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作者：馬平 潘軍松 單位：申能（集團）有限公司 上海申能能源服務有限公司
試運行期間系統效率的估算
申能能源中心的供冷負荷由常規電制冷機、冰蓄冷、分布式供能系統同時提供，并通過合理制定運行策略，在滿足舒適性的前提下達到節能、降本的效果。夏季的供冷通常先開啟分布式供能系統，一旦供冷量不足就開啟冰蓄冷，如果供冷量還不滿足要求就開啟電制冷機。申能能源中心分布式供能系統試運行期間的主要數據見表1。表1中的1月份僅進行發電機的可靠性測試，空調機組并未投入，因此1月份空調機組設備的產熱（冷）量采用了額定工況下的制熱量。由于氣溫對微型燃氣輪機機組發電功率影響很大，氣溫低燃機的效率高，這種變化對整個系統的效率會產生一定的影響，而且一年中的不同季節負荷分配的要求不同，也可能影響到效率。因此，系統的效率應當分季節來分析，為此把全年分為冬季供暖期、春秋過渡期和夏季供冷期，系統效率將根據相應的試運行數據估算。1）冬季供暖期冬季天氣溫度低，機組發電效率高。以1月份的17日至18日運行數據作為代表，系統中發電機組的平均發電功率為197．58kW，供熱機組的產熱功率平均為268．00kW，即系統輸出的功率平均為465．58kW，可以折算成1676．20MJ／h。系統中的微燃機組天然氣平均耗量65．17m3／h，由于冬季空調機組不需要補燃天然氣，因此系統消耗的天然氣總耗量平均值為65．17m3／h；天然氣熱值取35．6MJ／m3，系統能源輸入的功率可折算為平均2320．10MJ／h。根據機組輸出和輸入的功率比，可以得到冬季供暖期1月份的機組效率為72．28％。2）春秋過渡期春秋過渡期的效率估算采用5月25日至6月3日的試運行數據，系統的發電機組輸出功率平均為155．23kW，供熱機組輸出功率平均為260．27kW，因此系統的輸出功率平均為415．50kW，折合為1495．80MJ／h。系統中的微燃機組天然氣平均耗量為51．82m3／h，空調機組補燃天然氣平均耗量為7．64m3／h，系統的天然氣消耗平均為59．46m3／h，折算后系統的能源輸入功率平均為2116．78MJ／h。由此可得，春秋過渡期系統的效率為70．7％。3）夏季供冷期夏季供冷期大樓負荷需求量大，其中大部分冷負荷要由溴化鋰空調機組提供，機組處于高負荷區內運行。該時期的效率估算采用7月7日至8月3日試運行數據，發電機組的輸出功率平均為162．03kW，制冷機組的冷量輸出功率平均為270．6kW，因此系統的能源輸出功率平均為432．63kW，折合為1557．47MJ／h。微燃機天然氣耗量平均為58．83m3／h，空調機組補燃天然氣耗量平均為3．33m3／h，即系統消耗天然氣總量平均為62．16m3／h，系統的能源輸入功率平均為2213MJ／h。由此可得，夏季供冷期系統效率為70．42％。9月份氣溫已經有所回落，因此只需啟動分布式供能系統，不需要再用冰蓄冷或者電制冷機就可以滿足大樓冷負荷需求。9月19日系統發電機組的平均輸出功率為168．00kW，制冷機組輸出的冷量功率平均為335．83kW，即系統的輸出功率平均為503．83kW。系統中的微燃機組發電消耗的天然氣平均為59m3／h，空調機組補燃消耗的天然氣平均為9m3／h，系統的天然氣耗量平均為68m3／h，由此可得系統輸出功率為2421MJ／h，9月份系統平均效率可達74．96％。系統效率的提高與冷水流量增大，余熱利用的增加有關?？梢钥吹剑捎谥粏臃植际焦┠芟到y，不再用冰蓄冷或者電制冷機，9月份系統輸出冷量為335．83kW，遠遠高于8月份的270．6kW。根據不同季節的運行數據估算結果，系統全年的效率為72％左右。當然，這樣的估算沒有扣除能源中心的自用電部分，因此是高估的。例如夏季供冷時，風機、冷卻水泵的耗電增加；扣除自用電后，系統效率會明顯下降。一般來說冬季供暖期冷卻塔停運自用電下降，氣溫低燃機的發電效率提高，因此系統效率總是高于夏季。
經濟收益
分布式供能的收益與設備投入運行的時間有關，但是根據并網不上網的原則，申能能源中心的三聯供系統只能在大樓辦公時運行，通常為每天的8：00～17：00，共9h。系統的收益包括發電和供熱（冷）兩部分。發電增益是指與電網供電相比，項目的運行可以減少的用電成本。由于電網用電根據峰谷期定價，8：00～17：00時段冬季的市電平均價為0．865元／kWh，夏季為1．00元／kWh。供熱（冷）增益指冬季利用余熱后可以減少燃氣鍋爐耗氣的支出量，或者夏季減少基載制冷機組用電的支出。冬季采暖期和夏季制冷期燃氣的效率不同，單位天然氣的發電量和發電成本也不同。表2是根據2011年1月17日14：00至9月19日13：00運行數據計算的采暖期和制冷期系統燃氣發電機組的投入和產出，可以看到采暖期和制冷期每1m3的天然氣所發電量分別為3．048kWh和2．946kWh。上海市政府為了鼓勵燃氣三聯供的應用，給予三聯供項目的天然氣優惠價格為2．43元／m3，因此采暖期和制冷期發電成本分別為0．797元／kWh和0．825元／kWh。1）冬季采暖期采暖期系統的發電機組輸出功率平均195kW，運行時間9h可以發電1755kWh，發電成本0．797元／kWh（表2），可以得到全天發電成本為1398元；市電平均價格0．865元／kWh，采用市電每天應支出電費1518元。因此項目的運行每天可以減少發電開支120元。冬季采暖，能源中心大樓采用2t／h燃氣鍋爐，鍋爐的額定產熱功率1400kW；額定天然氣耗量155m3／h，因此單位燃氣量的平均制熱量為9．0kWh／m3。兩臺煙氣補燃型冷、溫水機組冬季每臺產出的熱量平均150kW，兩臺共計300kW，因此每1h可以減少鍋爐的天然氣消耗量33．3m3，一天運行9h，共耗天然氣300m3，用于鍋爐的天然氣價格為3．99元／m3，因此每天可以減少1197元，加上發電收益120元，冬季采暖期每天的收益為1317元。2）夏季制冷期夏季制冷期平均發電量為165kW，發電成本為0．825元／kWh；夏季市電平均單價為1．00元／kWh；每天運行9h，通過計算可以得到每天可以減少用電成本約260元。夏季，能源中心大樓采用基載制冷機組制冷，機組的額定制冷量為553kW；額定輸入功率為120kW，機組制冷的COP為4．6，即每耗1kWh電產生的制冷量為4．60kWh。夏季兩臺煙氣補燃型冷、溫水機組每臺的供熱功率平均140kW，兩臺共計280kW，如果也按COP為4．6計算，可以減少基載制冷機組用電61kW，每天運行9h，節電549kWh。夏季市電平均單價為1．00元／kWh，可以減少電費支出約549元；加上發電收益260元，夏季制冷期系統運行每天的收益約為809元。#p#分頁標題#e#
運行方案的優化
申能能源中心大樓分布式供能系統已經試運行一年，運行結果表明系統運行穩定，發電成本低于市電。為了進一步優化系統運行，結合市電峰谷價格，系統開啟時間改為市電峰值期（8：00－15：00），每天發電量約1600kWh，試運行至2011年底，累計發電量121870kWh，單日平均發電量（以12月份為例）1770kWh，累計供冷量為55235kWh，累計供熱為906030kWh。當季節性用電高峰時，能源中心大樓所申請變壓器（微燃機組并網于1號變壓器低壓400V側）基本用電負荷可能還會有缺口，這部分缺口可以由微燃機組功率輸出來填補，因此可以申請減少基本用電量降低用電成本，避免MD超標遇罰。今后要充分利用三聯供發電優點結合契約數的合理運用，在夏季用電高峰時滿負荷運行三聯供系統的基礎上，降低用電契約數預估申請，從而達到節約契約電費并開啟三聯供溴化鋰機組來補充供冷。
結語
申能能源中心大樓分布式供能系統試運行結果表明，由于實現了能源的梯級利用，天然氣的利用效率比較高，發電用的燃料成本低于市電，余熱的充分利用也帶來了可觀的經濟效益，但是項目總體的經濟效益并不理想。上海目前正處在經濟發展轉型中，有必要優化能源結構提高天然氣的消費比例，因此政府非常重視天然氣分布式供能的應用和推廣，并成功地建成了一批天然氣三聯供示范項目，但是其中許多項目存在經濟效益不高的問題。經濟效益不高的主要原因，除了目前燃機設備依靠進口價格很貴維修成本高以外，機組的運行安排不能充分發揮三聯供的潛力也是原因之一。因此，除了加緊做好燃氣機組等設備的國產化，降低三聯供項目的建設成本外，政府還應當借鑒發達國家推廣分布式供能應用的成功經驗，采取各種政策或者措施創造分布式供能項目盈利的環境和必要條件，特別是加緊智能電網建設，讓我國的分布式發電也能像發達國家那樣真正成為大電網的互補系統，提高我國的供電系統的能源效率和可靠性。
