天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案對比

Vol 23 No 4科技通報第23卷第4期july. 2007BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY2007年7月天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案對比曹望1,蘇磊2(1浙江海洋學(xué)院浙江舟山316004;2.南京工業(yè)大學(xué),南京210009摘要:針對南京某一居民小區,進(jìn)行了天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案設計,選取了3套熱力設備,并按實(shí)際冷熱需求和燃機最大能力兩種設計方法確定了設計指標,進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟性能的計算和分析,對比不同熱力設備的技術(shù)經(jīng)濟性能和各方案的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞:天然氣;熱電冷三聯(lián)供;技術(shù)經(jīng)濟性能中圖分類(lèi)號:TKo1文獻標識碼:A文章編號:1001-7119(2007)04-0514-05Comparison of Scheme on Cooperation of Heating and Powerand Cooling of Natural GasCAO Wang, SU Lei2(1. Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316004, China; 2. Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China)Abstract: The article advanced technology schemes on Cooperation of heating and power and cooling of Natural Gas inone residential area of nanjing, Schemes choose three different equipment unit, and fix on design index base on the ac-tual demand of cold and heat and most capability of gas turbine of two scheme, The article analysis on technical and e-conomic performance, Comparison of technical and economic performance on different equipment unit and differentKey words: natural gas; cooperation heating and power and cooling: technical and economic performance0引言是能滿(mǎn)足此要求的清潔燃料,同時(shí)還能提高天然氣在能源市場(chǎng)的競爭力,緩解電網(wǎng)峰時(shí)缺電的矛天然氣是一種高熱值,優(yōu)質(zhì)的環(huán)保燃料。隨盾。著(zhù)天然氣西氣東輸工程的完成,長(cháng)江中下游地區居民區使用天然氣熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統,是利使用上了天然氣。但由于天然氣價(jià)格較高,其合用天然氣同時(shí)向小區居民提供電能、熱能和冷能理綜合利用技術(shù)成為當前重要的研究課題。的聯(lián)供系統;發(fā)電提高了天然氣的使用品質(zhì),余以清潔能源為燃料的分布式供能系統,在合熱供熱和供冷提高了能源的利用率是一種極有理匹配冷熱電聯(lián)供時(shí),可以有效實(shí)現能源的梯級前景中國煤化工利用,能源綜合利用率高達75%以上叫天然氣正CNMHG米的住宅小區進(jìn)收稿日期:200601-20作者簡(jiǎn)介:曹望(1968-),男,講師碩士;從事管理工程和工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟研究。E-mil:obo938@yahoo.com.cn第4期曹望等天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案對比515行天然氣熱電冷三聯(lián)供系統的方案設計,通過(guò)各機組所需余熱選取匹配的燃氣輪機;或以熱負荷種方案的技術(shù)經(jīng)濟性能對比,得出不同熱力設備確定小燃機型號,制冷時(shí)不足余熱可通過(guò)制冷機在技術(shù)經(jīng)濟性能上的差異和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。的補燃設備來(lái)補充。本項目采用3套熱力設備組合。第一種為小1熱電冷三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)方案燃機加大制冷機組型,第二種為燃機與制冷機組匹配型,第三種為燃機、余熱鍋爐、背壓蒸汽機加1.1熱動(dòng)力設備的確定制冷機組的聯(lián)合發(fā)電熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統,此系統可根據住宅建筑設計規范(JG96-86)和南京用于小熱負荷時(shí)增加發(fā)電分額來(lái)提高設備利用地區氣候條件,冬季采暖期為7d,夏季制冷期程度和能源利用率的情況。為90d,春秋季非采暖制冷期為196d,每天按20套熱動(dòng)力設備的組成、型號和性能如表2h滿(mǎn)負荷運行,冬季采暖期合計1540h,夏季制12設計方案的確定冷期1540h,春秋季過(guò)渡期為3960h,年設備運本項目考慮兩種設計方法,第一種:根據小行7300h。區實(shí)際冷熱負荷的需求和設備使用的最低程度表1為南京地區住宅采暖制冷和用電負荷來(lái)確定實(shí)際電量第二種保證燃氣輪機滿(mǎn)負荷指標。運行,余熱全部用于供暖、制冷和生活用水岡表1南京地區熱電冷負荷指標實(shí)際冷熱負荷的確定,是根據冬夏季氣溫的Table 1 Load of heat and cool power in nanjing area變化,取項目最大冷熱負荷的733%為設計負負荷電荷,春秋季熱負荷以小燃機提供的熱負荷確定。冷負荷指標(W/m2)因此,設備1的燃機全年都可滿(mǎn)負荷運行,但冬項目負荷(kW)56003200-40005600~7200夏季需要補燃;而設備2和3不需補燃,但燃機在冬季和春秋季不能滿(mǎn)負荷運行系統采用兩種組合方式,一種為:燃氣輪機+按設備最大能力設計時(shí):三套設備中燃機都余熱直燃溴化鋰制冷機組組成,另一種為:燃氣是滿(mǎn)負荷運行,但設備1在冬夏季需要補燃,補輪機+余熱鍋爐+蒸汽輪機+余熱直燃溴化鋰制燃量較按實(shí)際冷熱需求設計時(shí)大較多。具體負荷冷機組組成。情況如表3:系統采用以熱(冷)定電的原則。首先選取數據顯示:按設備最大能力設計的冷熱負荷制冷機,因項目的冷負荷比熱負荷大許多,故以分別是按實(shí)際需求設計的123和178倍,分別最大冷負荷值確定制冷機組的型號,再根據制冷多232kW和2284kW。按實(shí)際需求設計時(shí),三套表23套熱動(dòng)力設備的電力、制冷與供熱對比表Table 2 Comparison of heating and power and cooling of three power equipment設備1備2設備土星20系統人馬座40系統人馬座40系統燃氣輪機型號額定發(fā)電功率(kW)1181配套余熱鍋爐機組75h低壓余熱鍋爐供應蒸汽參數1Mpa,300℃過(guò)熱蒸汽配套蒸汽輪機機組配套訂制的汽輪機組額定發(fā)電功率(kW中國煤化工應用熱水供熱量(kW)88(春秋季)配套余熱制冷機組BHRs600ⅥC N MH GHRS應用制冷量(kW)65126512應用供暖量(kW)61396139設備造價(jià)(/萬(wàn)元)20722372516科技通報第23卷設備冷熱負荷相同但發(fā)電出力有差異。而按設2綜合分析備最大能力設計時(shí),三套設備在冬夏季冷熱負荷相同,發(fā)電出力各為燃機的最大發(fā)電出力;春秋2.1技術(shù)性能分析季熱負荷是以燃機滿(mǎn)負荷運行所提供的余熱確技術(shù)性能分析能反映不同設備組合在技術(shù)性能上的指標差異。上表中,電價(jià)為065元/kWh,熱價(jià)為029表5針對5項技術(shù)性能指標進(jìn)行對比分析元/kWh,冷價(jià)為02元kWh;天然氣熱值35170上表數據顯示:所有方案的一次能源利用率kJ/m,價(jià)格按南京地區天然氣工業(yè)使用價(jià)2元/都達到71%以上,其中,設備1的電分額較小,能m;其他費用包括設備運行費用、折舊費用和設源利用率和單位燃氣產(chǎn)能率均較高,但年產(chǎn)能和備造價(jià)。其中運行費為004元kWh,設備使用年單位能凈收益率低一些。設備3的電分額最大限為20年,折舊率90%,每年按等值折舊。能源利用率和產(chǎn)能率稍低,但年產(chǎn)能和單位能凈數據顯示:按設備最大能力設計的3套方案收益率最高。而設備2的性能居中。因此從節能的年凈收益遠大于按實(shí)際冷熱需求設計的3套角度,小燃機大制冷機組更節約燃料,但經(jīng)濟效方案但按設備最大能力設計時(shí)要求對超過(guò)需益有所下降。而燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電冷聯(lián)供求的冷熱量找到熱用戶(hù)銷(xiāo)售。系統,電分額最大,單位能凈收益最好,但節能率稍低一些燃機和制冷機匹配性的熱力機組性能接近聯(lián)合循環(huán)型,指標居中。衰3兩種設計方法的熱電冷設計負荷對比表單位:kWTable 3 Comparison of Load of heat and cool power of two scheme (W熱電冷設計負荷熱動(dòng)力設備方案制冷期供暖期春秋季電熱熱按實(shí)際冷設備1方案l1811181181熱需求528024752933方案32475按設備最設備1案18I248大能力設備2方案5651252175217設計設備3方案6341834184288表4運行指標對比表Table 4 Comparison of index at work按實(shí)際冷熱需求按設備最大能力方案1方案2方案3方案4方案5方案6年發(fā)電量/萬(wàn)kWh1338年采暖熱量歷kWh年熱水熱量/萬(wàn)kWh年制冷量/萬(wàn)kWh9511171l171年天然氣耗量/10m3中國煤化工年熱電冷收益/萬(wàn)元114011822820年天然氣費用萬(wàn)元CNMHG年運行費用/萬(wàn)元34.553.5年折舊費用/萬(wàn)元106.7594932106.7年凈收益萬(wàn)元210261731第4期曹望等天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案對比5175技術(shù)性能對比衰Table 5 Comparison of technical performance設備方案年產(chǎn)能電份額產(chǎn)能率次能源單位能凈收益率/10KWh/KWhM氣利用率/%元KWh設備1方案127.37.55按實(shí)際冷熱需求設備2方案2322328.87280052設備3方案30079,分設備方案4m=------3734819按設備最大能力設備2方案5設備3方案6653571.60.1122.2經(jīng)濟性能分析K一初始投資,萬(wàn)元;經(jīng)濟性能分析是方案選取的又一重要依據,M一年凈收益,萬(wàn)元;而經(jīng)濟評價(jià)方法很多,這里選取靜態(tài)投資回收i一基準社會(huì )折現率取12%;期,動(dòng)態(tài)投資回收期,凈現值、凈現值率和內部收n一設備使用年限,取20年;益率5個(gè)指標進(jìn)行對比分析。5個(gè)評價(jià)指標的特NPV一凈現值,萬(wàn)元點(diǎn)如下。NVR一凈現值率,%。靜態(tài)投資回收期是不考慮時(shí)間價(jià)值的,而動(dòng)6種方案的經(jīng)濟性能對比見(jiàn)表6態(tài)投資回收期考慮了項目實(shí)際運行中收人支出按熱動(dòng)力設備的基準投資回收期3~7年,能的時(shí)間價(jià)值;凈現值反映項目在建設期和使用壽源工程投資的基準社會(huì )折現率12%為對比指標命期內獲利的綜合能力,而凈現值率反映單位投設備最大能力設計的3個(gè)方案,其經(jīng)濟性能遠優(yōu)資所能帶來(lái)的凈現值;內部收益率是指項目在整于實(shí)際冷熱需求設計的3個(gè)方案。其中按投資回個(gè)計算期內各年凈現金流量累計等于零時(shí)的折收期分析,方案5和方案6可取;按凈現值凈現現率,內部收益率反映了工程項目對投資支出的值率和內部收益率分析,方案145和6均可恢復能力,其值越高,方案經(jīng)濟性能越好。取,方案6最優(yōu),方案1最差,中間依次是方案55種評價(jià)指標的計算方法如下和方案4靜態(tài)投資回收期TP:T=KM綜上所述,從技術(shù)性能分析,6個(gè)方案的一動(dòng)態(tài)投資回收期T:P=g1+K.M次能源利用率均可達到71%-82%之間,節能性比單產(chǎn)好許多。其中小燃機大制冷機組的節能效凈現值和凈現值率果較其它兩種要好,而燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組NPV=M (1+ior-l-K NPVR單位能凈收益最好,燃機制冷機匹配型居中。從(1+)y經(jīng)濟性能分析,由于設備造價(jià)較高,若設備利用內部收益率:∑M1+RR)0程度下降,則經(jīng)濟性能也下降,并無(wú)法在基準投資回收期內收回投資,其中,小燃機大制冷機組其中:褒6經(jīng)濟性能對比衰Table 6 Comparison of economic performance按實(shí)際冷熱需求按設備最大能力項目方案1方案2方案3中國煤化工方案靜態(tài)投資回收期/年動(dòng)態(tài)投資回收期/年1236CNMHG3.24472凈現值萬(wàn)元-8323088凈現值率/%18940226111302內部收益率%14.910419.30.1302一科技通報第23卷相對較好;而設備在最大能力運行的方案4方3)經(jīng)濟性能對比顯示,熱力設備在最大程度案5和方案6,經(jīng)濟性能都較好,其中燃氣-蒸汽使用時(shí),其經(jīng)濟性能最好,而按實(shí)際冷熱需求設聯(lián)合型最好,匹配型次之,小燃機大制冷機組最計時(shí),經(jīng)濟性能較差;所以最大程度使用熱力設差;但要求對過(guò)剩的冷熱量必須銷(xiāo)售給其它熱用備是提高經(jīng)濟效益的重要途徑。其次,當設備使戶(hù)用程度下降時(shí),提高能源利用率是提高經(jīng)濟效益的方法。3結論參考文獻1)本文進(jìn)行了8萬(wàn)平方米居民小區熱電冷[1]揚錦德.發(fā)展燃氣分布式供能[門(mén)上海電力,2005(l)聯(lián)產(chǎn)技術(shù)方案設計,確定了三套熱動(dòng)力機組,分19-22[2]汪海貴,朱辰元薛飛,等天然氣斯特林發(fā)動(dòng)機的三別根據實(shí)際冷熱負荷和熱設備最大能力負荷設聯(lián)產(chǎn)能源利用率和經(jīng)濟可行性門(mén)能源技術(shù)200425計了6個(gè)方案。并進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟性能對比。(4):157-1602)所有方案的一次能源利用率都在71%以[3]龔希武李艷紅張利詳等小型天然氣分布式供能系上,節能效果遠高于單產(chǎn)方案。其中小燃機大制統的優(yōu)化配置和評估[J]天然氣工業(yè)2005(1123-冷機組節能性最好,而電分額最高的燃氣-蒸汽循環(huán)發(fā)電系統,因電價(jià)較熱價(jià)和冷價(jià)高許多,使(4顧念祖,劉準琴能源經(jīng)濟與管理M北京中國電力出版社,1999其單位能凈收益最高。(上接第513頁(yè))境。其中土壤中的重金屬元素含量較低環(huán)境質(zhì)8]張憲政作物生理研究法M]北京:農業(yè)出版社,1992量較好的地段。[9]蔣高明何維明.毛烏素沙地若干植物光合作用蒸騰作用和水分利用效率種間及生境間差異植物學(xué)報,19941(10:1114-1124參考文獻:[10]奚旦立.環(huán)境監測[M]北京:高等教育出版社,1997,[1]林泉.浙江植物志(第七卷)M]杭州浙江科技出版65-90.社,1986,39[1林植芳李雙順林桂珠.葉片的氣孔分布與光合途[2]傅志軍.陜南化龍山珍稀瀕危植物的保護與利用徑門(mén)植物學(xué)報,1996,284)387-395.長(cháng)江流域資源與環(huán)境,1999:8144-49[2]楊學(xué)榮.植物生理學(xué)M北京:人民教育出版社,[3]薛達元.蘇浙皖地區珍稀瀕危植物分級指標研究門(mén)中國環(huán)境科學(xué),1991,113:161-166[3]潘瑞枳董愚得.植物生理學(xué)M]北京:高等教育出[4]胡天印,錢(qián)麗華,張宏偉瀕危植物延齡草種群空間分版社,1984,112-1布格局的研究金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2005,5(4)14]白偉嵐,任建武,高永偉,等.園林植物的耐蔭性研究87-89門(mén)林業(yè)科技通訊,1992:12-15[5]胡天印,錢(qián)麗華,劉漢卿瀕危植物延齡草愈傷組織誘[15]曹儀植宋占午植物生理學(xué)M蘭州:蘭州大學(xué)出導研充浙江師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),200,29(3):326-329版社,1998,146-147[6]李正理,植物組織制片學(xué)[M]北京:北京大學(xué)出版社[16中國煤化工解圍北京:中國環(huán)境1996,130-139CNMHG[7]呂洪飛紫竹梅吊竹梅和鴨跖草氣孔分布與比較U植物學(xué)通報,20017(4):375-380