北京GD科技大厦分布式能源系统方案.docx
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北京GD科技大厦分布式能源系统方案
北京GD科技大厦
天然气分布式能源系统方案
HD分布式能源事业部
2015年04月
目录
1项目简介3
2用能分析3
3供能方案选择—天然气分布式能源系统3
4设计依据6
5系统方案6
5.1设计原则6
5.2系统方案6
5.2.1方案一：
不足冷热负荷由电动冷水机组和燃气锅炉补充6
5.2.2方案二：
不足冷热负荷由溴机的燃气补燃部分和电动冷水机组补充7
5.3系统流程7
5.4运行时间8
5.5发电机组运行模式8
5.6系统布置8
5.7项目建设周期8
6系统投资与经济分析9
6.1投资估算9
6.2经济分析9
6.3节能减排分析10
6.4方案分析11
7结论11
附录1系统原理图-夏季系统流程12
附录2系统原理图-冬季和过渡季系统流程13
1
项目简介
GD科技股份有限公司是国内领先的综合型第三方B2B电子商务平台运营商，其开发及运营的中国制造网位列国内B2B电子商务领域前三甲。
平台已成为全球采购商采购中国制造产品的重要渠道。
公司新建一办公楼——GD科技大厦（以下简称“大厦”），总用地面积37004m2。
项目分两期建设，一期为12层办公楼和幼儿园，总建筑面积70525m2（其中地上建筑面积40205m2，地下建筑面积30320m2）；二期为22层办公楼，总建筑面积44070m2（其中地上建筑面积30800m2，地下建筑面积13270m2）。
本分布式能源方案暂仅针对一期工程。
2供能方案选择—天然气分布式能源系统
天然气分布式能源系统是布置在用户附近，以天然气为一次能源用于发电，发电机组余热（烟气、高温冷却水等）利用余热利用设备（余热锅炉、溴化锂吸收式冷温水机组或换热器等）制冷、制热或制热水，同时向用户输出电能、冷能或热能的分布式能源供应系统。
系统示意图如图1所示。
图1系统示意图
Ø利用分布式能源系统的优势
1）能源综合利用率高
在我国，大部分城市天然气的使用方式基本都是直接燃用，是对高品质天然气资源的浪费。
而分布式能源系统获得高品位电能的同时获得了较低品位的冷或热，实现了能源的梯级利用，提高了一次能源的综合利用率（可达70%以上），从而大大降低了用户的运营成本。
2）减少排放
根据美国的调查数据，天然气分布式能源系统可大大减少温室气体的排放（写字楼和体育馆类建筑可减少22.7%，商场和大厦类可减少34.3%，大厦类甚至高达61.4%），保护了大气环境质量。
3）供电安全性
传统供电方式是电力的远距离输送及城市大电网，供电系统抵御意外灾害的能力较差，而分布式能源系统靠近负荷中心，减少了输配电系统故障对供电的影响。
同时，分布式能源系统中发电机组可在市电出现故障时，单独给关键负载供电，充当备用电源，大大减少对电网的依赖性，提高了供电的可靠性。
4）燃气和电力双重“削峰填谷”
南方地区，夏季电空调用电占很大比例，采用分布式能源系统，不仅减少了空调用电量（利用发电机组余热制冷），而且还承担了其他的用电负荷，平抑了电网负荷。
北方地区，由于冬季供暖的需求，冬夏季用气量相差较大，采用分布式能源，为天然气供应系统增加了均衡负荷，缓解了天然气管网冬夏负荷的不均衡。
Ø政策
由于分布式能源的诸多优势，国家对于发展本供能系统十分重视，并相继出台了一些支持政策。
1）《关于发展天然气分布式能源的指导意见》
2011年10月，国家发展改革委、财政部、住房城乡建设部和国家能源局四部委联合颁发了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（发改能源[2011]2196号），提出了主要任务：
“十二五”期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的天然气分布式能源示范区域。
未来5-10年内在分布式能源装备核心能力和产品研制应用方面取得实质性突破。
初步形成具有自主知识产权的分布式能源装备产业体系。
2）《天然气利用政策》
2012年10月，国家发改委发布了《天然气利用政策》（发展改革委令第15号），将天然气分布式能源用户列为优先类。
3）《分布式发电管理暂行办法》
2013年7月，国家发改委颁布了《分布式发电管理暂行办法》，办法中指出：
鼓励企业、专业化能源服务公司和包括个人在内的各类电力用户投资建设并经营分布式发电项目，豁免分布式发电项目发电业务许可；电网企业负责分布式发电外部接网设施以及由接入引起公共电网改造部分的投资建设，并为分布式发电提供便捷、及时、高效的接入电网服务，与投资经营分布式发电设施的项目单位（或个体经营者、家庭用户）签订并网协议和购售电合同。
4）能源发展“十二五”规划
2013年1月，国务院印发了《能源发展“十二五”规划》（国发[2013]2号）的通知，提出了积极发展天然气分布式能源，营造有利于分布式能源发展的体政策环境等要求，同时指出了天然气分布式能源的发展重点：
推进天然气分布式能源示范项目建设，在城市工业园区、旅游集中服务区、生态园区、大型商业设施等能源负荷中心，建设区域分布式能源系统和楼宇分布式能源系统。
5）分布式电源并网相关意见和规范
2013年11月，国家电网公司印发了《分布式电源并网相关意见和规范（修订版）》（国家电网办[2013]1781号）的通知，意见中指出：
电网公司将优化并网流程，简化并网手续；分布式电源接入系统工程由项目业主投资建设，接入引起的公共电网改造部分由电网公司投资建设；分布式电源发电量可全部自用或自发自用剩余电量上网，由用户自行选择，用户不足电量由电网提供。
鉴于上述原因，考虑在北京GD科技大厦合理应用分布式能源系统。
3用能分析
大厦现处于规划设计阶段，根据建筑节能设计的一般情况及GD科技公司提供的资料，对能耗数据进行估算和校核，作为本次分布式能源系统方案的参考。
电负荷、供冷负荷、采暖负荷计算详见表1。
表1负荷计算表
名称
建筑面积（m2）
负荷指标（W/m2）
负荷值（kW）
电负荷
冷负荷
热负荷
电负荷
冷负荷
热负荷
大厦（一期）
40205
60
120
60
2412
4825
2412
备注：
（1）电负荷指标参见《全国民用建筑工程设计技术措施／电气》。
（2）冷热负荷指标参见《实用供热空调设计手册（第二版）》。
4设计依据
《燃气冷热电三联供工程技术规程CJJ145-2010》
《全国民用建筑工程设计技术措施／电气》
《公共建筑节能设计标准GB50189-2005》
《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》
《直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组GB/T18362-2008》
北京GD科技大厦提供的基础资料
5系统方案
5.1设计原则
为保证系统高负荷率、高效率运行，提高余热利用率，保证系统运行的经济性，本方案根据“以基本电负荷定容量、热电平衡”的设计原则，设计分布式能源系统的总装机容量为800kW。
冷热负荷不足部分的补充方式不同，整个系统的设计、运行等均有区别，需通过对不同方案进行比较来确定最终方案。
5.2系统方案
5.2.1方案一：
不足冷热负荷由电动冷水机组和燃气锅炉补充
系统主要由2台400kW的内燃机发电机组（以下简称“发电机组”）、2台烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组（以下简称“烟气热水型溴机”）（发电机组与烟气热水型溴机一对一）、2台电动冷水机组、2台燃气锅炉、多台换热器、控制系统及其他辅助设施组成。
系统配置表如表2所示。
表2方案一的系统容量配置表
名称
台数
总发电量（kW）
总供冷量（kW）
总供热量（kW）
发电机组
2
800
—
—
烟气热水型溴机
2
—
820
474
换热器
多台
—
—
366
电动冷水机组
2
—
4005
—
燃气锅炉
2
—
—
1572
合计
800
4825
2412
5.2.2方案二：
不足冷热负荷由溴机的燃气补燃部分和电动冷水机组补充
系统主要由2台1200kW的发电机组、2台烟气热水直燃型溴化锂吸收式冷温水机组（以下简称“烟气热水直燃型溴机”）（发电机组与烟气热水直燃型溴机一对一）、1台电动冷水机组、多台换热器、控制系统及其他辅助设施组成。
系统配置表如表3所示。
表3方案二的系统容量配置表
名称
台数
总发电量（kW）
总供冷量（kW）
总供热量（kW）
发电机组
2
800
—
—
烟气热水直燃型溴机
2
—
2908
1876
换热器
多台
—
—
366
电动冷水机组
1
—
1917
—
合计
800
4825
2242
两方案的发电及余热利用部分均采用模块化组合（2个模块，每个模块包括1台发电机组和1台溴机（烟气热水型溴机或烟气热水直燃型溴机）），可根据大厦的电负荷或冷热负荷变化调节运行台数，时刻适应负荷变化。
同时2个模块互为备用、互为补充，供能安全性高，运行灵活。
5.3系统流程
2台发电机组所发电力分别并在2台10/0.4kV变压器的低压端母线（要求所并变压器的装机容量不小于1250kVA），满足大厦的部分电负荷。
发电机组的余热（烟气+高温冷却水），夏季进入溴机制冷；冬季通过溴机和换热器制热。
余热制冷量和制热量满足大厦的部分夏季冷负荷和部分热负荷。
不足的电负荷由市电补充。
方案一不足的冷负荷由电动冷水机组补充，不足的热负荷由燃气锅炉补充；方案二不足的冷负荷由溴机的燃气补燃部分和电动冷水机组补充并优先由溴机的燃气补燃部分补充，不足的热负荷由溴机的燃气补燃部分补充。
系统原理图详见附录1和附录2。
5.4运行时间
分布式能源系统设计供冷供热期运行，运行天数210天，每天10小时（大厦的正常上班时间）。
在设计运行时间以外，发电机组及余热利用设备停止运行。
如仍有电、冷和热需求，则由市电对其供电，其他供能方式对其供冷供热（方案一由电动冷水机组对其供冷，燃气锅炉对其供热；方案二由溴机的燃气补燃部分和电动冷水机组对其供冷，溴机的燃气补燃部分对其供热）。
如遇特殊情况（如市电故障等），也可立即开启发电机组。
分布式能源系统具有即用即开的功能，可随时根据需要启动、停止。
系统运行时，电力和冷热需求均优先由分布式能源系统满足。
5.5发电机组运行模式
为保证用电的可靠性，系统中发电机组具有并网和孤网运行的双模式功能，即：
①电网正常且用户电负荷需求大于发电机组最大输出功率时，发电机组处于并网模式运行，发电机组与市电两路供电，并优先使用发电机组电力；
②电网出现故障时，发电机组自动切换到孤网运行模式，切断与市电的连接，此时发电机组作为独立电源，向大厦供电，保证大厦内重要负载的正常运行（所带负载不得大于系统发电量）。
5.6系统布置
分布式能源系统宜独立设置机房；当受条件限制需布置在建筑内时，应布置在大厦的地下一层、首层或屋顶。
5.7项目建设周期
项目建设期约12个月。
其中，发电机组为国外进口，交货周期较长，约9个月；系统其他设备在国内采购，交货周期较短，可与发电机组同期进行。
系统安装及调试3个月。
6系统投资与经济分析
6.1投资估算
分布式能源系统的投资估算如表4所示。
表4系统投资估算表
供能方式
序号
项目名称
投资额（万元）
传统
分产
系统
1
电动冷水机组（不含末端）
290
2
燃气锅炉及相关设施（不含末端）
120
3
配电设备、电缆及相关设施（仅考虑供冷供热系统的配电，不含照明等的配电）
290
4
施工安装费（暂定，按实际发生计）
200
投资总计
900
分布式
能源
系统
方案一
方案二
1
发电机组
400
400
2
溴机（烟气热水型溴机或烟气热水直燃型溴机）（不含末端）
230
600
3
电动冷水机组（不含末端）
240
115
4
燃气锅炉及相关设施（不含末端）
80
0
5
配电、电缆、控制系统及配电房等相关设施（仅考虑供冷供热系统的配电，不含照明等的配电）
360
340
6
系统辅助设施：
泵、电动阀、冷却塔等
（分布式能源增加部分）
80
70
7
发电机组降噪、隔音
80
80
8
施工安装费（暂定，按实际发生计）
340
300
投资总计
1810
1905
差额投资（分布式能源系统-传统分产系统）
910
1005
备注：
（1）以上价格仅为估价，详细价格待方案确定和深化设计后列出。
（2）不含电力并网和燃气入户费用。
6.2经济分析
GD科技大厦的用能需求及分布式能源系统供能量详情见表5。
表5用能量与供能量表
项目名称
数值
备注
大厦
用能
需求
全年用电量（kWh）
11259360
365d，24h/d；已包含电动冷水机组用电
全年用冷量（kWh）
3474000
120d，10h/d
全年用热量（kWh）
1302480
90d，10h/d
附表5
项目名称
数值
备注
分布式能源
全年供能量
全年发电量（kWh）
1680000
210d，10h/d
全年余热供冷量（kWh）
984000
120d，10h/d
全年系统总供冷量（kWh）
3474000
120d，10h/d
全年余热供热量（kWh）
756000
90d，10h/d
全年系统总供热量（kWh）
1302480
90d，10h/d
分布式能源系统建成后，在相同供电量、供冷量和供热量条件下，相比传统分产系统（市电+电动冷水机组+燃气锅炉），系统经济性分析如表6所示。
表6系统经济收益分析
供能方式
项目名称
数值
备注
传统
分产
系统
全年购电量（kWh）
11259360
购电费用（万元）
976.2
商业电价0.867元/kWh
全年耗气量（Nm3）
152337
购气费用（万元）
63.9
气价4.195元/Nm3
年运行费用（万元）
1040.1
购电费用+购气费用
分布式
能源
系统
方案一
方案二
电网补充电量（kWh）
9382560
8884560
购电费用（万元）
813.5
770.3
商业电价0.867元/kWh
发电机组的全年耗气量（Nm3）
419116
419116
锅炉或溴机补燃部分的补充
耗气量（Nm3）
63916
256640
全年总耗气量
483032
675756
全年购气费用（万元）
146.7
236.5
气价3.5元/Nm3
全年维护费用（万元）
16.8
16.8
年运行费用（万元）
977.0
1023.6
系统年节约运行费用（万元）
63.1
16.5
传统分产系统-分布式能源系统
备注：
分布式能源系统和传统分产系统的购水花费近似相等，故上表中未做比较。
6.3节能减排分析
通过初步测算，相比传统分产系统（市电+电动冷水机组+燃气锅炉），方案一/方案二系统年节约标准煤分别为355/320吨，年减排CO2量分别为630/1110吨。
6.4方案分析
分布式能源系统的主要性能参数汇总见表7。
表7系统主要性能参数
项目名称
方案一
方案二
系统装机容量（kW）
800
800
余热制冷/制热量（kW/kW）
820/840
820/840
系统总制冷/制热量（kW/kW）
4825/2412
4825/2242
年平均能源综合利用率（%）
85.9
85.9
年运行时间（h）
2100
2100
系统投资差额（万元）
910
1005
年节约运行费用（万元）
63.1
16.5
节能量/减排CO2量（t）
355/630
320/1110
7结论
本分布式能源系统方案具有以下优点：
1）具有一定的经济效益
分布式能源系统实现了能量的梯级利用，年平均能源综合利用率可达85.9%。
方案一/方案二系统年节约运行费用分别为63.1/16.5万元。
2）清洁环保
方案一/方案二系统年节约标准煤分别为355/320吨，年减排CO2量分别为630/1110吨，具有良好的节能减排效果。
3）供电安全性
分布式能源系统中发电机组具有备用电源的功能，可在市电出现故障时，单独给大厦的关键负载供电，大大减少了对电网的依赖性，提高了供电系统的安全性。
4）绿色建筑、示范性
由于在低碳实践、生态绿色建筑、信息化与科学管理等方面具有较高的技术水平和示范性，国家对于发展分布式能源系统十分重视，并出台了相关的支持政策；同时地方政府也积极响应国家号召，已出台或计划出台相关的支持政策。
天然气分布式能源系统应用于北京GD科技大厦，体现了绿色环保的理念，兼顾了能源供应系统的先进性、可靠性和安全性，社会效益和经济效益均较强。
附录1系统原理图-夏季系统流程
附录2系统原理图-冬季和过渡季系统流程
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