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有关海洋岛礁天然气分布式能源现状分析及思考

2020-02-25 375 上传者：管理员

摘要：岛礁的生存和可持续发展受到了供能及传统能源的污染等问题的制约，难题亟须破解。对分布式能源进行介绍，并对岛礁能源现状及负荷分析进行阐述，针对海岛的特点因地制宜，确定了分布式能源的供能方案，为解决海岛供能难题提供了新思路、新观点。

关键词：
分布式能源
岛礁
梯级利用
能源站
负荷
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1、分布式能源介绍

燃气冷热电分布式能源将现有的能源条件与相应的能源技术耦合，在满足用户侧需求的同时，实现高品质能量供需的有机统一和梯级利用，即采用天然气通过发电机发电，回收余热用来制冷制热。在安全环保的基础上，有效地提高了能源利用率。分布式能源系统是在负荷中心实现就近供能的方法手段叫适用于岛礁这种孤立的用能点。目前，很多国家地区积极提倡发展分布式能源，其中欧洲的分布式能源站是很重要的发电源；美国更是将分布式能源列为长期发展规划；日本燃气冷热电分布式能源的应用较为广泛。就国内发展现状来说，目前我国已经实质性地进入到分布式能源的建设与发展中，北京、上海、广州及一些沿海城市已将分布式能源应用于医院、飞机场、办公楼以及地理位置相对独立的开发区，并取得明显的经济效益。

2、岛礁能源现状及负荷分析

2.1 岛礁能源现状

能源供给问题一直是岛礁发展的重点及难点，种原因导致岛礁用电用能问题仍然存在。当前，已经为某些距离大陆较近的岛屿敷设海底电缆或者架空高塔为海岛供能，但是架空和海底电缆供电的投资和维修费用都很高，增加了岛上用能的经济负荷。通常情况下边缘海岛一般采用柴油发电机自行发电V用电制冷制热以确保海岛正常运行。但是柴油作为一次能源消耗量很大，发电效率低；柴油发电对空气和水的污染严重，不利于海岛环境建设；而且柴油发电机一旦出现故障，极易造成设备上的浪费；柴油本身价格高，再加上航运运输途中的损耗，也大大提高了柴油发电的成本W随着海岛经济发展、用能逐渐增加，单方面小型柴油发电机已经不能满足需求，因此开发和利用其他的能源供应形式是当务之急。

2.2 旅游型岛礁负荷分析

渤海地区某一海岛为典型的旅游度假型海岛。在岛的西北端是小型的飞机场候机楼，岛的东面是自然山区，中央是集商业休闲住宿餐饮为一体的综合性建筑；旁边则为小型的医疗楼。港口在西南，用来运输岛上所需的生活必需品。燃气冷热分布式能源系统是采用燃气轮机或者燃气内燃机的余热作为采暖的热源，余热的利用会直接影响整个系统，所以所需的冷热负荷的预算至关重要。负荷的预算会直接影响分布式能源系统的稳定性和经济性。通过指标法来对岛礁的负荷进行计算。通过指标法算得岛礁的负荷如表1所示。根据建筑面积及冷指标得到冷负荷的为：公式⑴

式中：Q—空调系统设计冷负荷(kW)；K—同时使用系数；j—不同类型建筑物的空调面积百分比(%);L不同类型建筑物的建筑面积(m2)；qi—不同类型建筑物冷负荷指标(W/m2)

表1各类负荷值

以冷负荷计算为例，选取同时使用系数为0/77,空调面积百分比为80%,综合性建筑冷负荷指标为150W/m2,医疗楼的冷负荷指标为100W/m2,候机楼冷负荷指标为90W/m2,利用式(1)来计算冷负荷。与冷负荷相比叫其他负荷没有同时使用系数。

2.2.1 逐时负荷

逐时负荷是在指标法计算负荷的基础上再乘以负荷系数估算出典型日逐时负荷，叠加后，系统设计总负荷即为最大的逐时负荷。典型日逐时负荷如图1所示。

图1典型日各类负荷变化图

从以上典型日冷负荷变化规律可以看岀，冷负荷变化受环境温度及人员活动影响显著。从5:00到8:00都处于用冷比较多比较集中的时间，8：00到12：00之间，人员活动陆续增多，温度逐渐升高，用冷是递增的趋势，高峰出现在12：00到13：00,这是由于白天外界气温在午后前后达到最高，自14：00,室外温度逐渐降低，到20：00人员活动逐渐减少，故用冷也呈递减的趋势。

从以上典型日热负荷变化规律可以看出，热负荷变化也受环境温度及人员活动影响显著。热负荷在早5点后慢慢处于上升的趋势，到10点左右，环境温度逐渐升高电负荷有降低并且稳定的过程，是因为这段时间光照充足，温度比夜晚要高，所以热负荷需求较少，在18：00以后，热负荷逐渐升高，并且在21：00达到最高值，这是因为此时环境温度较低，同时人员在室内活动较多，在0：00~5：00之间，虽然环境温度低,但人员活动很少，热负荷基本维持在一个很低的水平。

项目电负荷主要受人员活动影响，用电的最高峰出现在9：00~19：00之间，负荷比较平均，并且因夜间人员活动明显减少，用电负荷水平整体低于日间。热水负荷与热负荷的变化趋势相近，典型日取在冬季。

2.2.2 全年热负荷

分布式能源机组如果以电定热的方式来选择，则会出现余热浪费或者只能被动调节余热的利用，导致分布式能源综合能源利用效率不能达到最高。所以本项目采取以热定电的思路，确定最大供热情况下的热负荷，再根据热负荷在不同工况下来确定发电容量，并采用调峰机组保证电力供应。这样可以有效提高发电机组的余热利用效率，实现最大效率最经济的综合能源利用。根据《供暖通风与空气调节设计规范》可知渤海湾地区冬季采暖计算温度为-9.8T,采暖时长为152天,室外平均温度为-0.7。计算所得采暖期设计热负荷延时曲线和与温度对应的曲线如图2所示。

图2采暖期设计热负荷变化曲线

由图2可以看出，热负荷在400kW以上总时间2500h以上，并且与温度的关系成正比例，考虑到燃气内燃发电机组余热量与余热制冷、制热量相当，故综合考虑冷、热、电负荷需求，根据燃气冷热电联供工程技术规范(GB51131-2016),可以大致判断出装机范围宜在400-800kW。

3、设计方案

3.1 燃料供应

天然气是当前我国工业生产与人民生活中的重要资源，其整体供应规模和应用范围不断扩大，成为社会发展中必不可少的资源之一。管道供气也从大中城市逐渐的蔓延到了小城市，但由于跨海或者海底管道的投资大，燃料供给问题不得不考虑，在众多方案中”LNG罐式集装箱无疑是海岛燃气供应的最佳方式。LNG罐式集装箱运输可以采用“一罐到底”技术问。LNG全程密封，采用集装箱的模式运输LNG,可以利用现有的集装箱货船，一装一卸，燃料装载灵活，一罐到底，不用考虑专用运输船和燃料储备问题，这将大大减少了LNG的运输费用。并且可以考虑与陆运进行联运，来满足岛上的燃料供给。有了燃料的供给，岛礁能源便可以实现自给自足。

3.2 供能方案

保证所发电力及余热产生的冷热量能在区域内被完全消化或尽可能多地消化，同时结合项目的负荷特点及能源价格等边界条件考虑发电机组选型，余热利用设备与调峰系统一起满足项目的全部冷、热负荷需求。经多方案比较，推荐装机方案为：1台600kW等级燃气内燃发电机组对接1台烟气热水型漠化锂机组，内燃机运行参数如表2所示。表2燃气内燃机运行参数单机参数

并辅以燃气锅炉、电制冷机进行调峰，原柴油发电机备用，满足岛礁的全部冷热负荷及电负荷需求。装机方案工艺流程图如图3所示。

图3装机方案工艺流程图

由图3可知，天然气通过内燃机直接发电作为供给，而烟气余热和缸套水余热通过漠化锂机组产生热负荷、冷负荷供给用户侧，其中缸套水余热一部分作为热源通过换热器来提供热热水负荷。其中，燃气锅炉和电制冷机组分别作为调峰，来满足机组功能不足时的冷热负荷。值得提出的是，在极端情况下，例如系统故障或者天然气供应限制时，柴油机可以作为备用供能来满足各种负荷需求。

4、结语

通过对海岛能源供应的现状分析，针对海岛的特点因地制宜，从能源梯级利用的角度岀发，对海岛的用能负荷进行分析，并通过对典型日逐时负荷分析，和对采暖期设计热负荷的曲线分析，确定了供能方案，使岛礁实现能源自给自足，并且可以根据自身负荷的大小调节用能。分布式能源站从冷热电三联供的角度实现了一次能源的梯级利用，无论从社会、环境、节能效益上，还是从调度中心自身用能安全和经济效益上，天然气分布式能源站对岛礁都具有非常重要的意义。另外，岛礁还有极其丰富的风能、海浪能和太阳能等资源，可以考虑可再生能源与能源站供能相耦合，为解决海岛供能难题提供思路。

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