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1、天然气分布式能源系统对燃气供应企业的影响摘要:分析了天然气分布式能源系统的特点及发展现状。以西安铁路北客站分布式能源站项目为例,分析了该系统对燃气供应企业的影响。关键词:分布式能源系统;天然气冷热电联供;城市能源供应1概述天然气分布式能源系统(Distributed Energy Sys-tem,DES),是相对于传统集中式供电、供热方式而言的。它以天然气为燃料,利用小型燃气轮机等原动机产生电力,回收余热用于冬季供暖,在夏季可将余热用于吸收式制冷机供冷,同时还可提供生活热水,满足区域能源需求。天然气 DES 的主要优点体现为节能、环保及安全性能高。首先,由于实现了能源梯级利用,综合利用率可达
2、70%90%,而传统的能源系统利用率只有 45%左右;其次,DES 的核心装置通常为微型燃气轮机1,机组用天然气属清洁能源2,对环境负面影响很小;最后,DES 既可独立于大电网运行,也可并网运行,因此既可作为主用电源,也可作为后备电源,大大提高了用电的稳定与安全性,可有效避免因用电紧张或事故断电给用户带来的意外损失。2天然气 DES 发展现状天然气 DES 在国外发展十分迅速,已形成了一定的产业规模。2004 年,欧洲天然气 DES 的装机容量占总装机容量的 5%,到 2010 年底,这一比例已提高到 15%左右,仍在不断地提高中。丹麦和荷兰的 DES 发电量分别占全国电力消耗的 60%和40
3、%。截至 2003 年,日本全国 DES 项目共计 2 915个,总装机容量为 1 429 MW,其中 52 8%以天然气为燃料。美国从 1978 年开始提倡发展小型热电联产3,截至 2000 年,美国商业及公共建筑中的 DES能源站为 980 座,总装机容量为 490 104kW,工业用 DES 能源站 1 016 座,总装机容量为 4 550 104kW。2010 年 DES 装机容量达 9 200 104kW,占全美国发电量的 14%。20102020 年,计划再新增9 500 104kW,占全美国发电装机容量的 29%。近几年来,DES 在国内发展很快,尤其在上海、北京及广州等地。为了
4、推广 DES,近年来国家和地方政府出台了许多相关政策鼓励其发展4。在国家层面,主要出台了 3 项政策。一是于2007 年 11 月 1 日颁布的中华人民共和国节约能源法,明确鼓励在国内发展 DES 技术;二是国家发展和改革委员会 2006 年 7 月 15 日发布的“发改环资 2006 1457 号”文件十一五十大重点节能工程实施意见,明确提出在国内建设 DES;三是国家发展和改革委员会 2007 年 9 月发布的“发改能源 2007 2155 号”文件天然气利用政策,明确将DES 列入第一类优先发展类。各地政府也出台了激励 DES 推广的相关政策,如上海市颁布的“沪府办发 2008 48 号
5、”文件分布式供能系统扶持办法,明确分布式供能项目可享受 1 000 元/kW 的补贴。在其他城市,对分布式供能项目在土地和天然气价格方面也颁布了一些优惠政策。世界经济的快速发展和激烈竞争使得能源消耗增长加快5,由此带来的环境问题也日趋严重。为了加快 DES 技术的推广应用,国家计划出台相应的产业政策:分布式发电管理办法 将对分布式电站的容量及并网电价等事项作出具体规定,同时进一步规范电站运行管理,该管理办法的颁布实施将极大促进 DES 的快速发展;国家十二五末期天然气发电要达到 6 000 104kW,而 2010 年天然气发电装机容量为 2 800 104kW。3西安铁路北客站 DES 站工
6、程分析3 1项目概况西安铁路北客站是目前我国规模第一、亚洲最大的客站,站房总建筑面积为33 8 104m2,于2011年 1 月开通运营。北客站的能源供给采用两种方式,站房采用传统的能源供给方式,能源供给已解决;北客站动车段、综合维修基地、动车所的能源供给采用天然气 DES,供能面积共计 27 6 104m2,目前,DES 能源站已完成初步设计,计划于 2012 年 7月开工建设,工程建设完工前,能源供应采用临时方案。北客站 DES 站由中国华电集团投资建设,可利用场地面积约13 hm2;主要设备包括2 台52 MW 的燃气 蒸汽联合循环供热机组,年发电量约为 5 7108kWh/a,天然气用
7、量约为 1 34 108m3/a;DES 站燃气轮机设计进口压力为 3 0 MPa,设计最大流量为 36 000 m3/h。北客站 DES 能源站项目通过电力供应、供冷、供热的方式回收资金,经权威机构测算,项目投资回收期为 10 36 a,资本金内部收益率(IRR)为 14 54%,能源利用率为 71 04%。北客站 DES 站的天然气供应委托西安秦华天然气有限公司(以下简称“秦华公司”)完成,具体包括 DES 站天然气工程主体管网及站内系统的设计安装及维护。北客站动车段、综合维修基地、动车所采用 DES也是几经论证,存在一些特定因素:为满足动车段、综合维修基地、动车所的电力负荷及稳定供应,并
8、弥补西安电力供应的部分缺口。根据陕西电网“十二五”电力负荷增长情况,预测到2012 年陕西电网负荷达到18 560 MW,到2015年陕西电网负荷达到 25 090 MW,而目前在建、核准的电源规模不能完全满足负荷及直流送电的需要。另外,西安电力供应的峰谷比很高,在夏季由于用电量大,经常出现限电情况。在这种情况下,为保证北客站的用电负荷及电力供应的稳定性和安全性,动车段、综合维修基地、动车所的供能设计采用了 DES 技术。除满足自身需求外,还可向陕西省电网供电,弥补省电网用电高峰的部分缺口。解决北客站动车段、综合维修基地、动车所供热难题。按照北客站动车段、综合维修基地、动车所最初确定的供热方式
9、,热源根据西安市集中供热规划(20042020 年)接自太华供热站,太华供热站的热负荷由陕西省渭河发电有限公司现有大容量纯凝机组改造项目提供,但该项目的改造进度及相应的热网建设无法满足整个西安北客站、站场配套工程的供热需求。在这种情况下,北客站动车段、综合维修基地、动车所采用了 DES。3 2项目对燃气供应企业的影响321DES站天然气工程初步设计方案DES 站 天 然 气 工 程 的 初 步 设 计 依 据 GB500282006城镇燃气设计规范,包括主体管网及站内系统。DES 站主体管网初步设计方案DES 站主体管网设计首先考虑到供气压力及流量因素,拟从西安秦华门站前修建一条次高压专线直接
10、向该项目供气,专线管道规格为 DN 400 mm,长度为 6 5 km,设计最大流量为 36 000 m3/h,设计压力为 1 6 MPa。考虑到项目的应急需求,拟建一条 DN 400 mm的次高压管道作为应急调峰管道。该管道起点为秦华公司六村堡 LNG 应急储备调峰站,终点为与北客站供气专线的连接处,整个管道长约 7 km。由于DES 站供气专线是从上游长输管道直接接气,在DES 站建成后,通常情况下能满足项目用气负荷需求。随着西气东输二线和靖西三线的投运,陕西省的气源供应将比较富余,应急调峰管道只在极端情况下如冬季出现用气高峰供气不足时启用。而且,出现极端情况后,DES 站可将用气负荷降至
11、最小,燃气机组不再向外部电网供电,只保证 DES 能源站基本供暖负荷。站内系统(天然气工程站)初步设计方案天然气工程站位于 DES 能源站内,其工艺流程见图 1,图中标注数据为管道公称直径。图 1北客站 DES能源站天然气工程站工艺流程DES 能源站天然气工程站与供气专线相连接,进站处设 1 个电动球阀,通过调压间、计量间、加臭间、升压间等工艺车间后,向燃气轮机供应符合其参数要求的天然气。主要燃气设备a 次高压调压器进口压力为 1 1 1 6 MPa,出口压力为 1 0MPa,流量为 18 000 m3/h,共 3 台,2 开 1 备带超压切断阀。b 过滤器设计压力为 1 6 MPa,流量为1
12、2 000 m3/h,共4台,3 开 1 备。c 涡轮流量计设计压力为 1 6 MPa,流量为 12 000 m3/h,型号为 LWQZ 200Z,共4 台,3 开1 备,计量精度等级为 1 0 级。d 压缩机进口压力为 1 0 MPa,出口压力为 3 0 MPa,流量为 12 000 m3/h,共 4 台,3 开 1 备。e 加臭装置设计压力为 1 6 MPa,共 1 套,采用 PLC 双泵控制。f 缓冲器进口压力为 1 0 MPa,出口压力为 1 0 MPa,容积为 10 m3,共 4 套。g 电动球阀规格为 DN 400 mm,设计压力为 1 6 MPa,共 1台。各工艺车间设计方案a
13、调压间。由于后续工艺还需升压,因此,调压间主要作用是稳压,将压力稳定在1 0 MPa,以便于提高后续计量系统的准确性。考虑到用气负荷的波动性,采用4 路稳压,其中3 路为2 开1 备,还有1路为旁通,当进气压力低于正常压力时使用。b 计量间。计量间首先完成过滤工艺,保证气质符合燃气轮机组及计量设备的要求。计量工艺采用多路计量方式(3 开 1 备)。在用气高峰冬季采用3 路计量,夏季采用 2 路计量,其他季节采用 1 路计量。c 加臭间。由于该供气专线由门站前的输气管道接入,因此还需完成天然气加臭,保证用气安全。d 升压间。按照燃气轮机组的参数要求,燃气轮机组进口压力要达到 3 0 MPa,因此
14、在完成缓冲工艺后进行升压,满足用气设备需求。供气管道压力分布按照 DES 能源站天然气工程站设计方案计算了供气管道压力。按照供暖季、制冷季及非供暖制冷季的分类,结合项目流量变化因素,管网压力的分布如下:a 供暖季:门站进气侧压力为 1 3 MPa,DES站前压力为 1 26 MPa,供气专线流量为 36 000m3/h。b 制冷季:门站进气侧压力为 1 6 MPa,DES站前压力为 1 58 MPa,供气专线流量 18 000 m3/h。c 非供暖制冷季:门站进气侧压力为1 6 MPa,DES 站前压力为 1 59 MPa,供气专线流量为7 000m3/h。3 2 2气源保障北客站 DES 站
15、的天然气年用量为 1 34 108m3/a。目前,经与陕西省天然气公司及陕西省天然气公司的上游公司长庆油田协商,上游公司基本同意增设专项供气指标,满足 DES 站项目用气,支持西安市分布式能源的发展。3 2 3用气负荷的影响西安地处北方,季节用气负荷存在明显差异。为了说明北客站 DES 站项目对秦华公司用气负荷的影响,下面从投运前后各季节典型日及月用气负荷变化进行说明。投运前后各季节典型日的用气负荷变化a 冬季(供暖季)投运前,秦华公司供暖季典型日的日用气量为481 08 104m3/d;项目投运后,日用气量提高至540 59 104m3/d,日用气量提高了 12%。秦华公司现阶段也存在冬季高
16、峰供气紧张的情况,供气紧张的原因主要为上游管输企业供给量不足。由于该项目天然气供应的专项指标已经基本确定,因此对秦华公司的冬季供气没有负面影响。b 夏季(制冷季)DES 能源站投运前,夏季(制冷季)典型日的日用气量为 129 29 104m3/d;项目投运后,日用气量提高至 175 85 104m3/d,日用气量提高了 36%。c 非供暖制冷季投运前典型日的日用气量为 144 43 104m3/d;项目投运后,日用气量提高至 157 87 104m3/d,提高了 9%。投运前后月用气负荷变化项目投运后,秦华公司的月用气负荷均有不同程度的增长,在制冷季增幅最大,供暖季次之,非供暖制冷季增幅最小。
17、由于该项目的用气属专项指标,虽然冬季增加了燃气公司的用气负荷,却未对其供气产生负面影响。3 2 4经济效益工程费用北客站 DES 站天然气工程投资主要包括两部分,修建次高压供气专线(6 5 km)和次高压应急调峰专线(7 km),共计 13 5 km 的管道工程费用和DES 能源站天然气工程站内的设备费用,共计2 068 6 104元,详见表 1。表 1北客站 DES站天然气工程投资测算项目数量单价费用/元次高压供气专线6 5 km 123 104元/km802 0 104次高压应急调峰管道7 km123 104元/km864 0 104DES 站内次高压管道 0 18 km 120 104元
18、/km21 6 104次高压调压器3 台18 104元/台54 0 104过滤器4 台4 104元/台16 0 104涡轮流量计4 台8 104元/台32 0 104升压装置(压缩机)4 台55 104元/台220 0 104加臭装置1 套1 104元/套1 0 104缓冲器4 套10 104元/套40 0 104电动球阀1 个18 104元/个18 0 104合计2 068 6 104在上述工程费用中,次高压供气专线和次高压应急调峰专线属于市政管网投入,由秦华公司承担,共计 1 666 104元;其他工程费用由 DES 能源站投资方承担。经济效益评价在考虑天然气销售价格、购气价格、损耗、增值
19、税及营业税附加等因素的基础上计算了北客站天然气工程项目的税后毛利。在此基础上,按项目设计天然气耗量、设计天然气耗量 90%、设计天然气耗量 80%这 3 种情况分别进行了税后毛利测算,并考虑了购气价及销售价波动的情况。测算结果见表2。表 2北客站 DES站天然气工程项目毛利测算元/a项目项目毛利(按设计天然气耗量)项目毛利(按设计天然气耗量 90%)项目毛利(按设计天然气耗量 80%)正常标准5 200 1044 700 1044 200 104售价降 5%4 100 1043 600 1043 200 104售价降 10%2 900 1042 600 1042 300 104购气价升 5%4
20、 300 1043 900 1043 500 104购气价升10%3 400 1043 100 1042 700 104表 2 中,天然气工程项目的毛利测算的假设条件如下:秦华公司向 DES 能源站销售天然气的价格为 1 98 元/m3;秦华公司天然气进气价格为 1 49元/m3;供销差率(损耗率)按照 3%计算;增值税按13%计算,营业税附加按营业税的 10%计;秦华公司向 DES 能源站的销售气量为 1 34 108m3/a。DES 能源站天然气项目毛利计算结果显示,正常情况下,项目的年税后毛利为 5 200 104元/a。按照最不利的因素(销售价格降低 10%,销售量为设计能力 80%)
21、测算,税后毛利也将达到 2 300 104元/a。3 2 5社会效益根据企业的使命和愿景,秦华公司作为大型燃气企业,要为客户提供安全可靠的供气服务,同时致力保护和改善环境,惠泽市民。向西安北客站分布式能源站项目提供可靠的燃气保障体现了秦华公司响应政府节能减排、改善西安环境的号召,将会产生积极的社会效益。4结语DES 系统运用能源梯级利用原理,有效地提高了总能利用率,具有很好的节能减排和低碳经济推动效果;它相对传统能源系统具有一定的优势,也是传统供能系统的有益补充,对城市能源发展具有一定意义。DES 系统的应用对能源供应企业也会产生较大影响,包括提高经济效益等。但 DES 能源系统的推广目前还存
22、在着一些实际问题,如发电并网后与电力企业的关系协调;并网后的电价确定;政府补贴;燃气企业用气量指标的增加等等。这些问题还有待于国家相关产业政策的出台及各方的大力沟通协作。参考文献:1 杨敏林 斯特林发动机在分布式能源系统的应用 J 煤气与热力,2006,26(9):48 53 2祝兆辉 燃气内燃机发电机在 LNG 接收站的应用 J 煤气与热力,2007,27(11):67 69 3 胡小坚,王忠平,张雪梅,等 分布式天然气 CCHP 系统应用研究现状与前景J 煤气与热力,2011,31(4):A04 A09 4 张丹 分布式供能系统经济收益分析中冷热价的确定 J 煤气与热力,2010,30(5
23、):A24 A26 5 赵树兴,杨俊兰,王宇,等 太阳能利用及太阳能与风力发电联合供热系统J 煤气与热力,2007,27(4):79 81櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵信息川气东送工程输送天然气逾 100 108m3至 2012 年 3 月 8 日凌晨,我国川气东送工程管道已累计输送天然气 107 6 108m3,作为我国目前最大的整装海相气田,普光气田年生产天然气能力达到 105 108m3/a,2012 年的生产目标是 100 108m3/a。目前,普光气田已累计生产混合天然气 150 24 108m3。川气东送工程是我国继西气东输工程后又一条横贯东西的能源大动脉,于 2010 年 8 月 31 日正式投入运行。川气东送工程管道西起四川普光气田,途经四川、重庆、湖北、江西、安徽、江苏、浙江、上海 8 个省市,管道总长 2 170 km,设计年输天然气 120 108m3/a。普光气田是川气东送工程目前唯一的气源地,其规模化生产对于进一步提高我国川渝地区和中东部经济发达地区天然气供应能力、缓解国内天然气供需矛盾、优化能源结构都具有十分重要的意义。
限制150内