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燃气分布式供能系统在医院的应用

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燃气分布式供能系统作为节能减排和天然气高效利用的一种有效手段已得到各行各业的关注,为了能够更加直观的去认识燃气分布式供能系统所产生的环境效益和经济效益,文章以上海某医院燃气分布式供能系统应用案例进行分析,通过相关实际运行数据来进一步提升燃气分布式供能系统的认知度。



优化一次能源的消费结构、提高能效、增加非化石能源和天然气的消费比重,是国家能源发展战略的实施方向,燃气分布式供能系统作为二十一世纪能源高效利用的一种方式,受到广泛关注。燃气分布式供能系统是指靠近终端用户现场,以天然气为一次能源进行发电,同时回收利用发电所产生的余热实现供冷和供热。通过使用燃气分布式供能系统,可以实现电力就地生产和就地消耗,与传统供能方式相比可以大大提高一次能源的利用效率。


1 医院概况


某医院是闵行地区一所集教学、科研、保健为一体的三级综合医院,一期建筑面积50056 m3,核定床位600张,平均日门诊量为3000人;二期工程拟扩充至1000张核定床位。医院作为一个特殊的社会公共场所,全年24h不间断运营,能耗高于其他公共建筑2~3倍,其主要能耗集中在电力、热水、空调制冷和采暖,同时医院能源需求具有以下几个特征:

(1)医院需要 24 h 提供热水,季节性变化小。

(2)全年冷热负荷变化显著,需求量大。

(3)医院电力和热水负荷具有一定的使用规律。

综合分析以上医院用能的一系列特征,再结合燃气分布式能源系统供能特征,该医院比较适合使用燃气分布式供能系统来提供电力和热能,其中,医院电力供应由两路独立的10kv电源供应。变电所内设有41600kVA的干式变压器;冷热供应由21.5t/h蒸汽锅炉,2台制冷量3490 kW溴化锂机组和1台制冷量3516 kW离心机组供应。

2 燃气分布式供能系统

2.1 系统概述


根据《分布式供能系统工程技术规程》(DG/TJ081152008)中“以热定电,热电平衡”原则,医院燃气分布式供能系统由2台天然气热电联产机组构成。热电联产机组所发电力分别接入两台变压器低压端;并采取并网不上网的形式与电网并联运行;通过安装在医院进线端的负荷跟踪装置来实时调节机组的输出功率。热电联产发电所产生的余热通过余热回收装置转换成高温热水,高温热水用于制取生活热水供日常生活使用,多余热水可用于溴化锂机组辅助制冷。

2.2 电力接入系统


燃气分布式供能系统电力接入点,宜选择在负荷稳定并且能够保证机组满功率运转的供电回路中,同时对接入回路不产生安全隐患,但需采取一定的保护措施,见图1

图1 燃气分布式供能系统电力接入示意


医院的2台机组输出电力分别接入医院T1T3变压器低压端,根据所接变压器下端负载发电机组自动投入运行和调整输出功率;当天祥站母线发生失电情况时发电机组立即停止运转;在天祥站与医院进线端分别安装了逆功率保护器,防止发电机发生倒送电而影响公共电网安全和人身安全。


2.3供热系统

2台机组发电时所产生的废热利用烟气热水锅炉产生高温热水,高温热水经分水缸进入医院各区域内生活热水制取系统。生活热水需求高于热电联产机组余热输出量时,不足部分由医院蒸汽制取生活热水;生活热水需求低于热电联产机组余热输出时,多余热量用于医院溴化锂机组实现辅助制冷与采暖。考虑到余热利用的经济性区别将优先用于制取生活热水,见图2

图2 燃气分布式供能系统热力系统示意


机组性能参数见表1

1 供热系统主要参数

技术指标

技术参数

额定功率/kW

232

热力输出/kW

369

总能量输入/kW

655

燃气进气压力/kPa

2~5

最高出水温度/

90

NOx/ mg·m-3(5%O2)

<250


3 项目运行状况


该医院燃气分布式供能系统采用能源合同管理方式运作,由上海申能能源服务公司对设备进行投资建设和运行管理,有效规避了医院的投资风险及运行管理风险,同时保证项目的工程质量和节能效果,项目于2015年年初正式投入运营。2015 年度和2016年度燃气分布式功能系统正常运作,运行数据(天然气消耗量、发电量和发热量)分别见图3、图4和图5

图3 分布式供能系统2015~2016年度天然气消耗量


图4 分布式供能系统2015~2016年度发电量

图5 分布式供能系统2015~2016年度发热量


根据上述燃气分布式供能系统运行数据,2015年和2016年总共发电量509.07kW·h,余热利用量8789.04 MW·h,医院通过这种电力自发自用的方式大大减少了市电的购买量,同时系统所产生的余热可用于医院日常生活热水,省去了传统锅炉制取生活热水。燃气分布式供能系统通过对能源的阶梯利用,最大限度地提高了能源利用效率。

4 项目效果分析

4.1 节能减排效益


在传统供能方式下,医院电力来自于电网,电网将电厂所发电力输送过来,而电厂通常设置在远离城市的地区,受供热范围的限制电厂的发电废热基本无法被使用,造成了低位热能的大量浪费。其次,我国的电力主要以火电为主,燃煤发电过程中产生了大量的有害物质,根据相关统计结果,目前我们每使用1kW·h 电力需要消耗400 g标准煤,排放0.997 kg CO28.03 g SO23.35 g烟尘,严重破坏了自然生态环境。

医院采用燃气分布式供能系统作为其能源供应的一部分,利用天然气进行发电,所发电力直接供给医院使用,不足部分再由市网进行补充,大幅减少了市电的供应量。天然气作为一种洁净环保的优质能源,几乎不含硫、粉尘和其他有害物质,燃烧时产生的CO2少于其他化石燃料,CO2产生的温室效应较低,大大降低了对自然环境的污染。

同时,由于医院特殊的用能特征,日常运营中需要大量的冷热能,传统供热模式采用燃气锅炉来满足供热需求。这种利用天然气来制取低位热能的方式,从能源利用角度考虑存在一定的“高能低用”现象,没有紧跟现阶段国家提出的天然气高效利用发展思路。燃气分布式供能系统通过将高品质的热能进行发电,低品质的热能用于制取生活热水和采暖,可以大幅减少医院锅炉用气量,最终达到节能减排的目的。

根据图3至图5燃气分布式供能系统运行数据分析,医院在获得同样的电力和热能比市网供电和燃气锅炉的传统供能方式相比,2015年节约标准煤479 t,减少 CO2排放1120 t2016年节约标准煤595t,减少二氧化碳排放1378t,无烟尘和SO2排放。


4.2系统经济效益

为了鼓励发展燃气分布供能系统,上海市建立了专门机构,制定了专项扶持办法,包括政策支持和优惠补贴。

上海燃气(集团)有限公司作为本市的燃气供应商,积极响应政府号召,针对燃气分布式供能系统实行2.7/m3 优惠气价,提高了燃气分布式供能系统的运行经济性。按燃气分布式供能系统运行数据中的年度天然气消耗量计算,该医院燃气分布式供能系统2015年节省能源费用218.58万元,2016年节省能源费用256.87 万元。

除了系统运行收益之外,燃气分布式供能系统的年运行时间和系统运行综合效率达到政府补贴所规定的要求,可一次性获得最高3 000/kW 的装机容量补贴(每个项目最高补贴不高于5 000万元),该医院项目运行情况符合补贴标准,最终获得了总共 169.2万元的设备投资和运行补贴。

5 结语


发展燃气分布式供能系统有助于缓解我国目前所面临的环境污染问题、能源利用率低、煤炭依存度高等问题,并且能够让清洁能源天然气发挥更高的价值。在冷、热、电需求量大、需求量稳定的医院中,通过合理配置燃气分布式供能系统可以大大降低自身的运营成本,同时有利于国家推进节能减排,加快能源清洁化、低碳化转型。

作者:朱惠 上海申能能源服务有限公司