分布式能源站供能方案简析

综合论述

分布式能源站供能方案简析

邹瀚1，张洪瑞2（1.国核电力规划设计研究院有限公司，北京100095；2.国家电投集团武汉沌口绿动能源有限公司，武汉430056）摘要：为了探讨分布式能源站供能方案及运营模式的制定，寻求实现能源供求两方的“双赢”之道，以某个通过分布式能源站供能的企业为例，结合企业的实际用能需求和运行成本，制定了3种供能方案，通过分析并比较每种方案的利弊确定了既能缩短企业初投资回收年限，又有利于提升分布式能源站机组经济性的最优方案。关键词：分布式能源；燃气-蒸汽联合循环；蒸汽-溴化锂机组中图分类号：TK01+8文献标志码：A

文章编号：1005－7676（2018）03－0014－04ZOUHan1,ZHANGHongrui2（1.StateNuclearElectricPowerPlanning,Design&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Beijing100095,China;2.SPICWuhanZhuankouGreen-EnergyDrivenFuturePowerGenerationCo.,Ltd.,Wuhan430056,China）

Inordertoexploretheformulationofenergysupplyschemesandoperationmodesofdistributedenergystationstofacilitate\"win-win\"betweenenergysupplyanddemandside,anenterprisewhoseenergyissuppliedbyadistributedenergystationwastakenasanexample.Basedontheactualenergydemandandoperatingcost,3energysupplyschemeshavebeendeveloped.Byanalyzingandcomparingtheadvantagesanddisadvantagesofeachscheme,theoptimalschemewasdeterminedthroughwhichtheinitialinvestmentrecoveryperiodoftheenterprisewasshortenedandtheeconomicalefficiencyofthedistributedenergystationunitwasimproved.distributedenergy;gas-steamcombinedcycle;steam-LiBrunit引言在经历了电力市场“井喷式”发展的十余载，

我国的发电行业已经渐渐呈现出“供大于求”的态势。环保压力的逐年增加以及人民对于更优质的生活环境的渴求，使得传统发电企业受到新一轮的冲

击。伴随着十三五电力规划的出台，全新的电力能源格局正在逐步形成。

分布式能源站的概念是近年来比较热门的话题之一。分布式能源站是指功率不大、小型模块化、分布在负荷附近的清洁环保发电设施[1]。有别于传统的大型发电厂，其最显著的特点在于能源站规模相

收稿日期：2018-06-28作者简介：邹瀚（1992—），男，山东聊城人，工程师，硕士研究生，毕业于浙江大学，热能与动力工程专业，主要研究方向：发电厂电力设计。张洪瑞（1979—），男，山东聊城人，高级工程师，硕士研究生，毕业于河海大学，水利水电工程专业，主要研究方向：电力工程项目前期、基建管理。综合论述

3）能源研究与管理2018（

窑15窑对较小，根据局部区域内的实际用能需求进行“量

体裁衣”，发挥分布式能源站可以实现能源的梯级利用，并产出高效清洁的能源的优势，热、电、冷联产效率可达90%[2]。分布式能源站适用对象是电、热、冷的区域集中用户，如城市商业中心、工业园区、机场、学校、医院、居民区[1,3]等等。分布式能源站的形式也是多种多样，风力发电、光伏发电、燃气-蒸汽联合循环等模式能够为发电企业带来多样化的选择。

其中天然气分布式能源站由于使用了天然气作为能源，其CO2、SO2等污染气体排放比之火力发电大为减少。据不完全统计，我国目前已有使用天然气的分布式能源站总容量约500万kW[4]，在北京、上海、广州和四川等地已投产运行，并取得了较好的节能、环保、经济效益，我国计划到2020年将天然气在能源利用中的比重由目前的3%提升到11.3%[5]。在这样的大形势下，本文以某省拟建的燃气-蒸汽联合循环机组为例，详细探讨分布式能源站为企业供能的运营方案。

1项目简介某省拟建2套燃气-蒸汽联合循环机组，为能源

站周边的用能企业提供高品质蒸汽，同时关停部分效率低下的企业自备小型燃气锅炉、燃煤锅炉、生物质锅炉，减轻该地区环保压力。该分布式能源站拟建2套40MW级燃气-蒸汽联合循环机组，采用1台供汽能力为20t/h的燃气锅炉作为备用热源。能源站采用“热、电、冷”三联供技术实现能源的梯级利用，能源综合利用效率不低于70%[6]。

由于能源站位置属于经济开发区，周边已经进驻了部分企业和即将招商引入部分企业，因此能源站的设置也可以很好的响应号召，为周边方圆10km范围内的企业提供“热、电、冷”能源，起到为企业减负的作用。现在就以能源站为某企业供能为例，简要分析能源站供能方案的制定。

2供能方案制定2.1

用户需求分析

该企业位于分布式能源站周边，距离能源站3.5km左右。该企业作为大型的工业用户，在工艺生产使用蒸汽和厂区采暖、制冷耗能方面均有较大的需求。目前企业工艺用汽是通过自备天然气锅炉供应，

厂房及办公楼的采暖是通过厂内设立的蒸汽-热水板换站生产采暖热水，制冷则是采用电空调。该企业已经投产运营超过10年，目前处于设备维护大修及节能改造的节点阶段，面对分布式能源站的设置，企业有意向通过对原厂设备进行改造后，采用分布式能源站提供的能源作为企业运行的输入能源。2.2

企业改造方案1）工艺用汽方面的改造较为简单，只需要通过

分布式能源站内燃气-蒸汽联合循环机组提供的高温高压蒸汽代替企业原自备天然气锅炉产生的饱和蒸汽即可。利用分布式能源站规划敷设的城市热网将蒸汽引至企业厂址外，蒸汽通过支管接入减温减压器调整到用户所需参数后进入原厂自备锅炉后的蒸汽管道内。

2）厂区采暖用能则沿用原厂的蒸汽-热水板换站，只是蒸汽汽源由原厂自备天然气锅炉供汽改为分布式能源站提供的高温高压蒸汽。

3）厂区制冷用能改造相对较为复杂，需要重新设立制冷站，采用蒸汽-溴化锂机组取代原厂的电空调设备。如此一来，可以统一利用分布式能源站输送的蒸汽来为全厂提供冷负荷。布置1根蒸汽母管，即可解决企业全厂用能需求。

3运行成本分析根据企业用能需求的调查结果，该企业全年用热负荷耗能为85000万t饱和蒸汽，用汽参数（0.5MPa，160益）。冷负荷方面企业目前自备电空调装机容量35000kW，由于该企业的生产特性，对厂房内的温度控制要求较高，因此供冷量较大。3.1运行成本现状分析

1）企业目前天然气锅炉制备热负荷所需饱和蒸汽，运行成本费用经调查整理如表1所示。按照蒸汽参数0.5MPa，160益时焓值约2800kJ/kg，计算可得制成每吨蒸汽所需消耗的燃料费用1=[3.49伊2800/(33伊90%)]元/t=329元/t；按照企业全年所需蒸汽总量为85000t计算，全年的燃料费2=(329伊85000/10000)万元=2796.5万元；全年锅炉的补水量按2%考虑，则全年总锅炉补水费用3=(85000伊2%伊2.45/10000)万元=0.4165万元；则该企业全年天然气锅炉制备工艺及取暖所需蒸汽的运行费用4=2+3=2797万元（尚未包含设备检修维护人，运行人员成本费，水处理费等杂项费用）。

2）企业目前制冷采用电空调，运行成本费用经调查整理如表2所示。由此得制冷费运行费用

5=“一拖一”模式，选用双压余热锅炉、汽轮机采用“一抽一背”模式配置，同时配置窑16窑3）能源研究与管理2018（

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表1

热负荷运行成本计算基本数据天然气价格(元·Nm-3)/天然气热值(MJ·Nm-3)/自备锅炉

效率/%自来水价格(元·t-1)/3.4933902.45表2

冷负荷运行成本计算基本数据

[元平均电价·(kW·h)/-1]容量装机

/kW小时数年运行/h同时利用率/%电空调COP0.68350008000703[0.68伊(35000伊0.7伊8000/3)/10000]万元=4443万元。3）通过上述计算可得，该企业目前全年运行成本总费用6=4+5=7240万元。3.2

企业改造后运行成本分析1）企业热负荷所需蒸汽改为分布式能源站燃气

-暂按蒸汽联合机组提供的蒸汽作为汽源后，购蒸汽价格240元/t考虑，供热年运行成本费用1'=[240伊(85000/10000)]万元=2040万元；

2）企业冷负荷需求改造为由蒸汽-溴化锂制冷机制备，溴机COP值按照1.2考虑，制备等量的冷量情况下，制冷年运行成本费用2'={240伊[(35000伊8000伊0.7伊0.0036)/(1.2伊2.8)]/10000}万元=5040万元；

3）通过上述计算可得，该企业改造后全年运行成本费用3'=1'+2'=7080万元。3.3

对比分析

通过上述计算可知，该企业进行供能改造后，年运行成本节省160万元，节省比例为2.2%，效果不显著。经分析可知，热负荷方面改造后运行成本节省非常显著，节省比例高达27.1%。但是冷负荷方面，由于蒸汽-溴化锂机组COP值相对较低，所以改造后的运行费用不降反升，对于企业来说这是不愿面对的改造问题。此外，供热方面的改造基本不涉及额外的设备改造费用，继续沿用企业原有的蒸汽管网及板式换热站即可。但是制冷站的改造相对要复杂的多，蒸汽-溴化锂主机的更换及相关的土建施工费用总价高达约1800万元，估算此费用的前提条件还是继续沿用企业原有的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔等设备。如此高昂的改造费用与改造后带来的运行费用降低量彼此间不成比例，这种情况下往往很难打动企业去进行相应的供能改造。

4供能运营模式的选择从分布式能源站供能运营的角度出发，根据

“以热定电”———以供热负荷的大小来确定发电量的

原则，遵守“多供热多发电”的规划要求，应尽可能的将机组的供汽能力发挥到设计水平，从而实现更好的机组经济效益。因此，针对本文中所提到的企业用能情况，分布式能源站应考虑制定合理的供能方案，将该企业的冷、热负荷全部划分到分布式能源站的供能范围内。通过上文分析可知，冷负荷的供能方案选定才是解决企业改造鼓励的关键所在。1）方案一：企业制冷站改造的有关费用由分布式能源站的建设方承担，日后运行管理由双方共同负责，蒸汽供给价格维持240元/t。此方案的优势在于为企业节省了价格高昂的设备更换费用，减轻企业的投资负担。但是这种方案的劣势也较为明显，就是改造后的年运行费用如上述计算可得，节省比例仅为2.2%，效果不明显。如此一来，企业极有可能不进行制冷站的改造，只将热负荷部分的用能需求改为采用分布式能源站的供汽来替换自备天然气锅炉。

2）方案二：企业制冷站改造的有关费用由企业自行承担，蒸汽供给价格优惠至230元/t。此方案的优势在于企业自主建设并自行管理制冷站，运行较为方便灵活。蒸汽价格的优惠也使得企业年运行费用的节省比例进一步增加到6.3%，每年运行费用节省455万元，投资成本回收年限约4年。

3）方案三：企业制冷站改造的有关费用由企业自行承担，为了尽快的让企业回收设备初投资的成本，蒸汽价格采用阶梯制，前3年蒸汽价格优惠至220元/t，3年后蒸汽价格上调值230元/t。如此一来计算可得，企业初投资成本回收年限缩短为2.5年，前3年的年运行费用节省比例达到10.4%，每年运行费用节省750万元。3年后年运行费用节省比例为6.3%，每年运行费用节省455万元。通过上述供能方案对比可知，方案三的优势最为明显。一方面可以缩短企业初投资的回收年限，以最快的方式获得改造后的经济效益。另一方面分布式能源站可以签署更多的用能负荷，获得更大配额的上网电量，有利于机组整体的经济性提升。

5结论1）分布式能源站的设立可以有效的解决区域性

集中供能问题。采用清洁能源作为燃料，减轻环保压力的同时，还可以为周边企业提供“热、电、冷”多种能源满足企业用能需求，同时集中供能价格上的优势又可以实现为企业减负的目标；

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3）能源研究与管理2018（

2009,31(5):377-378.窑17窑2）根据企业用能的实际需求，制定灵活多变的

供能模式。分布式能源站作为能源供给方，企业作为能源消耗方，双方应本着“双赢”的目的去共同探讨并制定供能方案，这样才能将分布式能源站的优势体现出来。参考文献

[1]姜述杰,薛子畅.分布式能源站发展分析[J].黑龙江电力,[2]尹余生,王小伍.从全方位评价看发展分布式能源站的必要

性[J].工业工程,2008,11(1):15-18.[3]胡文斌,华

贲.分布式能源站在我国的推广前景及对策分

析[J].科技进步与对策,2004,21(12):119-120.[4]王振铭.我国天然气分布式能源站的发展与建议[J].热电技

术,2011(1):1-4.[5]樊栓狮,徐文东,解东来.天然气利用新技术[M].北京:化学

工业出版社,2012.（上接第13页）

具有一定的规模，在其圈出铅锌（金）矿体1个，铅锌矿化体3个，该区域铅锌矿床成因与邻近的道岔沟铅锌矿相似，属热液沉积弱改造型矿床。在C异常区发现铅锌矿化带1个，圈出2个铅锌矿化体，成因类型与引寺沟铅锌矿床相同属充填-交代热液型矿床。2异常区取得了较好的找矿线索，应进一步追索控制区内已发现的矿化蚀变带，扩大矿带规模，选择矿化富集地段布设钻探工程，实现铅锌矿找矿突破。

3）在D异常区，对已发现的2条金矿化蚀变带，在地表详细追索的基础上开展激电中梯剖面测量，了解硫化物分布情况扩大其规模，在取得较准确认识的基础上，决定下一步的找矿工作部署。

条金矿体，5条铅锌矿体，5条金矿化体，取得了较好的找矿线索。结合地质条件分析，预测下一步通过采用物探、深部钻孔工程探索等综合找矿手段将会实现研究区找矿突破，有望在A异常区找到构造蚀变岩型金矿，B异常区找到热液沉积弱改造型铅锌矿床，C异常区找到充填-交代热液型矿床，D区找到构造蚀变岩型金矿。参考文献

[1]王根宝,王北颖,崔建堂,等.陕西省地质调查院陕西省区域

地质志[M].北京:地质出版社,2013.[2]魏宽义.铁炉子断裂带侧旁地质体的构造解析及找矿方向

研究[J].西安地质学院学报,1993,15(4):36-40.[3]中陕核工业集团二二四大队有限公司.陕西省商洛市牧护

关一带铅锌多金属矿普查地质报告[M].西安:出版社不详,2015.[4]王珉.西北地区1983年地质矿产工作进展[J].西北地质,1984(2):73-79.[5]高怀雄.北秦岭宽坪群地球化学异常特征及成矿条件的初

步分析[J].陕西科技情报论文,1991(2):31-35.4结论在研究区开展的１颐2.5万土壤地球化学测量和查证工作，共发现各类元素异常246个，主要集中分布4个区域，通过异常查证，在4个异常区找到铅锌、金矿化带各5条，圈定了1个铅锌矿体，2