系统的燃气轮机发电机组以及余热锅炉布置与分布式的供能站里，余热锅炉以及燃气轮机发电机组的基础是钢筋混凝土的刚性基础、天然地基。与此同时，空调的制冷系统也可以布置于分布式的供能站中(见图1)。

3.4　热负荷的设计与机组的选型

职工宿舍楼中锅炉房的年供热量2600t的热负荷以外，对于新增热负荷还包括宿舍楼饭堂的空调负荷与热水负荷等。经过对热负荷的预测之后可知，宿舍楼建筑物总新增蒸汽量的最大负荷出现于冬季(白天)为2.352蒸吨／h；最小的负荷是夏季(夜晚)为0.724蒸吨／h，不同季节的平均负荷约是1.457蒸吨／h。现在的锅炉房中最大的供热量约2蒸吨／h，职工宿舍楼建筑物(三个区)的新增最大的蒸汽负荷是2.352蒸吨／h；总共最大的蒸汽负荷约4.54蒸吨／h。

锅炉房的平均负荷是0.44蒸吨／h，职工宿舍楼的建筑物中新增的平均负荷是1.39蒸吨／h，合计的平均负荷约1.8蒸吨／h，晚上锅炉房停止运行，因此最小的负荷是0；新增的最小负荷是0.724蒸吨／h，合计的平均负荷是0.62蒸吨／h。现锅炉房中供汽的能力是3蒸吨／h，最大的热负荷约4.54蒸吨／h，那么热电联的供机组最少也应确保提供1.54蒸吨／h的蒸汽，方可满足宿舍楼所有建筑的最大蒸汽负荷要求。因此应选择英格索兰MT250型号的机组方能满足实际的要求，同时放置天然气的增压装置到系统中，同时机组配置的余热锅炉产生蒸汽(锅炉中排烟的温度约为120℃)，可在锅炉排烟的烟道位置安装热水系统，提高余热的利用效率。此外还可将排烟的温度降到80℃，并可对温度约70℃的热水进行有效回收。

3.5　燃料系统

本功能系统的设计是将天然气作为燃料，与通常的煤锅炉比较，对环境的污染以及影响大大减少；天然气的管道可从天然气的管网主干线中接出；燃料的电通常使用低于1MW的系统。利用重整装置可将天燃气生成氢并与氧在阴、阳极中利用电解质溶液进行反应，实现了离子的交换，产生电能，其的副产物为水与热能。燃料的电池对环境的污染较少，发电的效率通常是35-63％，并且系统无噪声、无污染以及运行方面及可靠等特点(见图2)。

3.6　热控系统

分布式功能系统在设计时，供能站中的热控系统的控制使用欧姆龙公司生的的PLC产品。系统当中的燃气内燃机CCHP系统将燃气内燃机当做热动力的装置，如图3所示。

冷水利用润滑油或者水换热器，或者通过烟气以及水冷壁、油水换热器为用户提供热水或者蒸汽；制冷时则由蒸汽或热水送至蒸汽或者是热水溴化锂的制冷机中，进而生产出冷冻水，进而实现空调的冷热调节功能。此外分布式功能系统中的燃气内燃机，其额定功率范围至50-5000kW；系统中内燃机造价较少但其各部件的费用均较高，为此运行的费用也相对较高。

3.7　燃气轮中机组的辅助系统

天然气发电与分布式功能系统具有以下的工艺系，250k的燃气轮机组一套，余热锅炉1台(蒸热量为1蒸吨／h)与辅助系统，同时还应该为分布式供能系统配备相对可靠、完整的仪表以及控制设备，以便较好地实现对系统的控制。此外还可确保机组运行的安全可靠及经济性，还可于分布式供能系统当中设置集中控制室，并于控制室中进行操作站的布置，可不进行仪表盘的设置。同时还可在集中控制室中较好地实现系统机组的停止或者运行、进行工况监视、调整并且较好地进行事故的处理等操作。该分布式的能源供应系统使用可编程序的控制器进行燃气轮机组与辅助系统的有效监控，该控制系统和各主设备的控制系统均有通信的接口。余热锅炉以及燃气机组的本体使用微处理器当做基础控制系统，能够有效实现监视。PLC系统与各个主设备控制系统的通信使用以太网进行通信。对于宿舍楼食堂中的空调系统使用可编程控制语言(PLC)与LCD控制器进行全面的监视及控制，确保分布式功能系统运行的安全。

3.8　效益分析

该职工宿舍楼中该分布式功能系统是将天然气当做燃料，因此与以往的原燃油锅炉比较，燃料的成本有所减少；对环境的污染较小。同时系统的热电比及发电效率均明显升高，充分合理地提高了能源的利用率，热电比高说明系统的总热效率也就越高，对余热的回收以及利用的程度也就越高，热损失也较少。

此外分布式功能系统在工程的投资额、天然气的价格以及热价变化等方面具有重要的经济效益，使得总热的效率达到82.53％。进一步实现了对能源梯级的较好利用，有效提高能源的利用率，提高了宿舍公寓以及饭堂对空调的冬季取暖及夏季制冷的需求；满足生活需要的同时也节约了能源，提高了经济效益。

4、结束语

综上所述，于职工宿舍楼内建设天然气的、热、电的三联产系统，能够较好地确保供热的安全性、可靠性；该供能系统具有灵活性强，投资少，输电损失也较少等优点。利用该系统供能，可减少对能源的浪费，提高利用率，此外燃气轮机组可当做宿舍区内的备用电源，因此具有较大的经济性。

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