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摘要：根据宝鸡市第五医院能源系统整体设计要求，分析天然气分布式能源系统设计，重点对天然气分布式能源系统的设计理念、系统配置、运行方式、经济效益进行分析。
关键词：天然气；分布式能源；系统设计
中图分类号：TK01+8 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）07-0298-01
引言
分布式能源系统的规模和容量小，并模块化和分散式布置在用户附近，分布式能源的操作更加灵活方便，运行成本也更低，还能实现无人值守，因而分布式能源系统更具优势，分布式能源系统应用也越来越普遍。天然气属于清洁能源，能源利用率高、成本低[1]。在政府政策号召下，越来越多企事业单位尝试将天然气与分布式能源系统相结合。宝鸡市第五医院积极响应国家政策号召，致力于开发天然气分布式能源系统，减少医院供能成本，提高经济效益[2]。本文结合宝鸡市第五医院的能源系统原有的设计，对天然气分布式能源系统设计进行分析。
一、设计理念
分布式能源系统设计的关键在于设计理念是否合理，系统设计方案应该从系统、动态和全面的角度分析医院用能情况。传统分布式能源系统设计中，发电机为系统设计的重点，该设计理念未充分考虑系统配置是否合理，最终导致系统难以长期稳定地运行[3]。在冷、热、电联供分布式能源系统设计中，发电机组确定，机组电、热、冷比及总能效率也固定。然而用户的实际用电需求与发电机组输出的热、冷和电功率并不完全相符，出现发电机组输出的热过多或过少。针对该问题，传统解决方法为释放多余热量，降低发电机组的负荷[4]。虽然该方式可以避免设备受损，但是能源利用率低，不符合分布式能源系统的理念。该方式还可能导致系统热电负荷严重失衡，造成能源系统故障。
医院能源系统的热负荷和冷负荷主要用于热水、冬季采暖、夏季制冷，电负荷主要用于照明、医疗设备运行，随着季节变化，热负荷、冷负荷和电负荷需求也在变化。冬季热电负荷需求最高，种热电负荷需求特点增加了分布式能源系统设计难度[5]。因此，设计天然气分布式能源系统前，必须对医院的热电比进行分析。
收集宝鸡市同类医院近三年热电负荷运行数据，并对数据进行长时间动态分析和跟踪测试，结合发电机组的热电比特性，医院的热电负荷具有以下特点，医院的热水需求与医院平均用电负荷之间的热电比值与一般发电机组的热电比值范围相差较小，可以作为热电联供用户对象，并且经过计算，医院实际热电比需求值为1.6。
二、系统配置设计
根据“按照以热定电”设计理念[6]，确定医院整体供能方案，天然气热电联供分布式能源系统配置如下：
2×240kW燃气内燃发电机组、330USRt燃气直燃溴化锂冷暖机组、600USRt燃气直燃溴化锂冷暖机组以及3t/h天然生活锅炉。根据设计原则，燃气内燃发电机组在额定功率下输出240kW电功率，并且产出402kW热功率，热电比值为1.67，热电总效率为86%。医院原设计的580USRt蒸汽溴化鋰制冷机组，本系统设计将其改为330USRt以及600USRt天然气直燃型冷暖机组各一台，制冷机组的效率从1.03提升至1.4。另外，由于宝鸡市第五医院的能源系统属新建设项目，原设计的用热设备基本成型，因而本研究未改造用热设备，而增设一台3t/h燃天热水锅炉，并按照传统方式为用热设备供热。另外，作为在发电机组故障或检修时，对热水系统进行补充和调节。
三、系统运行方式分析
由于医院的热电负荷存在季节性差异，天然气分布式能源系统运行过程中也必然存在热电负荷不均衡问题，因而为提高天然气分布式能源系统运行效率及天然气利用率，还需要对系统的运行方式进行分析，才能达到降低成本、提高经济效益的目的。
为平衡热负荷波动幅度较大问题，本能源系统设计时配置了一定容量的蓄热水箱，用于调节热负荷波动。另外，根据不同季节的热电比差异，根据热电比值划分为若干阶段，提高能源利用率。结合本医院能源供应特点以及系统特点，天然气分布式能源系统运行方式需遵守以下基本原则：
一是发电机组在电力峰时段和平时段运行，电力谷时段停止运行。
二是发电机组运行时，机组输出功率必须不低于额定功率的75%，保证机组运行效率， 实现最高能源效率；
三是依据以冷、热定电原则运行系统，根据用户的冷、热负荷需求调节发电量。如若发电机组输出热量超过系统额定存储热热量，则降低发电机组运行负荷，采用单机运行。如若输出电量低于用于热负荷需求，则通过电网弥补空缺，而非释放多于热量。
四、经济效益分析
根据当前热电联用天然气、燃气锅炉用天然气、燃气空调机组用天然气价格、峰时段和平时段平均电价，对天然气分布式能源系统的经济效益进行分析。热电联用天然气、燃气锅炉用天然气、燃气空调机组用天然气价格、峰时段和平时段平均电价分别为2.04元/Nm3、2.35元/Nm3、3.4元/Nm3、0.8元/kWh。在同等情况下，天然气分布式能源系统运行后热电总支出费用仅增加6万元，而改造燃气锅炉方案则显示可节约90万元，表明天然气分布式能源系统的经济效益显著。
五、结语
医院属于特殊单位，医院对热力和热能质量的要求更高，天然气分布式能源系统设计可以降低医院对城市电力的依赖，实现具有战略安全意义的能源互联网和电力使用的“需求侧管理”。但是不同医院的热电需求不同，对医院能源系统进行天然气分布式能源系统改造设计必须结合医院的特点，综合考虑各方面因素确定能源系统配置，才能达到系统整合的目的，提高能源利用率和经济效益。
参考文献
[1]王建伟，和彬彬. 对某小区天然气分布式能源站的设计方案分析[J]. 陕西电力，2014，（5）：84-86.
[2]张杰，郭甲生，张丹，等. 某医院分布式能源系统的方案设计[J]. 上海节能，2014，（9）：36-39.
[3]李先瑞. 天然气分布式能源系统设计时应注意的几个问题[J]. 发电与空调，2012，（3）：7-13.
[4]曾荣鹏. 小型天然气分布式能源系统的方案选择及性能分析[J]. 华北电力技术，2012，（10：）：6-9+19.
[5]刘小琳，刘旭升. 浅析天然气分布式能源系统的设计要点和应用范围[J]. 沈阳工程学院学报（自然科学版），2013，（4）：292-295.
[6]岳伟挺，沈巧练，何中杰. 天然气分布式能源冷热电联供机组配置方案设计与研究[J]. 能源工程，2015，（6）：37-41.
作者简介：姓名：仇一庆；学历：大专；出生年月：1960.10.11；籍贯：陕西凤翔；民族：汉族；职称：中级工程师；研究方向：锅炉及采暖；工作单位：西北机器有限公司动力公司。
关键词：天然气；分布式能源；系统设计
中图分类号：TK01+8 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）07-0298-01
引言
分布式能源系统的规模和容量小，并模块化和分散式布置在用户附近，分布式能源的操作更加灵活方便，运行成本也更低，还能实现无人值守，因而分布式能源系统更具优势，分布式能源系统应用也越来越普遍。天然气属于清洁能源，能源利用率高、成本低[1]。在政府政策号召下，越来越多企事业单位尝试将天然气与分布式能源系统相结合。宝鸡市第五医院积极响应国家政策号召，致力于开发天然气分布式能源系统，减少医院供能成本，提高经济效益[2]。本文结合宝鸡市第五医院的能源系统原有的设计，对天然气分布式能源系统设计进行分析。
一、设计理念
分布式能源系统设计的关键在于设计理念是否合理，系统设计方案应该从系统、动态和全面的角度分析医院用能情况。传统分布式能源系统设计中，发电机为系统设计的重点，该设计理念未充分考虑系统配置是否合理，最终导致系统难以长期稳定地运行[3]。在冷、热、电联供分布式能源系统设计中，发电机组确定，机组电、热、冷比及总能效率也固定。然而用户的实际用电需求与发电机组输出的热、冷和电功率并不完全相符，出现发电机组输出的热过多或过少。针对该问题，传统解决方法为释放多余热量，降低发电机组的负荷[4]。虽然该方式可以避免设备受损，但是能源利用率低，不符合分布式能源系统的理念。该方式还可能导致系统热电负荷严重失衡，造成能源系统故障。
医院能源系统的热负荷和冷负荷主要用于热水、冬季采暖、夏季制冷，电负荷主要用于照明、医疗设备运行，随着季节变化，热负荷、冷负荷和电负荷需求也在变化。冬季热电负荷需求最高，种热电负荷需求特点增加了分布式能源系统设计难度[5]。因此，设计天然气分布式能源系统前，必须对医院的热电比进行分析。
收集宝鸡市同类医院近三年热电负荷运行数据，并对数据进行长时间动态分析和跟踪测试，结合发电机组的热电比特性，医院的热电负荷具有以下特点，医院的热水需求与医院平均用电负荷之间的热电比值与一般发电机组的热电比值范围相差较小，可以作为热电联供用户对象，并且经过计算，医院实际热电比需求值为1.6。
二、系统配置设计
根据“按照以热定电”设计理念[6]，确定医院整体供能方案，天然气热电联供分布式能源系统配置如下：
2×240kW燃气内燃发电机组、330USRt燃气直燃溴化锂冷暖机组、600USRt燃气直燃溴化锂冷暖机组以及3t/h天然生活锅炉。根据设计原则，燃气内燃发电机组在额定功率下输出240kW电功率，并且产出402kW热功率，热电比值为1.67，热电总效率为86%。医院原设计的580USRt蒸汽溴化鋰制冷机组，本系统设计将其改为330USRt以及600USRt天然气直燃型冷暖机组各一台，制冷机组的效率从1.03提升至1.4。另外，由于宝鸡市第五医院的能源系统属新建设项目，原设计的用热设备基本成型，因而本研究未改造用热设备，而增设一台3t/h燃天热水锅炉，并按照传统方式为用热设备供热。另外，作为在发电机组故障或检修时，对热水系统进行补充和调节。
三、系统运行方式分析
由于医院的热电负荷存在季节性差异，天然气分布式能源系统运行过程中也必然存在热电负荷不均衡问题，因而为提高天然气分布式能源系统运行效率及天然气利用率，还需要对系统的运行方式进行分析，才能达到降低成本、提高经济效益的目的。
为平衡热负荷波动幅度较大问题，本能源系统设计时配置了一定容量的蓄热水箱，用于调节热负荷波动。另外，根据不同季节的热电比差异，根据热电比值划分为若干阶段，提高能源利用率。结合本医院能源供应特点以及系统特点，天然气分布式能源系统运行方式需遵守以下基本原则：
一是发电机组在电力峰时段和平时段运行，电力谷时段停止运行。
二是发电机组运行时，机组输出功率必须不低于额定功率的75%，保证机组运行效率， 实现最高能源效率；
三是依据以冷、热定电原则运行系统，根据用户的冷、热负荷需求调节发电量。如若发电机组输出热量超过系统额定存储热热量，则降低发电机组运行负荷，采用单机运行。如若输出电量低于用于热负荷需求，则通过电网弥补空缺，而非释放多于热量。
四、经济效益分析
根据当前热电联用天然气、燃气锅炉用天然气、燃气空调机组用天然气价格、峰时段和平时段平均电价，对天然气分布式能源系统的经济效益进行分析。热电联用天然气、燃气锅炉用天然气、燃气空调机组用天然气价格、峰时段和平时段平均电价分别为2.04元/Nm3、2.35元/Nm3、3.4元/Nm3、0.8元/kWh。在同等情况下，天然气分布式能源系统运行后热电总支出费用仅增加6万元，而改造燃气锅炉方案则显示可节约90万元，表明天然气分布式能源系统的经济效益显著。
五、结语
医院属于特殊单位，医院对热力和热能质量的要求更高，天然气分布式能源系统设计可以降低医院对城市电力的依赖，实现具有战略安全意义的能源互联网和电力使用的“需求侧管理”。但是不同医院的热电需求不同，对医院能源系统进行天然气分布式能源系统改造设计必须结合医院的特点，综合考虑各方面因素确定能源系统配置，才能达到系统整合的目的，提高能源利用率和经济效益。
参考文献
[1]王建伟，和彬彬. 对某小区天然气分布式能源站的设计方案分析[J]. 陕西电力，2014，（5）：84-86.
[2]张杰，郭甲生，张丹，等. 某医院分布式能源系统的方案设计[J]. 上海节能，2014，（9）：36-39.
[3]李先瑞. 天然气分布式能源系统设计时应注意的几个问题[J]. 发电与空调，2012，（3）：7-13.
[4]曾荣鹏. 小型天然气分布式能源系统的方案选择及性能分析[J]. 华北电力技术，2012，（10：）：6-9+19.
[5]刘小琳，刘旭升. 浅析天然气分布式能源系统的设计要点和应用范围[J]. 沈阳工程学院学报（自然科学版），2013，（4）：292-295.
[6]岳伟挺，沈巧练，何中杰. 天然气分布式能源冷热电联供机组配置方案设计与研究[J]. 能源工程，2015，（6）：37-41.
作者简介：姓名：仇一庆；学历：大专；出生年月：1960.10.11；籍贯：陕西凤翔；民族：汉族；职称：中级工程师；研究方向：锅炉及采暖；工作单位：西北机器有限公司动力公司。