【天然气】以工业园区为例，分析天然气分布式能源项目装机

2017-11-13 标准天然气 华气能源猎头

工业园区具有能源需求大、耗能集中等特点。天然气分布式能源站可作为园区配套基础设施工程，实现园区的冷、热、电三联供，帮助园区企业节省用能成中俄本，减少设备运营投资，增强园区招商吸引力；同时，可大幅减少污染物排放，实现地区“绿色发展”，具有重要的经济效益和环境效益。

本文将以某工业园区为例，介绍一套分布式能源项目合理的装机分析方法。

1 热负荷分析

1.1 园区现有负荷

目前工业园区主要用能企业有 4 家汽车公司和 10 家生物制药公司。通过调研发现，各企业的负荷类型多，情况比较复杂；企业自备小锅炉运行与维护管理的成本高，能源利用效率低于分布式供能系统的综合能源利用效率；部分供热小锅炉减排设施配套不够完善，对环境影响较大。

为此，以分布式能源站替代上述小型锅炉及电制冷机组，满足园区企业用热(冷)负荷的需求。

1.2 热负荷分析

园区内热负荷均为工业热负荷，包含非季节性的生产工艺热负荷和季节性的工业建筑的采暖、空调热负荷。根据现场调研资料，园区目前存在冷负荷需求的企业有只有汽车公司 A 和 D，有热水负荷需求的企业有 A、B、C 和 D。其中，A 每天运行时间为 16h，B、C 和 D 的每天运行时间为12h，D 近期将把运行时间改为 16h。园区目前用汽负荷企业需求分散，介质为饱和蒸汽。冷水供水参数约为 7~10°C，热水供水参数约为 95~125°C，供蒸汽参数约为 0.5MPa 的饱和蒸汽。

1.3 设计热负荷

鉴于项目近期负荷主要为已投运企业及在建企业提供冷、热、电负荷，且已与大部分这类企业签订了供能意向协议，本次设计将现有及近期热负荷统一考虑，由新建机组集中供热。

1.3.1 热水负荷

根据上述用户热水负荷要求，综合考虑以能源站为中心最远 3km 和 5km 的供热距离，热力网采用蒸汽作为供热介质，并在汽车公司 A 和 D 侧各设置 1 座汽水换热站，蒸汽产生的疏水全部回收。

考虑汽水换热站侧换热系数和管道供热系数均为 0.95，并依据《城镇供热管网设计规范》(CJJ 34-2010)，考虑 5%的蒸汽管网损失和焓降后，折算到抽凝机抽汽参数为:P= 0.8MPa·a;t=290.4°C，背压机供热参数为 0.8MPa、280°C，各用户热负荷折算后各月的用汽量如表 1。

1.3.2 制冷负荷

本工程冷负荷优先利用热网加热器换热后的冷凝水进行制冷，提供空调用冷冻水，其余不足部分采用蒸汽双效型溴化锂机组进行补充。各用户冷负荷折算后各月的用汽量如表 2。

1.3.3 工业用汽负荷

依据《城镇供热管网设计规范》(CJJ 34-2010)，生产热负荷同时使用系数可取 0.6~0.9。综合考虑经开区的行业类别，将经开区的生产热负荷同时使用系数取 0.8，考虑 5%的管网损失后，折算到汽机抽汽口。

结合工业蒸汽用户类型及工业蒸汽热负荷收资，绘制典型日负荷图(已考虑各企业同时使用系数)，详见图 1。

综上，经分析折算，汇总园区工业热负荷(折算到汽机抽汽口)，详见表 3。

根据上述热负荷的统计与整理资料，汇总本工程的设计热负荷如表 4。

2 装机分析

2.1 主机配置

根据投资方的要求及电力平衡的结果，能源站所发电量先满足工业园区的电力负荷需求，剩余电量全部上网。考虑到本工程性质为燃气分布式能源热电联产机组，应符合总热效率年平均大于 70%指标。基于以上因素，本工程拟选以下两种配置方案:

方案一:1×50MW 级燃气轮机+1 台双压余热锅炉+1× 14MW 抽凝式汽轮发电机组成联合循环，2×15MW 级燃气轮机+2×27t/h 单压余热锅炉组成简单循环，并设置 4×25t/h 燃气调峰锅炉。全厂最大供汽量 205.2t/h。

方案二:2×50MW 级燃气轮机+2 台双压余热锅炉+1× 8.26MW 背压式汽轮发电机组+1×14MW 抽凝式汽轮发电机组，并设置 4×20t/h 燃气调峰锅炉。全厂最大供汽量 205.5t/h (见表 5)。

从以上计算结果分析可以得出:两个方案满足《燃气分布式供能站设计规范》热电比及年平均热效率的要求;在满足热 (冷)负荷需求下，方案一初期投资较低，全厂热效率较高，比方案二多节约标煤 2514t/a。故本工程推荐方案一。

2.2 机组运行模式及供热/冷方案

2.2.1 机组正常运行模式

(1)采暖期供热工况

三台燃机 100%负荷运行。

抽凝机组最大供汽量 54.2t/h (含余热锅炉低压蒸汽量)，加上两台简单循环机组余热锅炉供汽量 51t/h，合计能提供的总汽量 105.2t/h，不能满足园区 148t/h 的平均用汽热负荷需求，故需考虑启动 25t/h 燃气调峰锅炉，满足工业热用户的平均热负荷和最大热负荷需求。

(2)制冷期供热工况

三台燃机 100%负荷运行。

抽凝机组额定供汽量 30t/h，最大供汽量 54.2t/h(含余热锅炉低压蒸汽量)，加上两台简单循环机组余热锅炉供汽量51t/h，能满足园区 98t/h 的平均用汽热负荷的需求，但不能满足 129t/h 最大用汽热负荷的需求，此时需启动燃气调峰锅炉，满足最大热负荷的需求。

(3)夜间供热工况

一台燃机在 100%负荷下运行。

2.2.2 机组故障时运行模式

(1)采暖期供热工况

本工程采暖期工业热负荷平均蒸汽耗量约为 148t/h。当能源站中抽凝机组检修或运行故障时，联合循环机组可考虑从所带余热锅炉的中压过热器出口管道上直接抽汽，经减温减压后供至管网。此时，联合循环机组所能提供的最大供汽量可增至约 74t/h; 加上两套简单循环机组及现有的调峰锅炉 (合计 100t/h)可满足园区企业工业热负荷要求。当简单循环机组检修或运行故障时，可考虑启动燃气调峰锅炉满足园区企业工业热负荷要求。

(2)制冷期供热工况

本工程制冷期工业热负荷平均蒸汽耗量约为 98t/h。当能源站中抽凝机组检修或运行故障时，联合循环机组可考虑从所带余热锅炉的中压过热器出口管道上直接抽汽，经减温减压后供至管网。此时，联合循环机组所能提供的最大供汽量可增至约 74t/h;加上两套简单循环机组及现有的调峰锅炉(合计 100t/h)可满足园区企业工业热负荷要求。当简单循环机组检修或运行故障时，可考虑启动燃气调峰锅炉满足园区企业工业热负荷要求。

3 经济分析

3.1 资金筹措方案

注册资本金为建设方投资的 20%，融资方式暂按向国内银行贷款考虑，利率 4.9%上浮10%为 5.39%(按季计息)，还款期为 10 年，宽限期 2 年，采用本金等额还款方式，流动资金贷款利率为 4.35%。工程静态投资:80757 万元，单位投资 8591 元/kW;动态投资 83492 万元，单位投资 8882 元/kW;其中建贷利息 2735 万元。

3.2 主要经济指标

本项目是在保证企业成本费用、税金、盈余公积金、企业用于还贷的利润、机组投产后 10 年内还清贷款，还款采用本金等额偿还方式，按固定冷热价与电价正算收益和经济效益分析。财务内部收益率、净现值等指标见表 6 经济效益指标一览表。

4 总结

综上所述，仔细分析园区冷热负荷数据，合理进行项目主机配置，对项目的经济性具有较大意义。本天然气分布式能源项目的建设可以满足园区内企业的热负荷需求，对节约能源，减少城市大气污染物排放，提高城市环境保护质量有着十分重要的意义。

来源：标准天然气

编辑：华气能源猎头（微号：energyhunt）

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