燃气分布式能源项目主机设备对比分析

李贞

摘要：针对燃气分布式供能系统进行研究，主要对比燃气轮机发电机组与内燃机发电机组的特点，并以某项目为例，对两者进行系统组成和技术参数对比分析，结果表明内燃机发电机组的供能系统效率更高，为今后分布式能源站的前期项目提供一项参考性依据。

关键词：燃气轮机发电机组;内燃机发电机组;系统组成;技术参数;效率

引言

随着社会的发展与能源的日益短缺，提高能源利用率成为当下的一个热门话题。采用分布式供能可以大大缩小能源传输路径，能够减少能源在传输过程中的损耗并降低传输成本，是节约能源的有效途径之一[1-4]。

燃气冷热电分布式能源系统主要由发电设备、余热利用设备及相关设备组成，常涉及的发电设备有燃气轮机、燃气内燃机。

1 燃气轮机与内燃机发电机组的对比

燃气轮机单机容量较大，一般在30～45%左右，发电效率较低，余热集中程度高，烟气余热大。燃气轮机发电机输出功率对于外界环境温度的变化较为敏感，当大气温度由15℃增至40℃时，发电出力降低17%～23%，效率降低5%～8%。

燃气内燃机发电容量适中，单机发电效率高，可以达到40%以上，可利用烟气和缸套水两种热源，但两种热源之和相比燃气轮机发电机组略低。运行灵活，所需燃气压力低、单位造价低，且环境变化（海拔高度、温度）对发电效率的影响力小，当电负荷在50%～100%范围内变化时，燃气内燃机发电效率变化趋势平缓，具有良好的变工况特性。同时，内燃机发电机组系统布置复杂，噪音值和氮氧化物排放量略高。需结合项目实际情况选择。[5]

2 发电机组主要性能参数对比

针对当下医院、商业以及居民建筑等楼宇集群的建设规模越来越广泛，根据某项目发电量的需求，与冷热负荷需求，本文选用2MW级的内燃机与2MW级的燃气轮机进行对比分析，其中用户负荷统计见表2，主要技术指标见表，3。

某项目建筑以办公、商业、酒店为主，供能面积约为20万 m2。具有较集中的冷、热、电需求。项目拟建天然气冷热电三联供的分布式能源站为园区的全部建筑提供能源服务，满足园区的全部冷、热、电需求。

项目的建筑面积约21万m2，冷负荷10.5MW，热负，8.1MW，电负荷8.5MW，生活热水平均负荷2MW。

现就项目用能需求进行装机配置，选取相同发电等级的燃气轮机发电机组和燃气内燃机发电机组进行对比，同时加入供热、供冷能力高的内燃机发电机组（内燃机发电功率/燃气轮机发电功率≈燃气轮机供热能力/内燃机供热能力），共三个装机方案进行对比分析，如下：

方案一：1台3MW燃气内燃机+1台烟气热水溴化锂机组（制冷量：2908kW;制热量：3043kW）+1台燃气热水锅炉（采暖功率：5000kW;生活热水热量：1100kW）+2台电制冷机组（制冷功率：3868kW）;

方案二：1台2MW内燃机+1台烟气型双效溴化锂机组（制冷量：1881kW;制热量：2001kW）+2台电制冷机组（制冷功率：4571kW）+1台燃气热水锅炉（采暖功率：6000kW;生活热水热量：1100kW）;

方案三：1台2MW燃气轮机+1台烟气热水型溴化锂机组（制冷量：5218kW;制热量：3788kW）+1台电制冷机组（制冷功率：5626kW）+1台燃气热水锅炉（采暖功率：4500kW;生活热水热量：1100kW）

方案的技术指标对比如下，见表3：

从上表可以看出，在供应相同冷量和热量的情况下，三种方案的能源利用效率都很高，方案三的能源利用效率甚至超过80%以上。方案一所发电量是方案三的约2.4倍左右，是方案二的1.7倍以上。所耗天然气量方案一也是三个方案中最多的。

3经济性分析

采用相同的冷热价格，反算电价，经过经济性分析，结果如下：

方案一的静态初投资4688.6万，反算电价为986.27元/MWh;方案二的静态初投资2881.2万，反算电价为1601.86元/MWh;方案三的静态初投资3929.5万，反算电价为2101.27元/MWh。

4 结语

经过上述指标对比分析，方案一更具有经济性。

鉴于不同项目的负荷需求不同，不同地区边界条件也会不同，本文的对比分析为燃气分布式能源的前期项目提供一种参考性依据。

参考文献：

[1] Hiremath R B， Shikha S， Ravindranath N H， et al. Decentralized energy planning; modeling and application—a review[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews， 2007， 11（5）： 729-752.

[2] 杨晓巳， 陶新磊. 综合能源技术路线研究[J]. 华电技术， 2019，41（11）.

YANG Xiaosi， TAO Xinlei. Research on integrated energy technical route[J]. Huadian Technology， 2019.41（11）.

[3] 蒋瓅，许鸣珠，周雅娣.城市水光互补分布式能源的优化配置研究[J].华电技术， 2019，42（2）：58-62.

JIANG Li， XU Mingzhu， ZHOU Yadi. Optimal configuration of hydro-solar complementary distributed power systems in cities[J]. Huadian Technology， 2019， 42（2）： 58-62.

[4] 陈曈，张伟波，周宇昊，等. 分布式能源系统常用储能技术综述[J].能源与环保，2019，41（07）：138-142.

CHEN Tong， ZHANG Weibo， ZHOU Yu Hao， et al. Summary of energy storage technologies commonly used in distributed energy systems[J].China Energy and Environmental Protection， 2019， 41（07）： 138-142.

[5]寧翔 内燃机分布式供能系统发展现状及案例研究[J].能源研究与管理，2019（1）.

（华电分布式能源工程技术有限公司，北京 丰台 100071）