湖北華電創(chuàng)意天地新能源有限公司 湖北 武漢 430000

1 前言

近年來,以天然氣為燃料的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)因能源的梯級(jí)利用正在快速發(fā)展。由于天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)多分布在用戶端,存在分布過于分散、負(fù)荷波動(dòng)大、系統(tǒng)長處于變負(fù)荷運(yùn)行等問題,如何建立更加高效、安全與可持續(xù)的天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),成為國內(nèi)外CCHP技術(shù)工作者關(guān)注的重點(diǎn)。

2 天然氣分布式能源的技術(shù)應(yīng)用

2.1 樓宇型天然氣分布式能源 樓宇型天然氣分布式能源面對(duì)的是某一建筑(如醫(yī)院、學(xué)校、公共設(shè)施)的能量需求,其系統(tǒng)規(guī)模較小,由于在同一建筑內(nèi)不同用戶的需求差異不會(huì)很大,而且負(fù)荷變化方向又往往趨同,供需之間的緩沖空間不大,回旋余地就比較小;這就要求系統(tǒng)必須對(duì)用戶的能量需求變化作出即時(shí)快速反應(yīng)。為此,聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行需要緊隨負(fù)荷負(fù)荷變化,運(yùn)行工況必然要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整,始終處于被動(dòng)狀態(tài);因此對(duì)系統(tǒng)的全工況性能要求就比較高。按系統(tǒng)集成原則,宜采用輸出能量比例可調(diào)、蓄能調(diào)節(jié),同時(shí)考慮部分常規(guī)分產(chǎn)系統(tǒng)與聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化整合,以及與網(wǎng)電配合的優(yōu)化運(yùn)行模式等集成措施予以協(xié)調(diào)。

2.2 區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng) 區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)面對(duì)的是一定區(qū)域內(nèi)若干建筑共同構(gòu)成的一片建筑群。建筑群的能量需求規(guī)模擴(kuò)大,而且由于不同建筑的功能通常不同,相應(yīng)的能量需求及其變化也會(huì)有所不同;因此不同用戶的負(fù)荷變化很少同步,通常不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)高峰或低谷的情況。因此聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需考慮負(fù)荷的“同時(shí)使用系數(shù)”,這將加大供應(yīng)與需求之間的回旋余地,從而降低了對(duì)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的全工況性能要求。因此當(dāng)規(guī)模適當(dāng)大時(shí),就可以引進(jìn)高效的燃?xì)廨啓C(jī)-汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組,實(shí)現(xiàn)燃?xì)?、蒸汽、電力、冷氣、熱水的最佳匹?進(jìn)一步提高一次能源利用率。

3 天然氣分布式能源存在的問題與特點(diǎn)

3.1 負(fù)荷波動(dòng)較快,機(jī)組調(diào)整不及時(shí) CCHP能源系統(tǒng)運(yùn)行即將供應(yīng)的負(fù)荷情況無法得出,只能通過長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)預(yù)估負(fù)荷變化情況,這樣無法提前調(diào)整機(jī)組的供能負(fù)荷。例如在樓宇型CCHP系統(tǒng)下,內(nèi)燃機(jī)-溴化鋰機(jī)組提供園區(qū)的電負(fù)荷和冷負(fù)荷,空調(diào)系統(tǒng)熱慣性較大,在空調(diào)負(fù)荷變化時(shí),及時(shí)調(diào)整或提前調(diào)整供冷機(jī)組的負(fù)荷可以減少超調(diào)情況的發(fā)生,防止空調(diào)系統(tǒng)因負(fù)荷變化發(fā)生運(yùn)行參數(shù)的大幅波動(dòng)。

3.2 運(yùn)行模式仍存在較大的優(yōu)化調(diào)整空間 機(jī)組的運(yùn)行模式或設(shè)備的負(fù)荷分配一般依靠運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn),所以負(fù)荷分配隨意性強(qiáng),且冷熱負(fù)荷分配時(shí)往往存在一定的滯后性,易引起負(fù)荷超調(diào)。根據(jù)機(jī)組的實(shí)時(shí)特性曲線和用戶負(fù)荷情況為機(jī)組的運(yùn)行模式和設(shè)備負(fù)荷分配提供優(yōu)化指導(dǎo),使能源站經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3.3 調(diào)控機(jī)組關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)所采用的調(diào)控策略和方法不具備自適應(yīng)性 常規(guī)控制系統(tǒng)(如DCS)的控制回路中,其控制參數(shù)一經(jīng)調(diào)試便不會(huì)改變,無自適應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)和運(yùn)行方式調(diào)整功能,對(duì)于以后機(jī)組特性和工況的變化無能為力,嚴(yán)重影響機(jī)組的工作效率。

3.4 空調(diào)供水一次側(cè)和二次側(cè)流量不匹配 對(duì)于樓宇型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),能源站空調(diào)供水流量和樓宇空調(diào)水用水流量往往不匹配,導(dǎo)致空調(diào)水未經(jīng)換熱流回能源站、或換熱后的空調(diào)水直接混入分水器,造成供水溫度偏離設(shè)計(jì)溫度,這種情況可能造成水泵電耗和供能成本增加。根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整各個(gè)樓座的供能參數(shù),進(jìn)而調(diào)節(jié)能源站空調(diào)水的供能參數(shù)使一次側(cè)和二次側(cè)保持供水平衡,有利于提高能源站的經(jīng)濟(jì)性。

3.5 機(jī)組實(shí)時(shí)特性和健康狀態(tài)未知 這是天然氣CCHP能源系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)最常遇見的問題,機(jī)組的實(shí)時(shí)效率情況無法得出,只能通過值長日志按天或月進(jìn)行統(tǒng)計(jì),這樣無法根據(jù)機(jī)組實(shí)時(shí)效率情況調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行方式。全廠機(jī)組的性能指標(biāo)不具備在線實(shí)時(shí)分析功能,如實(shí)時(shí)內(nèi)燃機(jī)熱耗、制冷設(shè)備能耗,管道各種流量、壓力損耗等。這些性能指標(biāo)可以粗略地指示全廠設(shè)備運(yùn)行情況。

4 國內(nèi)外天然氣分布式能源發(fā)展?fàn)顩r

4.1 國外天然氣CCHP能源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 歐美和日本等發(fā)達(dá)國家針對(duì)天然氣CCHP能源系統(tǒng)的研究開發(fā)較早,目前已經(jīng)掌握了相對(duì)成熟的設(shè)備開發(fā)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。美國在1978年執(zhí)行《公改法令》后開始倡導(dǎo)天然氣CCHP能源技術(shù),并計(jì)劃到2020年新建公共建筑群中的天然氣CCHP能源系統(tǒng)使用率達(dá)到50%,總裝機(jī)容量新增95GW。日本的天然氣CCHP能源項(xiàng)目主要為樓宇式CCHP能源系統(tǒng),2007年投入商業(yè)用途的天然氣CCHP能源站已經(jīng)達(dá)到5200個(gè)。歐盟國家則計(jì)劃通過發(fā)展天然氣CCHP能源系統(tǒng)減少二氧化碳排放,并實(shí)現(xiàn)到2020年能源消耗減少20%的目標(biāo)。發(fā)達(dá)國家針對(duì)天然氣CCHP能源系統(tǒng)的研究主要集中在系統(tǒng)優(yōu)化、算法改進(jìn)領(lǐng)域。

4.2 我國天然氣CCHP能源系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 我國的天然氣CCHP能源系統(tǒng)起步較晚,在技術(shù)方面仍存在一些不足,對(duì)天然氣CCHP能源技術(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化還停留在實(shí)驗(yàn)室模擬仿真階段。目前建立了含吸收式制冷機(jī)和電制冷機(jī)的天然氣CCHP能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置模型,其中系統(tǒng)的電制冷功率與冷負(fù)荷的比例隨著系統(tǒng)電熱負(fù)荷比的變化而改變,并基于此提出一種新的運(yùn)行策略。

5 展望

綜上所述,推廣應(yīng)用天然氣分布式能源技術(shù),對(duì)提高一次能源利用效率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少溫室氣體排放、降低環(huán)境污染、平衡電力、燃?xì)獾募竟?jié)性峰谷差,增加供電安全性和可靠性都有著十分重大的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

隨著天然氣供應(yīng)量的日趨增多,智能電網(wǎng)建設(shè)步伐加快,我國已經(jīng)具備大規(guī)模發(fā)展天然氣分布式能源的條件。在當(dāng)前形勢下,燃?xì)馄髽I(yè)未雨綢繆,了解天然氣分布式能源新技術(shù)及其發(fā)展趨勢,把握國家政策走向,抓住機(jī)遇,布局公司未來發(fā)展規(guī)劃,迎接挑戰(zhàn)就顯得很有必要。