分布式供能系统的经济性分析

分布式供能系统的经济性分析

1天然气系统的应用状况节约能源和环境保护是世界上面临的两个问题。能源是人类赖以生存和发展的基础,也是衡量一个国家综合国力、人民生活水平以及国家文明发达程度的重要指标。近年来,燃气热电联产,特别是中小型燃气热电冷三联供,即分布式供能系统,已经在许多发达国家中广泛使用,成为当前燃气应用技术发展的主流。分布式供能是合理利用天然气资源的最佳途径之一,不仅可以实现能量的梯级利用和合理配置,提高能源利用率,而且还能有效改善环境美国从1978年开始提倡发展小型热电联产。目前,正研究能源资源高效利用的小型热电冷三联产中国是一个发展中国家,能源消费与发达国家相比存在较大的差距,按照目前的经济发展趋势,我国所面临的能源问题仍然是相当严峻的。为适应我国能源结构调整和“西气东输”工程的具体实施,结合各地的具体情况,大力发展以天然气为主的能源技术进步,已是沿线各地所面临的主要任务天然气冷热电三联产系统是一种对天然气进行梯级利用的系统,可以有效地提高一次能源利用率本文详细介绍了中国电力投资集团公司高级培训中心(以下简称“中电投高培中心")天然气分布式供能系统,其负荷现状、系统配置优化与经济性分析将在下文中详细介绍。2供能方式和配套设施中国电力投资集团公司高级培训中心(以下简称“中电投高培中心")位于上海市闵行区剑川路665号和721号,是中国电力投资集团公司干部培训、技术工人教育培训及国内外学术交流为一体的高级培训中心和中国电力投资集团公司在上海的会议中心。学校目前采用的供能方式为大部分建筑物采用单体电空调,仅有西校区的培训宿舍楼采用的是集中电空调,培训宿舍楼的热水负荷是由燃气热水锅炉供应,学校后勤保障如食堂、餐厅等生活热负荷的供应由设在综合楼里的3台燃油蒸汽锅炉(单台容量1t/h)提供。目前整个校区的实际用电量在800~1500kW左右,学校设有东部配电站(1×1250kVA+1×630kVA)和西部(2×630kVA)配电站,目前实际平均用电量约占两个配电站所有变压器容量的1/3。在目前上海市用电告急的情况下,学校如果采取传统的电空调制冷和采暖方式,将会进一步增大上海电网负担,用电成本也较高。2.1双回电源运行情况中电投高级培训中心目前由35kV春阳变电站供电。35kV春阳站现有主变压器容量3×20MVA,出线电压等级为35kV和10kV,该站目前两回电源分别来自220kV金都变电站和220kV元江变电站。培训中心内现有两座10kV配电站,东部校区配电站内现配有2台主变,变压器容量为1250kVA+630kVA,出线电压等级为10kV和0.4kV,配电站2路10kV电源进线来自35kV春阳站。图1为中电投高培中心变电站一次模拟图。2.2开启2台锅炉,满足用热要求根据高培中心现有的热负荷调查,在东校区综合楼里的锅炉房里有3台容量为1t/h的燃油锅炉,主要向浴室、餐厅、招待所等供热,锅炉房每天5:00~21:00需要开启2台锅炉来满足用热要求,锅炉的供汽参数为0.7MPa,170℃。锅炉房除了春节期间学校放假2个星期,几乎天天在两班制运转,年运行小时数可达5600h。05年这3台锅炉的全年柴油耗量为174t,按锅炉效率为85%折算成蒸汽量,全年供汽量为2300t。根据锅炉年供汽量和年运行小时数折算成年平均负荷为0.411t/h,根据每天开2台炉的运行现状估计目前校区的最大用汽量接近2t/h。培训宿舍楼(培训学员公寓)建筑面积为9047m33.1分布式冷水机组全热负荷的经济性为以清洁高(1)为充分利用能源,以“热电联供"和“并网不上网"为主要设计原则,配置小型、高效燃气轮机+余热锅炉的分布式供能系统来提高供热效率,余热锅炉产汽直接供热。(2)根据热负荷和电负荷的具体情况,所选的小型燃气轮机分布式供能系统组能够长期、稳定、经济的运行。(3)为了提高机组经济性,机组的产汽量的确定要使得机组尽可能处于长期运行状态,通过热负荷分析,机组设计热负荷在1t/h,机组的使用率最高,热电联供机组年利用小时数可达7000h。(4)拟建的1套装机容量均为250kW的燃气轮机发电机组,接入10kV配电站内现有400V母线上,直接向母线上用电负荷供电。3.2分布式供能站分布式供能系统的主体工程包括燃气轮机发电机组、余热锅炉及控制室。燃气轮机发电机组、余热锅炉等均布置在分布式供能站内。燃气轮机发电机组、余热锅炉基础为新建钢筋混凝土刚性基础,天然地基。此外,空调制冷系统的设备也布置在分布式供能站内。图2为设计的中电投高培中心分布式供能站的系统图。3.3机组蒸汽负荷的确定经过预测热负荷后,可知3幢建筑物合计新增的蒸汽量最大负荷为2.049t/h,出现在冬季的白天;最小负荷为0.611t/h,出现在夏季负荷的晚上;平均负荷按照不同季节的加权平均约为1.383t/h。现锅炉房最大供热量接近2t/h,3幢建筑物合计新增的最大蒸汽负荷为2.049t/h,合计最大蒸汽负荷在4t/h左右;现锅炉房平均负荷为0.41t/h,3幢建筑物新增平均负荷为1.382t/h,合计平均负荷为1.792t/h;现锅炉房晚上停炉,故最小负荷为0,新增最小负荷为0.611t/h,合计平均负荷也为0.611t/h。现有锅炉房的供汽能力为3t/h,从合计最大热负荷在4t/h左右,故配置的热电联供机组要至少能够提供1t/h左右的蒸汽,就能满足全校最大蒸汽负荷需求。为提高分布式供能系统热电联供机组的经济性,要尽可能地提高机组的使用率,为此希望机组能够一天24h运转。如果配置的机组产汽量为1t/h左右,当晚上最小负荷为0.611~0.939t/h情况下,机组在60%~90%负荷下还能正常运行。如果配置的机组蒸汽产量大于1t/h,则机组在小于60%负荷以下运行机组效率大大降低,所以热电联供机组的蒸汽负荷不宜大于1t/h。综上所述,机组的设计负荷选择1t/h是最合适的,扣除学校休假时间机组可以全年8400h运行,由于在晚上的负荷是小于1t/h,所以折合成年利用小时数约为7000h。由于蒸汽溴化锂机组需要0.8MPa的饱和蒸汽,取供热参数为0.8MPa的饱和蒸汽。根据设计热负荷的分析中,可知热电联供机组余热产汽量在1t/h左右机组的年利用率最高,故选择1台英格索兰MT250机组即可满足要求,其内置天然气增压装置,自用电量较小,机组结构紧凑,当机组的配置余热锅炉产生1t/h的蒸汽时,余热锅炉的排烟温度大约在120℃左右,本工程中为了最大程度的利用余热节约能源,在同锅炉厂联系以后决定在余热锅炉排烟烟道加装一套热水系统,可以将余热锅炉的排烟温度降至80℃左右,同时还可以回收约1.33t/h左右的70℃热水,回收的热量也相当于0.11t/h的蒸汽供出的热量。3.4气管网主干线上接出本工程以天然气为燃料。和原燃煤锅炉相比,减少了对环境的污染,天然气管道将从上海市天然气管网主干线上接出。从目前了解到的天然气管网情况来看,天然气管网主干线的输气压力为4bar,由于小型燃气轮机耗气量小,天然气接入中电投高培中心是可能的。在设计热负荷的前提下,如按照配置一台250kW燃气轮发电机组的方案,天然气单位耗量为142.97m3.5气轮机与余热锅炉本体的控制系统设计过程中,供能站的热控专业范围内的所有设备由上海工业自动化仪表研究所提供,公共系统控制系统次采用欧姆龙公司的PLC产品,燃气轮机与余热锅炉本体的控制系统由英格索兰和哈尔滨703所随本体带来。燃气轮机与余热锅炉的控制系统通过RS485通讯借口上传至公共系统PLC内。暖通空调系统中溴化锂制冷机组与电制冷机组系统随本体带。其中溴化锂机组的控制屏放置在控制室操作台上,与公共系统没有通讯;电制冷机组有启停、故障等监控信号进入公共系统PLC,其中所有控制电缆通过电缆沟进入控制室内的架空地板,再进入PLC控制柜内。44.1坚持用余热利用程度低,以热余能基利用程度高。据测算,直接利用热量多,热损失高,热损失高,总有效率高,总热力高,总热力高。在煤本工程中热电比达到了2.98,发电效率为80%。一般来说,在一定的发电效率之下,热电比越高总热效率越高,要求余热的利用程度越高,热损失越小。由于分布式供能系统的余热全部用来直接供热,不需要用于生产蒸汽进行发电,没有冷源损失,从而可以得到较高的热电比和总热效率。4.2工程建设投资本工程(包含空调系统)工程静态投资为887.77万元;单位投资35511元/kW;工程动态投资为909.57万元;单位投资36383元/kW;建设项目总资金916.99万元。如不包括空调系统,则工程静态投资为635.32万元;单位投资25413元/kW;工程动态投资为650.92万元;单位投资26037元/kW;建设项目总资金658.19万元。本工程仅对2套燃气轮机+余热锅炉的热电联供机组三联供系统进行经济效益分析,即工程静态投资不包括空调系统及调峰锅炉。4.3热价变化对于主要技术经济指标的影响在财务评价在以下三个表中列出了在投资变化、天然气价格变化和热价变化时引起财务评价主要技术经济指标变化的敏感性分析。从本项目的工程投资额、天然气价格、热价的变化而引起财务评价的主要技术经济指标变化的敏感性分析看出,热价变化对主要技术经济指标影响相对较为敏感;在不含税热价为103.8元/GJ,不含税电价为741.03元/MWh的条件下,全部投资内部收益率为9.91%,注资内部收益率8.00%,财务净现值均为正值。投资资本回收期为8.93年,本项目有其一定的合理性。5优化结果和启示随着天然气的广泛应用,电力垄断的逐步解体,环境保护要求提高和可再生能源利用技术水平的提高,不仅我国偏远地区和西南地区的分布式供能将得到极大的发展,而且分布式供能系统将成为中国城市现代化的重要动力。毫无疑问,分布式供能系统将成为未来能源领域可持续发展的一个重要领域。从中电投天然气分布式供能系统的设计配置和优化中,我们可以得出以下结论和启示:(1)在中电投高培中心建设分布式供能站不但提供了供热的可靠性、良好的热负荷调节性能,燃气轮机组还可以作为学校的备用电源,提高中电投高培中心用电的安全可靠性。(2)燃气轮机燃用天然气,具有可实施性,而且有利于环境保护,和燃油锅炉相比,减少了对环境的污染。(3)从技术分析来看,本工程采用1套250kW燃气轮机+1t/h余热锅炉的热电联供机组的配置方案,热电比为2.98;总热效率可达80%