摘 要：通过对分布式能源不同联供系统的具体配置和组成形式进行研究，将冷热电分布式能源系统划分为大、中、小三个等级。并给出了10种典型的分布式能源装机方案。

关键词：分布式能源；装机方案；微型燃气轮机；燃气内燃机；燃气轮机

前言

天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。

1 分布式能源的基本原理

天然气分布式能源是一种建立在能的梯级利用概念基础上，将制冷、供热及发电过程一体化的多联产总能系统。天然气在动力系统中燃烧做功发电；动力系统排出的废热用于制冷或供热，从而形成冷热电三联供。由于实现了能量的梯级利用，能源利用率明显提高。能源站机房可以建在终端用户附近，节能效果明显。

2 分布式能源系统配置

天然气分布式能源系统种类繁多，相应的分类方法也很多。按照系统规模分类可分为楼宇分布式能源系统和区域分布式能源系统。

按照动力系统类型分类，有微型燃气轮机冷热电分布式能源系统、燃气内燃机冷热电分布式能源系统、燃气轮机冷热电分布式能源系统、燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统。

2.1 微型燃气轮机冷热电联供分布式能源系统

微型燃气轮机具有自动调峰、调频功能，可根据楼宇对热、电、冷、热水的需求自动进行负荷调节，无须专人职守。低压电力通过微燃机厂家配套的双模控制器接入楼内自用电力系统，不足电力从公用电网输入。燃气轮机排出的高温余热烟气直接排入余热吸收式溴化锂机组，产生7℃冷水供建筑物制冷，或产生65℃热水用于采暧；同时利用溴化锂机组烟气中的低品位余热产生70℃生活热水，或进一步通过低温吸附式制冷机制冷。

2.2 燃气内燃机冷热电联供分布式能源系统

2.2.1 概述

燃气内燃机的额定功率通常为5～10000kW。相对于燃气轮机，内燃机组的发电效率较高，内燃机联供系统的电输出比例较高，冷电比（或热电比）通常为1.0～1.5。由于双效吸收式制冷系统对驱动热源温度的要求比直接供热高，故内燃机系统侧重于供热。

燃气内燃机发电机组最突出的优点是发电效率比较高，其次是设备集成度高，安装快捷，基本不需要水。设备的单位造价也比较低。燃气内燃机分布式联供系统由于燃气进气系统压力较低（如0.35MPa），广泛应用于楼宇分布式能源系统，单台燃气内燃机组的供热、供冷面积不超过3万m3。

2.2.2 系统配置

对于燃气内燃机，燃料热量的约1/3用来做功发电，约1/3通过烟气散热，还有约1/3通过缸套水、中冷水及辐射热散失。因此对烟气和缸套水、中冷水进行余热回收利用，系统综合能源效率可达80%～90%。

2.3 燃气轮机冷热电联供分布式能源系统

2.3.1 概述

燃气轮机的功率从几千kW到上百万MW，不过由于建筑用户所需的温度通常与环境温度比较接近，远距离传输相当困难。因此，主要是小型燃气轮机冷热电联供系统，功率范围从5000kW～50MW。由于燃气轮机的天然气接入压力较高，不适合布置在民用建筑物内。

燃气轮机冷热电联供系统主要适合于区域供冷、集中供热相结合的地区。总规模在10MW～100MW。特点是用户类型多、时间错开、负荷需求互补，利用实现能源梯级利用。

2.3.2 系统配置

燃气轮机冷热电联供系统主要包括燃气轮机及其发电机、余热锅炉、热网首站、蒸汽型溴化锂机组等设备。该系统利用先进的燃气轮机发电，燃气轮机的排气口排出的高温烟气进入余热锅炉。采暖季，余热锅炉产生蒸汽进入热网首站中加热热网循环水，对外供热；制冷季，余热锅炉产生蒸汽进入制冷站中的蒸汽型溴化锂吸收式制冷机对外供冷水。

2.4 燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统

2.4.1 概述

燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统主要适合于工厂及小型制造业集中的工业园区等。电、热、汽需求比例稳定且规模大，联供的经济效好。

2.4.2 系统配置

燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统包括燃气轮机及其发电机、余热锅炉、蒸汽轮机及其发电机等设备。

图1给出了燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统的工作原理。天然气进入燃气轮机1，燃烧做功带动发电机2发电，产生的500℃左右烟气进入余热锅炉3，加热水使之变为高压蒸汽，高压蒸汽进入抽凝式蒸汽轮机5做功带动汽轮发电机6发电，做功后的一部分蒸汽被抽出冬季供热或夏季用于蒸汽吸收式制冷，或用作工业供汽。汽轮机排汽进入凝汽器7，冷却后经凝结水泵8打回锅炉。

3 分布式能源项目典型装机方案

天然气分布式能源系统的原动机主要以微燃机、燃气内燃机及燃气轮机为主。分布式能源站原动机选型时，其规模应按满足基本冷负荷的要求进行匹配，这样既可适当减小发电机组的配置容量，降低设备投资费用，又可提高发电机组的满负荷运传率，保证系统运行的经济性。峰值冷（热）负荷通过配置其他供冷（热）设备（如燃气直燃机、补燃型溴化锂吸收式制冷机、电制冷机组等）进行调节，不足电力从电网购电补充。

根据原动机的种类及装机规模，以下给出大、中、小三个等级典型的分布式能源装机方案。

3.1 小规模配置方案

方案1到方案4中给出了典型的楼宇式分布式能源系统的装机方案（供热面积10万m2以内），其中原动机为微燃机和燃气内燃机，该类型主要应用于单栋楼宇、建筑群，如医院、酒店、商厦、大学、机关等，发电装机规模较小。特点是电、冷、热的需求在一段时间内较为单一，运行时间规律单一。

3.2 中规模配置方案

方案5到方案8中给出了典型的区域分布式能源系统的装机方案（供热面积10-110万m2），原动机为燃气轮机，由于燃气轮机的天然气接入压力较高，适合于区域供冷、集中供热相结合的开发区等，规模在10MW～50MW。特点是用户类型多、时间错开、负荷需求互补，利用实现能源梯级利用，运行效率高；节省土地。

3.3 大规模配置方案

方案9-10中给出了典型的区域式分布式能源系统的装机方案（供热面积70-90万m2），其中原动机为燃气轮机及汽轮机，这种系统主要适合于过程工业及工业园区等工厂及小型制造业集中的工业园区。

4 结束语

文章在对比研究了微型燃气轮机、燃气内燃机、燃气轮机等不同燃气发电装置的分类及性能的基础上，对不同联供系统的具体配置和组成形式进行研究，将冷热电分布式能源系统划分为大、中、小三个等级，并给出了10种典型的分布式能源装机方案。这对天然气分布式能源项目的可行性研究装机方案论证具有一定的指导意义。

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作者简介：蔺雪莉（1964-），女，籍贯：陕西省西安市，1987年毕业于西安交通大学能源与动力工程系，学历：本科，职称：高级工程师，中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，研究方向：从事电厂热能动力研究工作，近几年主要从事蒸汽轮机、燃气轮机、分布式能源等新能源领域的研究设计。