分布式能源天然气负荷分析.pdf

第 2 8卷第 2期 2 0 1 2年 6月 北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 J o u r n a l o f Be i j i n g Un i v e r s i t y o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e Vo 1 ． 28 No ． 2 J u n ．2 01 2 文章编号 1 0 0 4 6 0 1 1 2 0 1 2 0 2 0 0 2 80 4 分布式能源天然气负荷分析 詹淑 慧， 周 萍 北京建筑工程学 院 环境与能源工程学院，北京1 0 0 0 4 4 摘 要 国家政策鼓 励发 展 分 布 式 能 源．分 布 式 能 源 的运 行 对 天 然 气 管 网 负荷 会 产 生 怎样 的 影 响 ， 是城镇燃气行业关注的问题．以北京市某宾馆为例 ， 预测、 计算其冷热电负荷 ， 折算分布式能源 站 的天然 气 消耗 量 ， 分析 天 然气 负荷 变化 情况 ． 关键词分布式能源；天然气负荷 ；能源站；负荷计算 、 中图分类 号 T E 6 4 文 献标 志码 A An a l y s i s Abo u t t he Ga s Lo a d o f Di s t r i b ut e d Ene r g y Zh a n S hu h u i ， Z h o u Pi ng S c h o o l o f E n v i r o n me n t a n d E n e r g y E n g i n e e r i n g ， B U C E A B e ij i n g 1 0 0 0 4 4 Abs t r ac t Na t i o n a l po l i c y e n c o u r a g e s t he d e v e l o p me n t o f d i s t r i b u t e d e n e r g y．Th e f o c u s e s o f t h e t o wn g a s i n d us t r y a r e t ha t h o w wi l l t he o p e r a t i o n o f d i s t r i b u t e d e n e r g y a f f e c t t h e n a t u r a l g a s p i p e l i n e n e t wo r k l o a d． F o r e x a mp l e o f a h o t e l i n B e i j i n g ，i t i s u s e d t o f o r e c a s t a n d c a l c u l a t e t h e h o t a n d c o l d e l e c t r o n e g a t i v i t y， c o n v e r t n a t u r a l g a s c o n s u mp t i o n o f t h e d i s t r i b u t e d e n e r g y s t a t i o n s ，a n d a n a l y z e t he c ha n g e s o f g a s l o a d． Ke y wo r dsd i s t r i b u t e d e n e r g y；g a s l o a d；e n e r g y s t a t i o n；l o a d c a l c u l a t i o n “ 分布式能源” 是指分布在用户端的能源综合 利用系统 ， 以冷 、 热、 电联产技术为基础， 与大电网和 燃气管 网组 网运行 ， 向一定区域内的用户同时提供 电力 、 蒸气 、 热水和空调冷水 或风 等能源服务 系 统⋯．分布式能源使用于的场合 城市商业 中心、 办 公楼 、 酒店 商厦 、 快 餐店 、 医 院 、 有冷 热负 荷要 求 的工 业 园区等 ． 2 0 0 7年 国家发展和改革委员会颁布实施的 天 然气利用政策中， 把分 布式 能源列 为天然气用户 中优先发展类．2 0 1 1年国家发展和改革委员会、 财 政部、 住房和城乡建设部和国家能源局四部委联合 发布 关于发展天然气分布式能源的指导意见 ． 指出“ 十二五” 期间建设 1 0 0 0个左右天然气分布式 能源项 目， 并拟建设 1 0个左右各类典型特征的分布 收稿 日期 2 0 1 2 0 32 5 作者简介 詹淑慧 1 9 6 1 一 ， 女 ， 副教授 ， 研究方 向 燃气输配 式 能源 示范 区域． 城镇燃气行业 ， 更关注分布式能源对天然气管 网负荷的影响．我们 以北京市某宾馆 建筑面积为 3 4 2 6 0 m 为 例 ， 对 分 布 式 能 源对 天 然 气 负 荷 的影 响进 行计算 、 分 析． 1 冷热 电负荷预测 确定宾馆冷热电需求 冷热电负荷的预测是分 布式能源系统能源站设计的基础数据．建筑物维护 结构和室内条件参照表 1 、 表 2和软件 e Q u e s t 对建 筑 的默认设 置 ； 室外 气 象条 件 采 用 北 京 典 型年 逐 时 气象数据 ； 利用 e Q u e s t 软件对宾馆模拟计算出全年 的逐时冷热电负荷． 第 2期 詹 淑慧等 分布式 能源 天然气 负荷分 析 2 9 1 ． 1 模拟 条件 1 负荷分析模拟参照 以下有关标准 ① 公 共 建 筑 节 能 设 计 标 准G B 5 0 1 8 9 2 0 05 ② 北 京 市 公 共 建 筑 节 能 设 计 标 准D B 1 1 ／ 68 7-- 2 0 09[ ； ③ 建筑照明设计标准 G B 5 0 0 3 4 --2 0 0 4 ． 表 1维护结构设置 2 6℃相对湿度 6 0 ％ 2 O℃相对湿度 3 O ％ 2 北京典型年气象数据 ； 邑 、 鬻 蹲 雹 图 1 北京逐 时干球温 度和湿球温度 0 0 O 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 O 图 2北京水平面逐时太阳辐照度数据 1 ． 2冷 热 电负荷预 测 结果 利用 e Q u e s t 软件 ， 模拟计算得到北京市某宾馆 的全年逐时冷热电负荷． 一 一1 o00000} 。 。”- ’ 。 n 寸寸 寸l n I n 卜 卜卜o 。。 。 小时数／ h 图 3宾馆全年的逐时冷热负荷 ． _ t “ x l t“ q nn 寸寸 寸l n I n 卜 卜卜。 。o 。 小时数／ h 图 4 宾馆全 年的逐 时电负荷 2 天然气负荷计算 根 据宾 馆 冷 热 电负 荷折 算 天 然气 的消 耗量 ， 即 天然气负荷． 分布式能源系统在实际运行 中， 很难同时满足 冷热负荷与电负荷．根据发电机发出电力的不 同去 向 ， 主要 分成 能源 站 电力上 网 、 能源 站 电力 并 网 、 能 源站孤网运行三种情况 ； 能源站电力上 网在 国内基 本不存在 ， 在此不做讨论． 宾馆面积较小 ， 根据天然气发电机的特点， 宜采 用 内燃机 ．能源站 采用 天然 气 内燃 机 溴 化锂 吸 收 式冷热水机组 天然气锅炉的设备组合形式． 天然气负荷 的估算 首先预计能源站内耗气设 备的利用时间； 然后采用“ 以电定热” 和“ 以热定 电” 两种运行方式计算天然气负荷． 2 ． 1 设备 利用 时 间 根 据用 户 需 要 的供 能 时 间 ， 预计 能 源 站 内设 备 的利 用 时间． 预 计 设 备 利 用 时 间 3 0 北京 建筑 工程 学院 学 报 2 ． 2天然气 负 荷计算 1 孤网系统 发电机不与市电并网， 独立运行． 基本思路是“ 以电定热” 能源站发电机所发电 力全部在楼宇中 自用 ， 发 电机容量考虑满足所有用 电负 荷．此 时 电负荷预 测 的准确 度 直接 影 响能 源站 的机组配备和经济效益． 总发 电量 F． E -- b u 1 加 式中 ， 为联产 系统发 电量 ， W； 。 为 电网输配效 率 ， ％； E 为建筑电负荷 ， w． 发电系统燃料输入功率 F 一 旦 2 式 中 F 为发 电系统燃料输人功率，W； 叼 为发 电 效率 ， ％． 建 筑采 暖用 热 负荷 Q 3 l l h h l I c n 式 中 Q 胁为换热 器 输 入 热 量 ，W； Q 为 建 筑 采 暖 用 热负荷 ， W； 叼 为 网路热水能量输送效率 ， ％ ； 7 1 为 换热器换热效率 ， ％． 吸 收式制 冷机 制冷 所需 的热量 r Q 式 中 Q 为建 筑 空调 冷 负 荷 ，W； Q 为 吸 收 式 制 冷 机输入冷量 ，W； C O P 为吸收式制冷机性能 系数 ， 1 ； 为网路冷水能量输送效率 ， ％． 在采暖工况下调峰锅炉提供的热量 Q Q 一 Q 0 5 Q Q 一 Q 0 7 Q Q 一 Q Q 一Q 8 则 总燃料 输入 热量 为 F F 一 Q b 9 l | g 式 中 F 为 总燃料 输 入 热量 ，w．叼 为调 峰 锅炉 的 热 效率 ， ％． 2 并网系统 发 电机与市 电并在一 个母 线上 ， 共 同给楼 宇供 电． 基本思路是“ 以热定 电” 发电机发 出的余热满 足楼宇的冷热负荷 ， 不足 的电力 部分 由市 电补足． 此时冷 热负 荷预测 的准确度影 响 能源站 的机 组配 备 和经 济效益 ． 制冷 工况所 需要 的热量 Q Q 1 0 在采 暖工况 下 ， 所 需要 的热 量 Q Q 1 1 发 电系统 产生 的电 能功率 E F P 叩 P 1 2 由于该 系 统 的运 行策 略 是按 热 负 荷 运行 ， 发 电 功率可能超过或不足以提供建筑所需 的电力． 分 布式能 源三联 供 系统 的电量 匹配为 E 一 Eg r i d Eb u --- 1 3 一 EeEv- Eb u 1 4 式中 E 为电网输入系统电功率 ， w； E 为系统多 余 电能功率，w． 发 电设 备 锅炉 的消耗 燃料 ， 为 F F 1 5 2 ． 3 计算结果 通过上述 ， 计算得到宾馆 的天然气 负荷， 见 图 5 ． 1 孤 网系统 以 电定 热 图 发电系统燃料输 出功率 w 囱调峰锅炉提供热量 W 园 三联供系统多余的余热量 Q w 2 ．0 1 ． 6 0 、1 ． 2 0 ． 8 0 ． 4 O }量．亘．图．图．图．国．图．图．图． ．图．巨． 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 月份 图 5 以电定热热负荷情况 图 6 以电定热天然气负荷情况 系统孤 网运 行 ， 在 以电定 热 的情况 下 ①在过度季有部分余热未能完全利用 ， 造成一 第 2期 詹 淑慧等 分布式能源天然气负荷分 析 3 1 定 的浪 费 ； ②冬季的天然气负荷较大 ， 加剧了天然气供应 管 网 的冬季 峰值 ； ③发电机全年的设备利用率高． 2 以热定 电 4 3 2 1 0 口发电系统燃料输出功率 F p W 电网输入系统电功率 E d W 图系统多余电能功率 E e W 圉 同 3 o o 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 1 1 l 2 月份 图 7 以热 定 电 电 力情 况 图 8 以热定电天然气负荷情况 系统并 网运行 ， 在 以热定 电 的情 况 下 ①全年 电力有较多部分未能利用 ， 造成能源 的 浪 费 ； ② 冬 季 的 天然 气 负荷 较 大 ， 加 剧 了 天然 气 管 网 冬季峰值 ； ③发 电机受 四季天气变化情况影响较大 ， 全年 设 备 利用率 低． 3 结论 1 宾馆电负荷全年 比较稳定 ， 冷热负荷随 四季 气候条件的变化而变化 ； 舂 ＼ 挺 图 9 北京市某年天然气月消耗量及 用电负荷 图 2 目前 ， 北京市天然气 系统夏冬季峰谷负荷相 差 较 大 ， 约 为 1 1 0 ； 电力 夏冬 峰谷 负荷 比约 为 1 ． 3～ 1 ． 5 1 ． 3 城市 中如果 大量采用天然气分布式能 源系 统 ， 可能进一步加剧天然气冬季负荷峰值 ； 应做好天 然气负荷的预测， 制定合理的供气方案． 本文 系统 所采用 的运行 策 略“ 以 电定热 ” 和 “ 以 热定 电 ” 是 两 种极 端 的情 况．分 布式 能 源 系 统 的 实 际运行应在两者之间选择更优化 的运行方案， 以达 到节 约能 源 ， 合 理利 用天 然气 的 目的． 参 考 文献 [ 1 ] 华 贲．我 国分布 式能 源发展 战略探讨 [ J ] ．科技 管理 研 究 ， 2 0 0 4 1 3 6 [ 2 ] 关于发展天然气分布式能源的指导意见 [ E B ／ O L ] ． h t t p f f W W W．mo f ．g o v ．c n ／ z h e n g w u x i n x i ／ z h e n g c e f a b u ／ 2 0 1 1 1 0 ／ t 2 0l 1 1 01 8 6 0 02 7 3． h t m [ 3 ] G B 5 0 1 8 9 2 o 0 5 ， 公共 建筑 节能设计标准 [ S ] [ 4 ] D B 1 1 ／ 6 8 7 --2 0 0 9 ， 北京市公共建筑节能设计标准 [ S ] [ 5 ] G B 5 0 0 3 4 --2 0 0 4 ， 建 筑照明设 计标准[ S ] [ 责 任编 辑 王克黎 ]