2003年,上海市設立了“天然氣分布式供能系統研究與示范項目”,上海市科委組織專家對全市參與競標的8家科研院校進行公開答辯,上海交大競得了這一項目。筆者也因此有幸參與了上海首座節能示范樓的設計工作。
當時,“西氣東輸”工程初步建成,每年輸入上海的天然氣量達30億立方。天然氣的使用不能簡單地采用“以氣代煤”,這樣既不能解決氣價過高的尷尬,又將使大量天然氣失去市場。如何合理、有效地使用天然氣這一清潔能源,成為擺在上海面前的一個課題。同時,隨著上海人生活水平的不斷提高,上海用電模式已與紐約、東京、香港等國際大都市相似,最高用電負荷與最低負荷的差距不斷拉大,正常情況下差距可達500多萬千瓦,巨大的用電峰谷差對電力供應產生巨大壓力。在這樣的背景下,采用天然氣分布式供能系統的節能示范樓的價值就愈發明顯了。
作為上海首座節能示范樓,上海交大軟件大樓采用了“分布式冷熱電聯產系統”,突破了多項關鍵技術。4000平方米的軟件大樓中,其能源全來自樓旁的一幢兩層樓高的機房。機房連接民用天然氣管道,機組“吃”進天然氣,兩臺燃氣輪機一邊使出“氣功”發出60千瓦的電能,一邊把發電時排出的煙氣循環回收,用于制冷或制熱,剩下的低溫煙氣再利用,加熱生活用水。最后,電、冷熱氣、熱水全從機房傳入大樓,樓宇就能“吃”上生活能源“套餐”。這一系統堪比一個小型的民用“能源作坊”,在冬夏兩季電力高峰時,不受電網缺電影響,靠“西氣東輸”送來的充足天然氣就能讓人安度一個“涼夏” 和“暖冬”。
經過初步的示范運行,分布式供能效率高、環境友好等優越性已得到了證實。由于循環利用了廢氣、廢熱,軟件大樓的分布式供能系統的能量利用率達到80%以上,而普通的天然氣發電廠的發電效率僅為30%-47%。整幢大樓使用該系統供能,每年可節省12萬元。大樓內空調供熱可達200千瓦,供冷達230千瓦,生活熱水可達60-90℃。同時,系統的噪音也很小,大樓關起門來,室外噪音小于57分貝。
所謂分布式供能,是相對于傳統的集中式供電方式而言的。它利用先進的燃氣輪機或燃氣內燃機燃燒潔凈的天然氣發電,經過能源的梯級利用,能源利用效率從常規發電系統的40%左右提高到80%左右,大量節省了一次能源。
天然氣三聯供系統的另一優勢,就是可作為傳統電力系統的補充調峰。在用電高峰時,能使電力負荷平均化。夏季城市大量使用空調時,電力負荷會在一段時間內出現負荷高峰,同時夏季也是用氣的低谷時期,有富余的供氣能力。通過利用天然氣冷熱電聯供可在滿足高峰用電的同時,還能利用排放余熱來制冷,并減少電力調峰裝置投資和運行費用,用電負荷得以改善,更充分地發揮天然氣基礎設施的功能。
分布式供能系統的社會經濟效益,還體現在改善單一大電網供電的能源結構、提高用電的安全性上。目前,全世界90 %的電力負荷都由集中單一的大電網供電,這種供電模式存在很大的不安全隱患。大電網中任何局部的故障都會影響到整個電網,嚴重時可能引起大面積停電甚至是全網崩潰。今年年初的大雪災已經充分說明分布式供能的重要性。受災嚴重的貴州省貴陽和江西省南昌,都是分別依靠兩臺12.5萬千瓦機組的分布式電廠才確保了供電。
其實,分布式能源技術從上世紀70年代末期以后就開始發展起來。在西方發達國家,熱電冷聯產的應用十分普及,發電機組的余熱80%以上被有效利用。目前美國已有6000多座分布式能源站,僅大學校園就有200多個采用了分布式能源站。美國能源部已經提出了小型冷熱電聯供規劃。根據這項規劃,到2010年,20%的新建商用、寫字樓類建筑物將使用小型冷熱電聯產;到2020年,這一比例則將提高到50%。在英國,分布式能源站有1000多座。比如英國女王的白金漢宮、首相的唐寧街10號官邸,都采用了燃氣輪機分布式能源站。
責任編輯:中國能源網