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作者：马平 潘军松 单位：申能（集团）有限公司 上海申能能源服务有限公司
试运行期间系统效率的估算
申能能源中心的供冷负荷由常规电制冷机、冰蓄冷、分布式供能系统同时提供，并通过合理制定运行策略，在满足舒适性的前提下达到节能、降本的效果。夏季的供冷通常先开启分布式供能系统，一旦供冷量不足就开启冰蓄冷，如果供冷量还不满足要求就开启电制冷机。申能能源中心分布式供能系统试运行期间的主要数据见表1。表1中的1月份仅进行发电机的可靠性测试，空调机组并未投入，因此1月份空调机组设备的产热（冷）量采用了额定工况下的制热量。由于气温对微型燃气轮机机组发电功率影响很大，气温低燃机的效率高，这种变化对整个系统的效率会产生一定的影响，而且一年中的不同季节负荷分配的要求不同，也可能影响到效率。因此，系统的效率应当分季节来分析，为此把全年分为冬季供暖期、春秋过渡期和夏季供冷期，系统效率将根据相应的试运行数据估算。1）冬季供暖期冬季天气温度低，机组发电效率高。以1月份的17日至18日运行数据作为代表，系统中发电机组的平均发电功率为197．58kW，供热机组的产热功率平均为268．00kW，即系统输出的功率平均为465．58kW，可以折算成1676．20MJ／h。系统中的微燃机组天然气平均耗量65．17m3／h，由于冬季空调机组不需要补燃天然气，因此系统消耗的天然气总耗量平均值为65．17m3／h；天然气热值取35．6MJ／m3，系统能源输入的功率可折算为平均2320．10MJ／h。根据机组输出和输入的功率比，可以得到冬季供暖期1月份的机组效率为72．28％。2）春秋过渡期春秋过渡期的效率估算采用5月25日至6月3日的试运行数据，系统的发电机组输出功率平均为155．23kW，供热机组输出功率平均为260．27kW，因此系统的输出功率平均为415．50kW，折合为1495．80MJ／h。系统中的微燃机组天然气平均耗量为51．82m3／h，空调机组补燃天然气平均耗量为7．64m3／h，系统的天然气消耗平均为59．46m3／h，折算后系统的能源输入功率平均为2116．78MJ／h。由此可得，春秋过渡期系统的效率为70．7％。3）夏季供冷期夏季供冷期大楼负荷需求量大，其中大部分冷负荷要由溴化锂空调机组提供，机组处于高负荷区内运行。该时期的效率估算采用7月7日至8月3日试运行数据，发电机组的输出功率平均为162．03kW，制冷机组的冷量输出功率平均为270．6kW，因此系统的能源输出功率平均为432．63kW，折合为1557．47MJ／h。微燃机天然气耗量平均为58．83m3／h，空调机组补燃天然气耗量平均为3．33m3／h，即系统消耗天然气总量平均为62．16m3／h，系统的能源输入功率平均为2213MJ／h。由此可得，夏季供冷期系统效率为70．42％。9月份气温已经有所回落，因此只需启动分布式供能系统，不需要再用冰蓄冷或者电制冷机就可以满足大楼冷负荷需求。9月19日系统发电机组的平均输出功率为168．00kW，制冷机组输出的冷量功率平均为335．83kW，即系统的输出功率平均为503．83kW。系统中的微燃机组发电消耗的天然气平均为59m3／h，空调机组补燃消耗的天然气平均为9m3／h，系统的天然气耗量平均为68m3／h，由此可得系统输出功率为2421MJ／h，9月份系统平均效率可达74．96％。系统效率的提高与冷水流量增大，余热利用的增加有关。可以看到，由于只启动分布式供能系统，不再用冰蓄冷或者电制冷机，9月份系统输出冷量为335．83kW，远远高于8月份的270．6kW。根据不同季节的运行数据估算结果，系统全年的效率为72％左右。当然，这样的估算没有扣除能源中心的自用电部分，因此是高估的。例如夏季供冷时，风机、冷却水泵的耗电增加；扣除自用电后，系统效率会明显下降。一般来说冬季供暖期冷却塔停运自用电下降，气温低燃机的发电效率提高，因此系统效率总是高于夏季。
经济收益
分布式供能的收益与设备投入运行的时间有关，但是根据并网不上网的原则，申能能源中心的三联供系统只能在大楼办公时运行，通常为每天的8：00～17：00，共9h。系统的收益包括发电和供热（冷）两部分。发电增益是指与电网供电相比，项目的运行可以减少的用电成本。由于电网用电根据峰谷期定价，8：00～17：00时段冬季的市电平均价为0．865元／kWh，夏季为1．00元／kWh。供热（冷）增益指冬季利用余热后可以减少燃气锅炉耗气的支出量，或者夏季减少基载制冷机组用电的支出。冬季采暖期和夏季制冷期燃气的效率不同，单位天然气的发电量和发电成本也不同。表2是根据2011年1月17日14：00至9月19日13：00运行数据计算的采暖期和制冷期系统燃气发电机组的投入和产出，可以看到采暖期和制冷期每1m3的天然气所发电量分别为3．048kWh和2．946kWh。上海市政府为了鼓励燃气三联供的应用，给予三联供项目的天然气优惠价格为2．43元／m3，因此采暖期和制冷期发电成本分别为0．797元／kWh和0．825元／kWh。1）冬季采暖期采暖期系统的发电机组输出功率平均195kW，运行时间9h可以发电1755kWh，发电成本0．797元／kWh（表2），可以得到全天发电成本为1398元；市电平均价格0．865元／kWh，采用市电每天应支出电费1518元。因此项目的运行每天可以减少发电开支120元。冬季采暖，能源中心大楼采用2t／h燃气锅炉，锅炉的额定产热功率1400kW；额定天然气耗量155m3／h，因此单位燃气量的平均制热量为9．0kWh／m3。两台烟气补燃型冷、温水机组冬季每台产出的热量平均150kW，两台共计300kW，因此每1h可以减少锅炉的天然气消耗量33．3m3，一天运行9h，共耗天然气300m3，用于锅炉的天然气价格为3．99元／m3，因此每天可以减少1197元，加上发电收益120元，冬季采暖期每天的收益为1317元。2）夏季制冷期夏季制冷期平均发电量为165kW，发电成本为0．825元／kWh；夏季市电平均单价为1．00元／kWh；每天运行9h，通过计算可以得到每天可以减少用电成本约260元。夏季，能源中心大楼采用基载制冷机组制冷，机组的额定制冷量为553kW；额定输入功率为120kW，机组制冷的COP为4．6，即每耗1kWh电产生的制冷量为4．60kWh。夏季两台烟气补燃型冷、温水机组每台的供热功率平均140kW，两台共计280kW，如果也按COP为4．6计算，可以减少基载制冷机组用电61kW，每天运行9h，节电549kWh。夏季市电平均单价为1．00元／kWh，可以减少电费支出约549元；加上发电收益260元，夏季制冷期系统运行每天的收益约为809元。#p#分页标题#e#
运行方案的优化
申能能源中心大楼分布式供能系统已经试运行一年，运行结果表明系统运行稳定，发电成本低于市电。为了进一步优化系统运行，结合市电峰谷价格，系统开启时间改为市电峰值期（8：00－15：00），每天发电量约1600kWh，试运行至2011年底，累计发电量121870kWh，单日平均发电量（以12月份为例）1770kWh，累计供冷量为55235kWh，累计供热为906030kWh。当季节性用电高峰时，能源中心大楼所申请变压器（微燃机组并网于1号变压器低压400V侧）基本用电负荷可能还会有缺口，这部分缺口可以由微燃机组功率输出来填补，因此可以申请减少基本用电量降低用电成本，避免MD超标遇罚。今后要充分利用三联供发电优点结合契约数的合理运用，在夏季用电高峰时满负荷运行三联供系统的基础上，降低用电契约数预估申请，从而达到节约契约电费并开启三联供溴化锂机组来补充供冷。
结语
申能能源中心大楼分布式供能系统试运行结果表明，由于实现了能源的梯级利用，天然气的利用效率比较高，发电用的燃料成本低于市电，余热的充分利用也带来了可观的经济效益，但是项目总体的经济效益并不理想。上海目前正处在经济发展转型中，有必要优化能源结构提高天然气的消费比例，因此政府非常重视天然气分布式供能的应用和推广，并成功地建成了一批天然气三联供示范项目，但是其中许多项目存在经济效益不高的问题。经济效益不高的主要原因，除了目前燃机设备依靠进口价格很贵维修成本高以外，机组的运行安排不能充分发挥三联供的潜力也是原因之一。因此，除了加紧做好燃气机组等设备的国产化，降低三联供项目的建设成本外，政府还应当借鉴发达国家推广分布式供能应用的成功经验，采取各种政策或者措施创造分布式供能项目盈利的环境和必要条件，特别是加紧智能电网建设，让我国的分布式发电也能像发达国家那样真正成为大电网的互补系统，提高我国的供电系统的能源效率和可靠性。
