摘　要：介紹天然氣分布式能源系統與燃氣機熱泵系統，結合工程實例，對天然氣分布式能源系統和燃氣機熱泵系統的主要設備、經濟性進行分析比較。相對于燃氣機熱泵系統，天然氣分布式能源系統的造價較高，但經濟性較好。

關鍵詞：天然氣分布式能源系統；  燃氣機熱泵；  經濟性分析

Comparative Study on Natural Gas Distributed Energy System and Gas Engine-driven Heat Pump System

Abstract：Both natural gas distributed energy system and gas engine-driven heat pump system are introduced．The main equipment and economy of the natural gas distributed energy system and gas enginedriven heat pump system are analyzed and compared combined with the engineering example.The construction cost of natural gas distributed energy system is higher,but its economy is better than that of the gas engine-driven heat pump system.

Keywords：natural gas distributed energy system；gas engine-driven heat pump system；economic analysis

1　天然氣分布式能源與燃氣機熱泵介紹

天然氣分布式能源系統(以下簡稱分布式能源系統)是指分布在用戶端，以天然氣為燃料，用燃氣輪機或內燃機等設備帶動發電機發電，并利用余熱供暖供冷的高效供能系統。燃氣機熱泵系統(以下簡稱熱泵系統)是以天然氣為燃料，利用燃氣發動機驅動的蒸氣壓縮式熱泵空調系統。在我國提倡發展清潔能源及節能減排的背景下，可以預見以燃氣作為燃料的供能系統將會得到廣泛應用。

2　兩種系統在工程實例中的分析比較

①工程概況

以廣東省某辦公樓為例，具體分析比較分布式能源系統和熱泵系統。辦公樓為地上l7層，地下2層。總用地面積為3917m²，凈用地面積為2527m²，總建筑面積為16430m²，其中地下2層建筑面積共約3495m²。容積率為5.2，綠地率為35％，建筑密度為31.6％。針對此工程，分別應用分布式能源系統與熱泵系統，對這兩種系統進行對比分析。

②冷負荷及電負荷

辦公樓在供冷期白天工作時段(8：00—18：00)的平均冷負荷為1650kW，最大冷負荷為1879kW，最小冷負荷為869kW。夜間冷負荷按0kW估算。辦公樓的冷負荷與分布式能源系統的供冷量、熱泵系統的供冷量比較見圖1(熱泵系統的供冷量與冷負荷一致)。

辦公樓白天工作時段(8：00—18：00)的平均電負荷(不包括制冷用電負荷)為546kW，非工作時間內電負荷均按照100kW估算，辦公樓的電負荷與分布式能源系統的供電量比較見圖2。

因廣東以亞熱帶季風氣候為主，辦公樓無特別熱負荷需求，故此處暫不考慮熱負荷。

③設計原則

采用熱泵系統時，辦公需外接電網供電，冷負荷由熱泵來滿足，同時采用柴油發電機作為備用發電裝置。熱泵系統無需冷卻塔、水泵及機房，操作簡單，無需管理人員，可兼顧供冷、供熱，并且控制簡單、易于推廣，具有電力和燃氣的雙重調峰作用。其噪聲較低，普遍適用于各種中小型建筑物(包括居住建筑) ^[1]。

采用分布式能源系統時，由燃氣內燃機發電，煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷熱水機組(以下簡稱溴化鋰機組)制冷，同時配套電空調補充不足部分冷能，不足部分電能由外接電網供給。分布式能源系統可同時提供冷、熱、電，滿足大樓的多方面供能需求。在該分布式能源系統中，需建立一個小型能源站，配備管理人員若干，且對人員技術水平要求較高。該項目符合分布式能源系統能源需求量較穩定的要求^[2]。

④主要設備

兩種方案的主要設備分別見表1、2。表1中室外機含備用數量。

⑤經濟性分析

能源需求方面，一般是參照設計規范，采用單位面積的能源標準。該方法的缺點是不能夠準確反映具體項目的特點，造成系統配置偏差。本文以電負荷及冷負荷曲線圖的形式來預測分析，為設計、運行和評估提供基礎^[3]。本文對分布式能源系統與熱泵系統的對比研究，定位于對主要環節估算研究，對項目影響較小的細節暫未考慮。

現根據廣東氣候特點、機組負載率、辦公樓用電以及制冷等實際情況來估算。每年上作日按照250d計，熱泵系統及分布式能源系統均為白天工作10h，夜間不運行，周末、節假日全天不運行，且每年兩系統累計按照10個月運行，其余2個月可根據具體情況停機保養或進行設備檢修等。

電價按照0.9928元／(kW·h)計算，天然氣的價格按照4元／m³計算。天然氣高熱值為37.65MJ／m³，低熱值為33.58MJ／m³，此處按照低熱值計算。1m³天然氣實際產生約9.33kW·h的能量，每臺燃氣熱泵室外機(運行14臺71kW和13臺50kW的室外機)平均耗氣量為6.03m³／(臺·h)，分布式能源系統的耗氣量為95.91m³／h。

a．造價

分布式能源系統總造價約為1092.54×10⁴元，燃氣機熱泵系統總造價約為1028×10⁴元。

b．運行費用

運行費用見表3，其中其他費用包括人工費、水費、保養費等。

c．增量投資回收期

分布式能源系統比熱泵系統造價高64.54×10⁴元，但每年的運行費用比熱泵系統可節省43.31×10⁴元/a，因此增量投資回收期約為1.5a^[4]。

3　結論

①天然氣分布式能源系統和燃氣機熱泵系統均為值得廣泛推廣的清潔環保、高利用率的供能系統，對節能減排、緩解用電緊張、減少電力傳輸損耗以及增強供能的穩定性起到積極作用。

②天然氣分布式能源系統和燃氣機熱泵系統不同之處在于，燃氣機熱泵系統僅能兼顧供冷、供熱，天然氣分布式能源系統可兼顧供電、供冷、供熱。

③燃氣機熱泵系統適用于各種中小型建筑物，系統操作簡單、噪聲低，且無需管理人員。天然氣分布式能源系統適合冷熱電需求穩定的項目，系統一般需建能源站，配備相關管理人員，且對人員技術水平要求較高，操作及維護保養較復雜。

④天然氣分布式能源系統比燃氣機熱泵系統造價高，但運行費用低，綜合比較后天然氣分布式能源系統的經濟性更好。

參考文獻：

[1]徐文淵，蔣長安．天然氣利用手冊[M]．北京：中國石化出版社，2006：440．

[2]嚴銘卿，宓亢琪，田貫三，等．燃氣工程設計手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，2008：1202．

[3]樊栓獅，徐文東，解東來．天然氣利用新技術[M]．北京：化學工業出版社，2012：186．

[4]段常貴．燃氣輸配[M]．北京：中國建筑工業出版社，2001：144．

本文作者：王周

作者單位：佛山市燃氣集團股份有限公司