胡 波(广东省电力设计研究院，广东 广州 510663)

1 概述

分布式能源站，是指小型热电联产和热电冷联产系统，可以大大节省输配电设施、供热网络和制冷系统。

为了解决自身电网安全运行、优化电网结构等问题，同时为了响应和贯彻国家节能减排的政策，南方电网有限责任公司联合中国科学院工程热物理研究所申报并承担了2007年度国家863计划“高效节能与分布式供能技术专题”中的目标导向类课题“MW 级燃气轮机分布式冷电联供技术集成与示范研究”。课题拟在分布式供能系统优化配置与运行、控制等关键技术取得突破的基础上，以佛山市供电局建筑楼群为依托，建成一个具有典型代表性的基于MW级燃气轮机的高效天然气电冷联供示范系统。本示范系统的成功建设和运行将为切实推进分布式冷电联供技术在南方地区乃至全国的应用和推广做出实质性贡献。

示范工程位于广东省佛山市供电局季华路变电站大院。院内包括已经建成的送电大厦(简称综合楼)、试验研究所(简称试验楼)和即将建成的禅城区供电局新大楼(简称新楼)。联供系统为上述三座办公楼提供冷、电供应。

2 示范工程负荷需求预测

分布式冷电联供系统设计的基础和关键之一是对需求侧的冷、电负荷进行准确的预测分析。只有负荷准确，才能恰当地设计和选择系统形式与设备容量，最终使得系统高效、经济运行。因此，负荷预测是示范工程前期的一项关键工作。

2.1 冷负荷及其负荷特性分析

清华大学建筑技术科学系对示范工程的全年逐时冷、电负荷进行了预测。

图1 三栋楼逐时总冷量

由图1可知冷负荷特性为：

(1)建筑物冷负荷变化较大。最高达3200多kW；

(2)年冷负荷分布不均匀，比较集中在3000 h至7000 h时段，即5月～10月之间；

(3)每日冷负荷集中在8点～18点，夜间负荷较低；

(4)每日冷负荷起伏较大，中午时段负荷降低约20%；

(5)周末负荷基本没有。

2.2 电负荷

图2 三栋楼逐时电冷量

由图2可知电负荷特性为：

(1)每日电负荷变化较大，峰值达720kWh左右，谷值约150kWh；

(2)每日电负荷集中在8点～18点，夜间负荷较低；

(3)周末电负荷基本没有；

(4)由于电负荷主要是设备及照明用电，全年日变化很小。

3 分布式能源站运行前提条件

严格意义上的分布式能源站规模应与区域内所需电力、热、冷等能源需要相匹配。不推荐机组过大接入电网，长期上网售电，推荐接入当地配网系统，减少电力输配环节投资。

(1)多余电力上网不售电，所以应本着电力尽量不盈余的原则；

(2)电力不足部分可以由外网补充；

(3)能源站发电加制冷成本与购买市电费用进行比较，取低者；

(4)制冷调峰设备采用电制冷设备满足最大冷负荷需求。

4 技术方案拟定

中国科学院先进能源动力重点实验室对11个不同容量组合的备选方案，根据燃气轮机等关键设备的性能参数，编制单元数学模型。其中，燃机模型考虑了部分负荷率、环境温度对燃气轮机发电效率、发电出力、排烟温度和排烟可用余热的影响。与实际运行要求相对应，燃机、吸收式制冷机等设备模型中设置了各单元的最大和最小出力限制。然后，在满足示范工程电、冷负荷需求的前提下，以运行成本(燃料成本+购电成本)最小为目标，以符合各设备的实际运行特性和满足系统各种能流的供需平衡关系为约束，逐时进行系统运行优化，进而得到整个制冷季的最小供能运行成本。以下为两个最可行方案间的比较(天然气价格3.05元/Nm3)：

表1 方案运行数据比较

由表1可见方案二第4台燃机开机时间仅1491h，虽然方案二的全年发电量和制冷量高于方案二，但是由于设备投资增加，回收期也较方案一长，而且回收期随天然气价格增加而增加。

故示范项目最终采用3台200kW微燃机配一台制冷机的组合方案。

5 选型原则建议

常规热电联产项目通常以冷定电选择机组容量，满足国家规定的的热电比即可，由于发电上网所以对以自身能量平衡要求不高。而分布式能源站立足于就地消化自身能源，能源站的供应要与其需求达成平衡。才能实现高效节能、连续可靠、经济环保地运行。根据范项目运行经验，建议分布式供能系统机组规模选择本着以下一些原则：

5.1 能源站选址

天然气为一次能源的分布式能源站宜选择负荷相对稳定、持续、环保要求高的发达地区。这是因为稳定的负荷可以使分布式能源站机组维持满负荷运行，提高机组效率；持续的负荷可以保证能源站连续运行，虽然燃机起停方便，但是溴化锂制冷设备时间常数较大，间断运行会需要较长时间来达到要求。由于天然气价格相对较高，环保要求高发达地区承受高电价能力强，环境指标严，适合于天然气分布式能源站的建设和运行。

5.2 负荷预测和分析

必需对能源站供应范围内的冷、热、电负荷需求进行预测和分析，得到相对准确的逐时数据，这是分布式能源站规模确定的重要依据。只有根据全年逐时负荷需求才能优化机组容量和运行方式。根据负荷需求，找到持续时间较长的负荷作为额定负荷初步确定机组容量，再结合具体的边界条件进行多方案技术经济指标比较。

5.3 运行时间

全年机组满负荷运行时间也是分布式能源站的关键指标。比较理想的能源站满负荷运行时间约4000h～5000h，低于3000h的能源站机组利用率较低，投资回收期长。

5.4 负荷调节手段

为适应负荷的变化，能源站应有手段进行负荷调节来保证能源供应的可靠性。外网电力补充是最灵活可靠的方式，但是会发生对电网备用的补偿问题，需要出台相应的政策来调动电网公司的积极性。多台机组之间的调节也非常灵活，但也不宜机组太多使得系统复杂，一般母管制控制在4台机组以内。

另外补燃也是一种有效调节手段，但是由于经济性相对较差不宜大规模长期采用，可作为短期调峰和应急。

5.5 经济最优运行方式

选型阶段采用了集成优化方法，在运行阶段也应根据能源站实际选择的设备性能、天然气价格、购电、售电价格等边界条件运用全工况性能的优化运行方法，从而真正提高对分布式供能系统的经济和能源利用效率。

优化运行方案应具有燃机与热回收设备之间自动调节功能，应具有对用户冷电负荷变化的自动调节功能，系统应具有与用户建筑物管理系统(BMS)之间通讯功能，以实现分布式供能系统最大热电效率与最佳持续运行。

6 结语

随着分布式能源技术的不断提高，分布式能源系统具有的能源综合利用效率高、污染少和运营方式灵活等优点逐步显现，目前分布式能源系统正逐步成为现代能源供应体系的重要组成部分。国家能源局文件[2010]94号《发展天然气分布式发电的指导意见》指出到2011年，拟建设1000个天然气分布式发电示范项目。

我国已投运分布式能源站运行小过不理想的一个主要原因是容量配置偏大，这其中有负荷预测不准原因，也有选择额定负荷不当的原因。分布式能源站机组选型不能完全按照以冷定电原则，还要综合考虑区域多种能源需求和供应的平衡。

[1]中国科学院先进能源动力重点实验室.示范工程总体技术方案研究报告[R]，2008.

[2]清华大学建筑科学系.佛山供电大楼负荷预测研究报告[R]，2008.