我國的一次能源以煤為主，然而煤的能源利用率低，SO2、NOx的排放給自然環(huán)境帶來不利影響;燃煤機(jī)組是CO2排放大戶，到2020年我國單位GDP 的CO2 排放要比2005 年下降40%至45%，因此碳減排也成為燃煤電廠面臨的重要任務(wù)。天然氣是清潔能源，而天然氣分布式能源系統(tǒng)具有較高的能源利用率，極具應(yīng)用前景，而我國也具備了大力發(fā)展的條件。核心論文發(fā)表網(wǎng)推薦科技期刊《世界科技研究與發(fā)展》是面向當(dāng)代基礎(chǔ)學(xué)科前沿研究和世界各國科技正策與科研管理的國際性綜合科技雙月刊。近幾年已有200多位中國科學(xué)院和中國工程院院士在本刊發(fā)表科研論文300余篇，對(duì)學(xué)科的發(fā)展和前瞻起到重要作用。

　　摘要：分析了大型園區(qū)供能現(xiàn)狀及存在的問題，結(jié)果表明天然氣分布式能源應(yīng)用于大型園區(qū)具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。分別對(duì)不同規(guī)模高新技術(shù)區(qū)和工業(yè)區(qū)采用天然氣分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，400萬m2以上的高新技術(shù)區(qū)和100萬m2以上的工業(yè)區(qū)均可滿足投資項(xiàng)目的可行性要求，全廠熱效率均可達(dá)到70%以上。

　　關(guān)鍵詞： 核心論文發(fā)表網(wǎng),分布式能源,大型園區(qū),技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

　　中國有豐富的天然氣資源，近年來，中國在塔里木、鄂爾多斯、四川盆地及海域天然氣勘探連續(xù)取得了重大突破，相繼發(fā)現(xiàn)了一批大中型氣田，天然氣產(chǎn)量不斷增長。“陜京一線”、“陜京二線”、“西氣東輸”等長輸骨干管線的建成，也為天然氣分布式能源的發(fā)展創(chuàng)造了條件。

　　2011年10月，由國家發(fā)改委、財(cái)政部、住建部和國家能源局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》;2012年6月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家能源局四部委以文件聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于下達(dá)首批國家天然氣分布式能源示范項(xiàng)目的通知》(發(fā)改能源[2012]1571 號(hào))，批準(zhǔn)了首批四個(gè)示范項(xiàng)目;2013年2月27日國家電網(wǎng)公司在京召開促進(jìn)分布式電源并網(wǎng)新聞發(fā)布會(huì)，向社會(huì)發(fā)布《關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見》。隨著國家節(jié)能政策的逐步出臺(tái)，分布式能源正在迎來發(fā)展的春天。

　　目前，北京、上海和廣州等地率先開展了多個(gè)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的示范性建設(shè)項(xiàng)目，如北京燃?xì)饧瘓F(tuán)、華電集團(tuán)、中海油集團(tuán)、重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)等都在進(jìn)行大力推廣和發(fā)展。

　　1分布式能源系統(tǒng)

　　分布式能源是相對(duì)于傳統(tǒng)的集中供電方式而言，是指將冷熱電系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量(數(shù)kW至50 MW)、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立地輸出冷、熱、電能(Cooling， Heating，& Power)的系統(tǒng)。分布式能源的先進(jìn)技術(shù)包括太陽能利用、風(fēng)能利用、燃料電池和燃?xì)饫錈犭娙��?lián)供等多種形式，而燃?xì)饫錈犭娙��?lián)供是分布式能源最主要的發(fā)展方式之一。在保障城市基礎(chǔ)熱力設(shè)施建設(shè)的同時(shí)，我國的電力工業(yè)也急需分布式能源能源系統(tǒng)作為支撐力量來適應(yīng)建設(shè)發(fā)展的需要。

　　目前，國內(nèi)發(fā)展的天然氣分布式能源系統(tǒng)主要包含以下三類：

　　1)大型高效的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。主要采用以重型燃?xì)廨啓C(jī)為主的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，單機(jī)功率在幾萬kW~幾十萬kW，同時(shí)結(jié)合余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)的應(yīng)用，以集中供應(yīng)蒸汽或高溫?zé)崴疄榍疤幔�所發(fā)電力主要在電力系統(tǒng)中承擔(dān)中間負(fù)荷和基本負(fù)荷。特點(diǎn)是功率大、效率高、能夠長期地穩(wěn)定運(yùn)行，力求啟停次數(shù)少，以保證機(jī)組的使用壽命和很高的可用率。但重型燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)加載性能較大，在熱態(tài)下從啟動(dòng)到加載至滿負(fù)荷工況的耗時(shí)不少于25分鐘[1]，適用于熱力和電力需求均較大的城市或區(qū)域。

　　2)中型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。主要采用以航機(jī)改型的輕型燃?xì)廨啓C(jī)，此類機(jī)型有快速啟動(dòng)和加載能力，單機(jī)功率從幾千kW~幾萬kW，發(fā)電效率較高(部分機(jī)型能到40%以上)。通過采用余熱鍋爐回收燃?xì)廨啓C(jī)排氣用于供應(yīng)蒸汽，部分負(fù)荷下的性能有所降低，因此一般滿足部分穩(wěn)定的負(fù)荷需求，并結(jié)合調(diào)峰鍋爐的應(yīng)用。

　　3)適用于樓宇的小型熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)。主要采用小型的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，此類機(jī)型對(duì)負(fù)荷和氣候條件的適用性較強(qiáng)，單機(jī)功率從幾kW~幾千kW，某些特殊的廠家(如芬蘭的瓦錫蘭公司)其單機(jī)出力達(dá)到1萬多kW。通過采用煙氣熱水型的余熱機(jī)回收煙氣和缸套水余熱用以直接供熱、制冷，其能源綜合利用效率可達(dá)80%以上，最有效的利用了天然氣資源。

　　2大型園區(qū)的供能現(xiàn)狀及問題

　　區(qū)域集中供熱是我國政府長期以來積極鼓勵(lì)的供熱方式，其發(fā)展主要集中在華北地區(qū)與東北地區(qū)。集中供熱從熱源角度主要分為熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房集中供熱方式，從產(chǎn)品角度分為蒸汽和熱水。由于我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，許多設(shè)備陳舊老化，目前燃煤鍋爐房效率平均水平僅為60%-65%左右，一些地區(qū)的熱網(wǎng)損失(包括保溫隔熱、熱水泄漏、系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制等)商達(dá)20%-50%，影響了集中供熱節(jié)能環(huán)保性能的發(fā)揮[3]。

　　目前大型園區(qū)的能源供應(yīng)形式比較單一，一次能源主要都來自于煤和天然氣。其中電力主要由燃煤發(fā)電供應(yīng)，天然氣絕大部分用于冬季采暖，而夏季制冷絕大部分由電制冷解決。這種能源結(jié)構(gòu)造成了電力和天然氣巨大的負(fù)荷峰谷差，而過于單一的能源結(jié)構(gòu)又抑制了新能源技術(shù)的發(fā)展，給能源供應(yīng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性也帶來了不利因素。

　　3大型園區(qū)的供能趨勢

　　現(xiàn)代化大型園區(qū)應(yīng)該是生態(tài)與環(huán)保相結(jié)合的綜合性多功能園區(qū)，應(yīng)采用先進(jìn)的理念和技術(shù)來構(gòu)建綜合園區(qū)的能源系統(tǒng)，并按照“安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、節(jié)能、可實(shí)施、可推廣”的原則進(jìn)行整體能源規(guī)劃。

　　隨著目前各種工業(yè)、科技、商業(yè)等開發(fā)區(qū)發(fā)展模式在國內(nèi)的興起，傳統(tǒng)的供能方式已經(jīng)不能完全適應(yīng)在綜合性開發(fā)區(qū)中能源供應(yīng)模式多樣化和能源消耗模式多樣化的特點(diǎn)，不能滿足新的發(fā)展形式下對(duì)整個(gè)區(qū)域整節(jié)能減排的要求。因此，為充分保障區(qū)域能源系統(tǒng)的可操作性，將分布式能源應(yīng)用于區(qū)域或城市的整體能源規(guī)劃，在綜合考慮全部能源的輸入、生產(chǎn)、傳遞、轉(zhuǎn)化、消耗、排放和輸出等過程后，構(gòu)建一個(gè)在結(jié)構(gòu)、規(guī)模、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)保方面最優(yōu)化、合理、安全和先進(jìn)的，同時(shí)又完全具有可實(shí)施性的區(qū)域能源體系[2]。這種區(qū)域能源體系為大規(guī)模發(fā)展燃?xì)饫錈犭娙��?lián)供創(chuàng)造了條件，將是最主要的區(qū)域供能方式之一。

　　天然氣與燃煤相比，在環(huán)境保護(hù)上具有明顯的優(yōu)勢。但是，如何才能在大型園區(qū)中合理地采用天然氣分布式能源系統(tǒng)，進(jìn)而推動(dòng)清潔燃料的市場發(fā)展，優(yōu)化園區(qū)能源結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

　　4天然氣分布式能源在大型園區(qū)的應(yīng)用

　　大多數(shù)綜合性園區(qū)結(jié)合了商業(yè)、工業(yè)等不同類型建筑，對(duì)冬季采暖、夏季制冷，以及全年工業(yè)蒸汽及生活熱水都有需求，因此為充分體現(xiàn)冷熱電聯(lián)供的特點(diǎn)，可采用以下幾種方式：一方面在熱負(fù)荷中心設(shè)置適度規(guī)模的區(qū)域性分布式能源站，供能面積可達(dá)幾百萬平米;一方面在商業(yè)中心合理配置小規(guī)模的建筑性分布能源站，供能面積可達(dá)幾十萬平米。該方式能充分體現(xiàn)分布式能源模塊化的特點(diǎn)，可根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行靈活性調(diào)整。

　　隨著合同能源管理在我國的正式實(shí)施，這將進(jìn)一步推動(dòng)分布式能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此，在區(qū)域供能中體系中，適當(dāng)規(guī)模的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)在綜合考慮熱力與電力需求的同時(shí)(按照以熱定電并結(jié)合優(yōu)化運(yùn)行的原則，所發(fā)電力除自用外全部上網(wǎng))，更能引入一家能源服務(wù)公司，全面保障區(qū)域能源供應(yīng)，促進(jìn)園區(qū)的節(jié)能減排工作。

　　分別以100萬～900萬平方米的高新技術(shù)區(qū)和工業(yè)園區(qū)為例，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的冬季采暖熱負(fù)荷、夏季制冷負(fù)荷及工業(yè)生產(chǎn)熱負(fù)荷。為滿足區(qū)域分期發(fā)展的要求，以南京汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的PG6581B(ISO工況下為42 MW)和GE公司生產(chǎn)的6FA(ISO工況下為76 MW)和LM2500(ISO工況下為32MW)型燃?xì)廨啓C(jī)為初步選型，以及配套余熱鍋爐及蒸汽輪機(jī)的應(yīng)用能夠滿足項(xiàng)目要求。

　　測算條件：20%的資金由投資方出資，80%采用國內(nèi)銀行貸款;天然氣價(jià)格(含稅)2.28元/Nm3(平均低位熱值8500kcal/Nm3)下的上網(wǎng)電價(jià)0.638元/kWh;熱價(jià)(含稅)18元/平米+55.56元 /GJ以及冷價(jià)120元/GJ;項(xiàng)目經(jīng)營期20年;平均材料費(fèi)15元/MWh，其他費(fèi)用18元/MWh，以及其他法定費(fèi)率和稅率。高新技術(shù)區(qū)和工業(yè)區(qū)分布式項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果分別如表1和表2所示。

　　表1 高新技術(shù)區(qū)分布式項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指標(biāo)

　　項(xiàng)目 單位 建筑面積(萬m2)

　　100 300 500 700 900

　　冷負(fù)荷 MW 44.8 121.5 182 227.5 259.2

　　熱負(fù)荷 MW 45 127.5 200 262.5 315

　　蒸汽負(fù)荷 t/h 8 22.8 36 47.6 57.6

　　裝機(jī)規(guī)模 MW 44 120 180 220 260

　　推薦設(shè)備 1×LM2500 1×6FA 4×LM2500 5×LM2500 6×LM2500

　　初投資 億元 2.3 5.9 8.6 10.4 12.2

　　年發(fā)電量 GWh 208.2 520.7 732.7 907.4 1116.2

　　年供熱量 萬GJ 43.6 119.7 181.6 230.1 266.3

　　年運(yùn)行費(fèi)用 萬元 12540.2 31281.6 43781.6 54260.4 64395.2

　　小時(shí)燃?xì)庥昧?Nm3/h 8532 21930 34127 42658 51190

　　年耗燃?xì)饬?萬Nm3 4579 11840 16447 20473 24855

　　全投資內(nèi)部收益率(稅后) 6.3% 7.6% 8.2% 8.8% 10.4%

　　資本金內(nèi)部收益率 6.3% 9.1% 10.7% 12.1% 15.8%

　　投資回收期 年 11.4 10.3 9.8 9.4 8.54

　　系統(tǒng)效率 % 72.8% 72.9% 76.1% 76.4% 75.5%

　　節(jié)能(標(biāo)煤) 萬噸 4.6 11.5 17.1 21.3 25.77

　　節(jié)能率(標(biāo)煤) % 45.2% 44.5% 46.1% 46.1% 46.1%

　　減排CO2 萬噸 15.4 38.9 56.7 70.6 85.57

　　年化成本 元/kWh 0.466 0.455 0.445 0.442 0.433

　　表2 工業(yè)區(qū)分布式項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指標(biāo)

　　項(xiàng)目 單位 建筑面積(萬m2)

　　100 300 500 700 900

　　冷負(fù)荷 MW 33.6 89.7 132 161.7 180

　　熱負(fù)荷 MW 40 112.5 175 227.5 270

　　蒸汽負(fù)荷 t/h 40.8 112.2 170 214.2 244.8

　　裝機(jī)規(guī)模 MW 60 220 330 440 440

　　推薦設(shè)備 1×6B 2×6FA 3×6FA 4×6FA 4×6FA

　　初投資 億元 3.1 10.4 15.2 20.0 20.0

　　年發(fā)電量 GWh 333.6 1033.6 1631.4 2238.1 2229.1

　　年供熱量 萬GJ 253.6 282.5 425.1 532.1 604.5

　　年運(yùn)行費(fèi)用 萬元 33582.9 62979.8 97723.0 131415.6 135071.6

　　小時(shí)燃?xì)庥昧?Nm3/h 13003.0 43859.3 65788.9 87718.6 87718.6

　　年耗燃?xì)饬?萬Nm3 13372.3 24241.1 37799.2 50882.9 52512.0

　　全投資內(nèi)部收益率(稅后) 8.8% 10.8% 11.9% 12.2% 12.6%

　　資本金內(nèi)部收益率 12.2% 17.0% 19.9% 20.7% 21.8%

　　投資回收期 年 9.5 8.3 7.8 7.7 7.5

　　系統(tǒng)效率 78.5% 75.9% 75.3% 73.9% 75.3%

　　節(jié)能(標(biāo)煤) 萬噸 9.0 24.1 37.6 50.3 51.5

　　節(jié)能率(標(biāo)煤) 35.6% 45.0% 45.1% 44.9% 44.7%

　　減排CO2 萬噸 34.3 81.0 126.4 169.3 173.8

　　年化成本 元/kWh 0.490 0.442 0.440 0.440 0.440

　　從表1和表2可以看出，以辦公和可研為主的高新技術(shù)區(qū)適宜采用發(fā)電效率較高的輕型燃?xì)廨啓C(jī)，而以生產(chǎn)制造為主的工業(yè)區(qū)適宜采用余熱較多的重型燃?xì)廨啓C(jī)。如圖1所示，當(dāng)以全投資內(nèi)部收益率為8%作為項(xiàng)目的投資可行性指標(biāo)，則高新技術(shù)區(qū)的供能面積需要在400萬m2以上，而100萬m2以上的工業(yè)區(qū)即可滿足可行性要求。

　　圖1 全投資內(nèi)部收益率隨建筑面積的變化規(guī)律

　　根據(jù)對(duì)國內(nèi)項(xiàng)目的調(diào)研和分析，燃?xì)鈨r(jià)格對(duì)上網(wǎng)電價(jià)的影響最大，其次為總投資，而供熱價(jià)和年發(fā)電量變化對(duì)電價(jià)的影響相對(duì)較小。近年來隨著燃?xì)鈨r(jià)格的不斷上漲，合理的上網(wǎng)電價(jià)才能保證園區(qū)分布式能源項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，因此對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理規(guī)模匹配也顯得尤為重要。

　　5結(jié)論

　　綜上所述，相對(duì)于傳統(tǒng)以燃煤為主的能源系統(tǒng)，天然氣分布式能源系統(tǒng)較在經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等方面均具有一定的優(yōu)勢，在合理的燃?xì)鈨r(jià)格下具有較強(qiáng)的盈利能力和財(cái)務(wù)生存能力，符合國家鼓勵(lì)發(fā)展的分布式能源政策。

　　為了滿足區(qū)域園區(qū)不斷增長的熱力及電力負(fù)荷需求，以及規(guī)劃區(qū)內(nèi)對(duì)環(huán)境條件越來越高的要求，有必要建設(shè)以天然氣分布式能源為主的區(qū)域供能系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步推進(jìn)園區(qū)的節(jié)能減排工作，并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。天然氣分布式能源系統(tǒng)的建設(shè)符合區(qū)域化能源建設(shè)的基本方針，有利于提高清潔能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重，有利于改善區(qū)域良好的生態(tài)環(huán)境。隨著國家能源政策的推進(jìn)，天然氣分布式能源系統(tǒng)將在大型園區(qū)中得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。

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