天然气分布式能源系统在酒店中的应用

2011 年第 2 期 ( 总第 65 期 ) 2011 年 2 月收稿日期 : 2011-01-25作者简介 : 高 懿 ， 1988 年生 ， 男 ， 山东青岛人 ， 2010 年毕业于华北水利水电学院热能与动力工程专业 。新能源建设天然气分布式能源系统在酒店中的应用高 懿1， 郭延磊2， 邓 铁1( 1. 大唐山东发电有限公司 ， 山东 青岛 266061; 2. 河南工程技术学校 ， 河南 焦作 454000)摘 要 : 天然气分布式供能系统通过对天然气的梯级利用 ， 可获得高效的能源综合利用率 ， 降低能源系统的运营成本 ，保护环境 。结合四川某县酒店的应用实例 ， 叙述了分布式能源系统的优点和广阔的应用前景 。关键词 : 天然气 ; 分布式能源系统 ; 酒店应用 ; 运营成本中图分类号 : TU831 文献标识码 : A 文章编号 : 2095-0802-( 2011) 02-0016-02Application of Natural Gas Distributed Energy System in HotelGAO Yi1， GUO Yan-lei2， WANG Xu-ke2( 1. Datang Shandong Power Generation Co ， LTD， Qingdao 266061， Shandong， China;2. Henan Engineering and technology School， Jiaozuo 454000， Henan， China)Abstract: Based on distributed cascade utilization of natural gas， distributed energy system can obtain high comprehensive utiliza-tion rate， reduce the energy system operation cost and protect the environment Combining with the hotel application examples， thearticle introduces the advantages of distributed energy systems and broad application prospectsKey words: natural gas; distributed energy system; the application in hotel; operation cost0 引言天然气分布式能源站是指建立在客户端的能源综合利用系统 ， 与电网和天然气管网组网运行 ， 向一定区域内的用户同时提供电力 、热能 ( 蒸汽 、热水 ) 和空调冷水 ( 或冷风 ) 等能源服务 。同时 ， 其装机容量小 ， 能够满足灵活开启和关停的调峰要求 ， 适用于能源安全要求高 、消耗量大且集中的地区 ， 其供能最佳范围为 3 km，如 ， 商业区 、工业区 、医院 、酒店 、娱乐设施 、学校 、住宅区 、车站 、机场等局部区域 。系统主要是由燃气轮机 、发电机 、余热锅炉 、汽轮机 、溴化锂制冷机组等部分组成 。1 天然气分布式能源优点 11. 1 占地小 建设快天然气分布式能源装机容量一般比较小 ， 从几百千瓦到几万千瓦不等 ， 由燃气轮机 、发电机 、余热锅炉 、制冷机等部件组成 ， 且各部分体积小 ， 集成化程度高 ，厂房面积要求小 。能源站各部分可以实现模块化组装 ， 能够极大地提高能源站的建设速度 。1. 2 能源利用率高分布式冷热电联供系统利用先进的燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电 ， 对做功后的余热进一步回收 ， 用来制冷 、供暖和生活热水 ， 实现对能源的梯级利用 ， 能源的综合利用率可达 80%以上 。1. 3 输电损耗小根据国际分布式能源联盟提供的数据 ， 目前 ， 有2/3的发电量在传输过程中被损耗掉 。分布式能源系统由于是建立在用户附近 ， 其能量转换贴近用户进行 ，避免了远距离送电过程中的输变电损失和输热损失 ，并能减少大型管网和输配电的建设和运行费用 。1. 4 安全性能好国内供电系统是以大机组 、大电网 、高电压为主要特征的集中式单一供电系统 ， 在电网中一点故障所产生的扰动都可能对整个电网造成较大影响 ， 严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃 。分布式发电可削减高峰负荷 ， 减少电厂事故对电网的冲击 ， 提高电网供电的可靠性 ， 对分布式发电的使用者而言 ， 也可以提高自身供电的可靠性 。在电网崩溃和意外灾害 ( 例如 ， 地震 、暴风雪 、人为破坏 、战争 ) 情况下 ， 可维持重要用户的供电 。1. 5 环境污染小天然气是清洁能源 ， 燃烧后的 SO2和固体废弃物排放几乎为零 ， 温室气体 ( CO2) 减少 50% 以上 ， NOx减为少 80%， 是实现节能减排的重要举措 。在温室气体排放方面写字楼类建筑可减排 22. 7%， 商场类建筑可减排 34. 4%， 医院类建筑可减排 61. 4%， 体育场馆类建筑可减排 22. 7%， 酒店类建筑可减排 34. 3%。612011 年第 2 期 高 懿 ， 等 : 天然气分布式能源系统在酒店中的应用 2011 年 2 月2 应用实例希望集团深蓝空调公司于 2000 年建成了中国第一个由计算机控制的社区能源中心 ， 实现热 、电 、冷联产联供 ， 一次能源利用率达 84%， 受到建设部的高度关注 。该能源中心是 1 套热 、电 、冷三联供的综合系统工程 ， 它包括热水 、烟气回收装置 、卫生热水回收装置 ; 能源综合利用系统 : 有发电机组自启动 、自动并机 、自动负荷分配装置等 。该系统建有小型燃气发电站 ， 在提供电力的同时 ， 对发电机组的排烟 、高温冷却热 、中温冷却热采取不同技术措施 ， 分别高效回收利用 ， 并对热源按品位分等 ， 梯级开发 。在此之前 ， 国内还没有如此 365 天 24 h/d 连续运行的燃气发电的冷热电三联供系统的设计和运行先例 ， 主要原因是低品位热能利用率太低 ， 且回收利用后很难达到规定的技术要求 。该能源中心热 、电 、冷联产联供系统的基本流程为建造独立的中小型燃气发电站 ， 对一次能源在其利用过程中按不同能势进行分等 ( 见图 1) 。图 1 系统工作基本流程图即将一次能源的热势能分割成 6 个不同的品位段 : a) 高品位动能段 ; b) 高品位电力段 ; c) 低品位烟气段 ; d) 高品位热水段 ; e) 低品位热水段 ; f) 制冷泵系统生热段 。其中 ， 让一次能源的最高品位段用于获取最高品位的电力 ， 再用此最高品位的电力驱动高效能比的大型压缩式 ( 离心式或螺杆式机组 ) 制冷系统 ;对较高品位的发电机组排烟热能 ， 采用深蓝空调公司生产的高效烟气回收型双效吸收式冷 、热水机组回收利用 ， 用于提供空调冷水或空调热水 ; 对中等品位的发电机组高温冷却热能 ， 则采用深蓝空调公司特有的 、专利技术生产的低品位热源回收热水型吸收式制冷机组回收利用 ， 提供空调冷水 ; 低品位的发电机组中温冷却热能 ， 用于加热卫生热水 ; 最低品位的空调制冷系统的冷凝热 ， 用于加热游泳池或其他工艺用热等 。依据 “以热定电 ”的设计理念 ， 根据确定的热电比值 ， 确定天然气冷 、热 、电联供分布式能源的系统配置如下 : 628. 02 104kJ/h 烟气补燃型溴化锂机组 1 台 、837. 36 104kJ/h 真 空 热 水 机 组 2 台 、334. 94 104kJ/h真空热水机组 1 台 、水 ( 地 ) 源热泵整体 、分体式系列机组等 2， 该系统实现了能源最合理的梯级开发利用 ， 使能源的综合利用率得到最大限度的提高 ， 污染物排放量得到最大限度的减少 。3 应用效果比较酒店设计总空调负荷 7 500 kW， 若采用压缩制冷 ，空调主机的电力装机容量 1 500 kW， 空调系统总电力装机容量 2 440 kW， 动力照明负荷 2 000 kW， 总电力装机容量 5 500 kVA。按照常规 ， 五星级酒店必须采用双电源供电 ， 且必须设置应急电源 ， 其电力总投资极高 。采用能源中心系统后 ， 电力全部为自备电源 ， 多台发电机并机运行 。由于天然气单位热值价格远低于柴油 ， 所以选用天然气发电机组为主力供电机组 ， 柴油发电机组为调峰兼天然气供量不保证时的备用机组 。由于该电站为双燃料多机并联 ， 电力供应安全可靠 ， 完全不用市电 ， 设计总发电机装机容量 6 800 kW ( 含2 800 kW备用柴油发电机组 ) 。由于部分空调负荷由热回收提供 ， 实际空调耗电大幅度减少 ， 酒店实际最大电力负荷约 3 000 kW， 电站按天然气发电机组 8 500=4 000 kW、柴油发电机组 4 700 =2 800 kW 配置 ， 其中 ， 已考虑足量的部分停机维修和柴油发电机调峰与应急的电力装机容量 ， 且采用一次设计 ， 根据实际使用情况 ， 分步安装就位 。酒店实际电力总消耗 900 104kWh， 实际总消耗天然气 290 104m3/a， 运行成本 269. 7 104元 /a( 酒店为用气大户 ， 享受天然气价格优惠 ) ， 实际维修 、管理费用 32 104元 /a， 总计能源运行费用 301. 7 104元 /a。同时 ， 回收加热生活热水 74 000m3/a， 节省生活热水加热用天然气 52 8570 m3/a， 节省生活热水燃料费49. 157 104元 /a。4 结语天然气分布式能源系统热 、电 、冷三联供技术既可有效地缓解夏季用电高峰对电网的压力 ， 又可调节城市天然气网的低谷 ， 不仅起到了 “削峰填谷 ”的作用 ， 还有效地提高区域内热 、电 、冷供应的保障能力 3。深蓝绿色能源中心在夏季大量使用天然气或其他清洁能源发电 、制冷 ( 空调 ) 、供热 ( 生活热水 ) ， 由于一次能源利用率的提高 ， 必然能大量减少温室气体 ( CO2排放仅为传统系统的 30% 50%) 和其他污染气体的