浙江省內一次能源較缺，燃煤增量受限，發(fā)展新能源，其大致范圍是垃圾發(fā)電、生物質摻燒、風電、光伏、地熱方面五個方面。垃圾發(fā)電選址受限，省內生物質資源短缺、收集困難，風電、尤其是海上風電方興未艾，太陽能光伏已遍地開花;風電、光伏集中發(fā)電尚可，卻無法完成高效供應冷、熱;浙江省內有一定的地熱資源，但目前作為較大規(guī)模的能源供應可能性不大。由于經濟發(fā)展迅速，實力雄厚，再加上早已建立的密集的天燃氣供應網絡，基于燃氣的分布式能源必將成為今后浙江省內綜合能源發(fā)展的最重要一極。

1、系統(tǒng)的組成

從目前情況看，基于燃氣的冷熱電分布式能源系統(tǒng)設備主要包括燃氣內燃機、燃氣輪機、溴化鋰制冷/熱機、大型電空調、柴油發(fā)電機、燃氣/余熱/電鍋爐、蓄冷/熱罐等，其中關鍵設備為燃氣內燃機、燃氣輪機、溴化鋰制冷/熱機，前兩者基本以進口設備為主，后者有不錯的國產設備。

燃氣輪機對進汽壓力要求高(一般高于次高壓級別(0.4-1.6MPa))，而城市天燃氣管網壓力多為0.4MPa以下，這方面燃氣內燃機適應性更好，更能適應城市建筑安裝與防火規(guī)范的要求;另外，同等級的情況下，燃氣內燃機排汽溫度一般要比燃氣輪機低50℃左右，發(fā)電效率更高，尤其是冷、熱負荷需求較小的情況下，更具有優(yōu)勢;另外，目前的燃氣輪機單機容量偏大，微型燃氣輪機發(fā)展又不成熟，在單機電功率2000kW這個級別，主要是以燃氣內燃機為主。基于這三點，目前，基于燃氣的分布式能源，其發(fā)電設備還是多選用燃氣內燃機。

燃氣內燃機排煙余熱或用來制熱，或用來制冷，具體主要根據用戶需要來設計。制熱的話，一般選用余熱鍋爐，可以提供高溫高壓的蒸汽，也可以提供生活用熱水;制冷的話，一般選用溴化鋰制冷機。

溴化鋰制冷機使用熱源來驅動，其中除了較小的水泵外，無大型轉動設備。它的驅動熱源可使用蒸汽、熱水、也可以使用煙氣(最低175℃左右)，在冷負荷需求量較大時，甚至可以使用天燃氣補燃，當然這要在設備選型時就要確定。溴化鋰制冷機使用水為制冷劑，由此決定其能提供的冷凍水溫度的最低溫度不可能太低，一般可提供7℃以上的冷凍水，通過管路輸送、換熱器換熱，可為用戶供冷。當然，也有溴化鋰制熱，一般可提供110℃左右的熱水。

燃氣內燃機與溴化鋰制冷機一般采用一對一的單元制配置，它們均需要冷卻水來維持它們的正常循環(huán)工作，其中燃氣內燃機的冷卻水中分缸套水與中溫水，前者出口溫度一般為95℃左右，可用來供熱，而后者出口一般為60℃左右，一般不再利用;溴化鋰制冷機的冷卻水一般也不再利用，可通過機力通風設備散熱后循環(huán)使用。

大型電空調也叫冷水機，一般設計作為故障備用或頂尖峰冷負荷使用，當然，當冷負荷需求大而電負荷需求小時，也可以用發(fā)出的電驅動電空調，以增加制冷量;電空調單機電功率一般設計為單臺燃氣內燃機發(fā)電容量20%左右。還有柴油發(fā)電機，也是作用故障備用或頂尖峰電負荷使用。

蓄冷罐在分布式能源站中的地位很重要，起到轉移負荷的作用。比如，可以將晚上剩余的冷負荷蓄起來，移到白天使用，有它在，整個分布式能源站的負荷調節(jié)會平穩(wěn)很多，當然，它的另一個作用是事故備用，也就是說，一旦溴化鋰制冷機、電空調均故障時，蓄冷罐要頂上一段時間，具體時間長短根據用戶要求設計確定。

2 技術經濟

國家要求，分布式能源系統(tǒng)年平均能源綜合利用效率要達到70%以上，實際上，這是不難達到的。與傳統(tǒng)的電力生產方式相比，基于燃氣的分布式能源由于少了冷源損失，其設計綜合能源利用率輕松可達80%以上。一般地，就基于燃氣內燃機的分布式能源站的能量利用看，其天然氣提供的能源中，40%用來發(fā)電，25%由內燃機煙氣余熱排出后用來制冷/熱，15%由缸套水帶走后也可利用，5%由內燃機中冷器散熱、5%從潤滑油散熱、10%其它消耗，損失的能量合計一般不超過20%。

以為一個約24萬m2的建筑配套建設的基于燃氣內燃機的分布式能源站為例，提供冷熱電負荷，安裝兩臺容量2200kW的燃氣內燃發(fā)電機、2臺制冷量為5800kW的溴化鋰制冷機、4臺地源熱泵(制冷、冰、熱)、1臺直燃機、兩臺燃氣鍋爐(共3000kW)，再加上一些輔助設備，總計設備投資約6300萬元，再加上建筑成本600萬元、安裝費用1500萬元，其它費用900萬元，總計投資共約1億元。其收入主要來自賣冷、熱、電，對其收益率影響最大的是冷、熱價格與天燃氣價格。一般情況下，可以做到總投資收益率7%以上，靜態(tài)投資回收期10年左右。另外，政府補貼也是項目的一個重要收入來源。就運營成本而言，天然氣費用可占三分之二左右。

就所了解到的情況看，影響后期天燃氣分布式能源站運行經濟性的最重要因素還是冷熱電負荷及其匹配情況。項目可研階段，負荷預測準確，建成后運行狀態(tài)一般不錯，不少項目長期處于停運狀態(tài)或虧本運行，其最最重要的原因就是預測負荷與實際負荷相差太大，當然這其中的原因是多方面的，除了可研水平低外，還有政府違約等不可控制因素。

3 基建、調試與運維

基于天然氣的分布式能源站建設與常規(guī)發(fā)電站有相似之處，許多地方可以借鑒。不同之處主要有以下幾個方面，一是此類項目政策性較強，通常涉及到巨額的政府補貼，對相關政策的細致深入的了解，有利于自身利益最大化;二是此類項目一般緊靠市區(qū)，有時甚至就在居民區(qū)，安全、消防、市政等要求較高;三是需要就并網問題與電力部門進行細致的溝通，從目前情況看，多數此類項目采用“并網上網”的模式，而對于能源站來說，采用“余電上網”模式才能使利益最大化;四是多數情況下要與用戶同步建設，建設規(guī)模與用戶的發(fā)展相適應，為此要與用戶、政府各方進行不斷溝通。

與常規(guī)電站一樣，調試工作很重要，但分布式能源站的調試相對簡單，尤其是機務專業(yè)的調試，工作量不是很大，多數工程都沒有專門的調試單位，而是由業(yè)方或運維方與設備廠家一起完成的設備的調試工作。但無論誰來做這樣工作，基于燃氣的分布式能源站的調試一般還是分為分部試運、整套啟動試驗、試生產三個階段。需要調試的設備或系統(tǒng)主要有：閥門、水泵、給排水系統(tǒng)、消除系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷溫水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、內燃機缸套水系統(tǒng)、化水系統(tǒng)、鍋爐、發(fā)電機、電空調、柴油發(fā)電機等。

維護與檢修是基于燃氣內燃機的分布式電站一項重要工作，尤其是對長期處于重載運行的燃氣內燃機的維護十分重要，它的維護分日常維護與定期檢修。像家用小汽車一樣，日常維護包括火花塞檢查與更換、潤滑油及其過濾器更換等，一般每運行750小時、1500小時、3000小時、6000小時均要進行相應檢查。燃氣內燃機的檢修也分小修、中修與大修，檢修周期為：小修15000小時(約花費3-4%新機成本)，中修30000小時(約花費10-12%新機成本 )，大修60000小時(約花費25-30%新機成本)。

與燃氣輪機相比，燃氣內燃機的負荷適應性要差很多，比如它不能承受30%以上的負荷突變，再比如它的負荷由100%突降到50%時，頻率與電壓穩(wěn)定時間要20s左右。一般情況下，燃氣內燃機運行要求每步加載負荷不大于10%。當然，采用渦輪增壓技術可以增加機組的抗負荷突變能力，但也很難改變很多。燃氣內燃發(fā)電機在以下情況下會保護停運：過負荷(超額定負荷10%)、超速(超額定轉速2%)、潤滑油壓力低、水溫、水位故障、蓄電池故障(蓄電池用于自身勵磁)、功率方向故障、緊急停車故障等。

了解得知，燃氣內燃機運行可靠性不是很好，比如某能源站有5×4.4MW燃氣內燃機組，據說每年總計故障停運約20次，主要原因是火花塞等小故障。在單體設備不可靠的情況下，需要通過好的系統(tǒng)設計來彌補這個不足，要確保各設備在故障的情況下相互支援，而不使能源供應中斷。

國內基于燃氣的分布式能源站的維護一般外包。能源站的運行人員也不多，具體根據機組數量而定，一般地，供冷/熱面積25萬m2的能源站，采用1臺內燃機與溴化鋰制冷機、2到3臺電制冷，1到2臺燃氣鍋爐，運行人員一般為9人，分4班，1人備用;另設管理人員4名，主其中主管1人，機械、電氣工程師各1人。

4 可研與設計

如前所述，良好的可研，直接決定能源站投運后的經濟效益。其中負荷計算是其中重要一環(huán)。負荷包括冷、熱、電、蒸汽等，建筑行業(yè)有相應的計算依據，但計算結果往往偏差較大，精確的計算需要對用戶更為細致的調查，對于已存在的用戶，這種方法尚可以使用，對于未來的用戶，還是需要設計人員的經驗，并依賴相關方良好的契約精神。由于基于燃氣的分布式能源涉及到的能量轉換環(huán)節(jié)較多，設計時應力求工藝簡單，不求余熱全利用，抓大放小即可。

分布式能源站設計的一般流程是：資料收集，負荷分析，發(fā)電設備選型，余熱設備選型，調峰設備選型，輔助設備選型，系統(tǒng)綜合熱力計算，技術經濟分析，不同方案比較選優(yōu)，可借助于專業(yè)的軟件來完成上述工作。就發(fā)電容量選型方面，基于燃氣的分布式能源站一般采用“以電定熱”的方式，選型原則是：保證設備發(fā)電及余熱盡可能的長時間運行，一般步驟如下：

(1)根據用戶資料，計算電、冷、熱的設計負荷。(給出冷、熱、電的全年逐時變化圖，即以小時為計數單位，全年8760小時，繪制全年負荷逐時變化圖。)

(2)選發(fā)電設備。繪制電力負荷變化延時曲線(即知道保證某一負荷以上的小時數)。比如，保證全年滿負荷時數3500小時以上的最低負荷在4000kW左右。據此來選擇發(fā)電機組，比如上述數據可選擇兩臺發(fā)電容量為2000kW左右的內燃機組。

(3)選余熱設備。根據選定的內燃機，計算其可利用余熱(冷)量，一般按這一計算結果的2.5倍選擇制冷(熱)機組;必要時可采用補燃設備。

(4)選擇調峰設備。由設計的總負荷，減去上述設備負荷，選電空調、燃氣鍋爐與蓄能箱，也可以增加太陽能熱設備等。

(5)選附屬設備。一般按一對一原則選泵。

據了解，由于靠近市區(qū)或生活區(qū)，基于燃氣內燃機的分布式能源站噪聲防治工作也十分重要，在設計階段就要充分考慮。