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基于区域能源场景的燃气分布式供能系统减排实绩福分析潘军松上海申能能源服务有限公司摘要：天然气是我国碳中和行动中与零碳能源相伴的重要低碳能源，而燃气分布式能源是最高效的天然气应用技术，在碳达峰阶段有着重要的减碳作用。对基于区域能源中心的燃气分布式供能系统运行数据进行分析，验证与传统能源系统相比的节能减碳效果。结论表明，在区域能源冷热电运行中年度节能率可达14%，按上海电网电力排放因子测算年度减排CO27%以上。研究认为在区域能源中心，分布式能源系统通过运行优化可进一步提高节能减碳的能力，主要措施为加强运行管理，降低系统自耗电、调整供热模式并采取储热系统实现夏季供热负荷平衡和转移以提高供热占比。为此，提出运行优化和控制策略，为今后同类型项目提供指导和借鉴。关键词：区域能源；分布式供能；减碳；运行优化DOl:10.13770/ki.issn2095-705x.2023.09.018肥工程与经济Analysis of Emission Reduction Perfor-mance of Gas Distributed Energy Sup-ply System Based on Regional EnergyScenarios收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 7作者简介：潘军松（197 1-11-）,男，硕士，高级工程师，主要从事区域能源、分布式供能、天然气应用等技术管理和研究工作基于区域能源场景的燃气分布式供能系统减排实绩分析PANJunsongShanghai Shenneng Energy Services Co.,Ltd.Abstract:Natural gas is an important low-carbon energy that accompanies zero carbon energy in Chi-nas carbon neutrality action,and gas distributed energy is the most efficient natural gas applicationtechnology,playing an important role in reducing carbon during the carbon peak stage.In this paper,the operation data of the gas distributed energy supply system based on regional energy center is ana-lyzed to verify the energy-saving and carbon reduction effect compared with the traditional energy sys-tem.The conclusion indicates that the annual energy saving rate in regional energy cooling,heatingand power operation can reach 14%,and the annual cO2 emission reduction is calculated to be over7%based on the Shanghai power grid power emission factor.Research suggests that in regional ener-gy centers,distributed energy systems can further improve their energy conservation and carbon re-duction capabilities through operational optimization,the main measures are to strengthen operationalmanagement,reduce system self-consumption,adjust the heating mode,and adopt a heat storagesystem to achieve summer heating load balance and transfer to increase the proportion of heating.Tothis end,operational optimization and control strategies are proposed to provide guidance and refer-ence for similar projects in the future.Key words:Regional Energy;Distributed Energy Supply;Carbon Reduction;Operational Optimization上海节能SHANGHAIENERGYSAVING节能工程与经济ENERGY SAVINGENGINEERINGANDECONOMY度运行实绩，分析其与传统能源相比节能减排效0前言果，实证天然气分布式能源在城市能源领域应用天然气作为低碳、高效、安全的清洁能源是促进经济增长、社会和环境可持续发展的重要物质基础，在低碳经济时代，燃气分布式供能作为最高效的天然气利用，在上海得到了快速发展。2 0 2 0 年9月，国家提出了“3 0 6 0 双碳目标，力争CO2排放在2 0 3 0 年前达到峰值,2 0 6 0 年前实现碳中和。从碳减排国际经验来看，天然气将是我国碳中和行动中长期与零碳能源相伴的低碳能源。碳达峰阶段天然气的主要作用是减污降碳，碳中和阶段是与可再生能源深度融合，成为可再生能源的有益补充，因此在今后较长时期内，天然气分布式发电仍具有较大的发展空间。本文基于区域能源中心燃气分布式供能年推广的重要作用，并对运行优化和控制指标提出了建议。1区域能源概况1)能源中心概况某能源中心设计供冷14 0 MW，供热10 2 MW，采用分布式供能与传统供能相结合的方式，由8 套发电能力为1.4 MW的分布式供能系统为基本负荷设备，同时配置离心制冷机和锅炉、12 0 0 0 m的大型蓄冷水槽作调峰运行。目前该能源中心已连续运行8 年，在实现节能减排的同时提高了能源中心供能的可靠性、安全性和经济性。图1为分布式供能系统图。2023年第0 9期1357SHANGHAIENERGY SAVING上海节能SHANGHAIENERGYSAVINGNo.092023天然气燃气锅炉余电上网7燃气发电市政电力离心制冷黄制热制冷余热溴化锂冷供热2）运行模式为提高分布式供能的节能性和经济性，余热运行始终采用制热优先的模式。各个时段的运行模式如下：冬季热负荷需求大于分布式系统制热能力时，分布式系统制热模式优先，燃气锅炉调节需求缺口，冷需求由离心机提供。夏季冷负荷需求大于分布式系统制冷能力时，分布式系统制热模式优先，多余部分投入制冷模式（通过台数调节），并使用离心机协同供能。过渡季为用能低谷时段，分布式系统供热模式优科目1月2月3月4月5月6月7月用气量万m153发电量MWh59836191339912738021788上网电量MWh5 001合计259自用电量系统自耗MWh电制冷其他站用982制热量MWh6 278643237821254542合计24制冷量余热制冷590MWh电制冷供冷图1分布式供能系统图先，多余制冷，不足部分由锅炉和离心制冷机提供。3)年度运行全年能源中心产冷量14 7 7 6 5MWh，产热量89568MWh，外购气量2 0 0 2 万m，外购电量22230MWh，分布式系统上网电量3 17 3 3 MWh，净购电量-4 97 3 MWh,其中，分布式供能系统全年用气量153 万m，发电量598 3 MWh，上网电量31733MWh，自用电量18 90 9MWh（含系统自耗，电制冷及其他站内用电）；分布式系统余热制热量32445MWh,制冷量2 154 8 MWh。分布式系统分月运行数据见表1。表1分布式系统分月运行数据8月15991526428101019611260192988262558592705097976145099月10月11月12月352214716814557231059251495882531911369605019233712943811254.916141061978113.835225914227975734626 21018 0322539320 07555952010合计501124 072590963484.194 3.57471105064341863611333106262810003.43643239261628033974004.777354812233592755612624033361732.8002.9712.8857538012.795422002036899863413808632.444588021 5495655928656580.8351149661853173323634825010411819472218592418.90718613534.903节能工程与经济1358ENERGYSAVINGENGINEERINGAND ECONOMY基于区域能源场景的燃气分布式供能系统减排实绩分析上海节能SHANGHAIENERGYSAVING节能工程与经济热模式，平均产热率95.3%，自耗电率6.2%。制冷模2运行实绩分析式自耗率高的主要原因是在制冷工况下系统辅机耗1)运行效率分析系统年度机组运行发电效率为3 9.7%，热效率42.3%，总效率8 1.9%，自耗电率9.6 8%，年度热电比1.07。供热模式运行总效率明显高于制冷模式，5月到10月总效率平均为7 9.2%，11月到次年4 月8 4.3%。自用电率与产冷占比呈明显相关性：5月到10月主要为制冷模式，产冷量占比高（平均7 7.3%)，自耗电率也高，平均16.4%；11月到次年4 月主要为供1月6月产冷热MWh6302643237821 446发电量MWh5983619133991273热电比1.05发电效率41.4%热效率43.6%42.7%43.9%44.4%42.5%40.6%41.1%39.1%39.9%40.3%44.3%总效率85.0%83.8%83.4%83.4%81.2%78.7%79.5%77.7%78.7%79.3%83.9%86.7%81.9%自耗电率4.33%4.19%5.66%11.55%20.93%17.35%15.38%13.59%11.87%19.09%6.61%4.90%9.68%产热占比99.6%100.0%100.0%86.7%61.6%31.9%输出效率83.24%82.15%81.14%78.95%73.10%72.11%73.60%72.46%74.10%71.89%81.29%84.76%78.14%备注：表中自耗电指分布式系统包括余热利用设备所消耗电量，不包括用于电制冷部分的电量，产热占比为余热系统的产热量占余热总量的比例。2)系统节能分析对分布式系统而言，输入的能源为天然气，输出有冷、热量和电力，系统发电有效输出为上网电量和用于站内电制冷及其他电量，冷、热量仅计算联供余热系统产生的转换量。将有效电、热、冷量产出按现行的能源折标系数计算总的替代能耗，节能量计算公式为：节能量标煤=有效产出的替代能耗折算标煤-1月2月输入天然气1 775.31849.21 058.2400.3254.5575.31303.01878.62008.01318.81109.52.152.515683.2有效电1602.61.660.7替冷量1.4代热量830.5量合计2 434.52511.61398.0491.9 268.2566.21241.91791.61.952.3 1 267.41419.22.963.018 305.8节能量659.2节能率27.1%电量也高，相比制热模式增加了冷却风机和水泵。机组总效率只能体现机组运行的性能，并不能反映系统的真实有效输出，因此引入了输出效率的概念。输出效率为扣除自耗电后冷、热、电有效输出占总输入能量的百分比。项目年度平均为78.14%，其中5-10 月为7 2.9%，11月到次年4 月81.9%，明显地体现了制冷模式和制热模式的效率差异。分布式系统分月输出效率见表2。表2 分布式系统分月输出效率2月3月1.041.1141.1%39.5%39.1%38.7%38.2%38.4%38.7%38.8%39.1%39.6%40.6%39.7%46.2%42.3%9.9%6.0%天然气折标煤节能率=节能量/有效产出的替代能耗折算标煤余热系统产热量按燃气锅炉93%的效率折算为天然气耗量，输出冷量按电制冷COP的5折折算成电耗量，天然气热值取3 4 MJ/Nm（上海实际计量数据：2 0 时1个标准大气压下的参数），折标系数取11.6tce/万m,电力折标系数取2.8 tce/万kWh分布式系统分月度节能量分析见表3。表3 分布式系统分月度节能量分析(tce)3月4月5月6月7月897.7315.2177.6413.7964.91429.81.566.50.00.0850.9500.3662.4339.826.4%24.3%18.6%5.1%-1.6%-4.9%-4.9%-2.9%-4.1%21.8%27.4%ENERGY SAVINGENGINEERINGAND ECONOMY4月5月880189980217884 0721.141.1010.718.9166.071.791.613.77月4.3581.061.078月72.4219.880.157.2-9.1-61.08月5.9715.9091.019月950.0314.3349.447.536.487.1-55.79月10月65154.3226 3484.1941.031.034.2%22.8%85.3%100.0%60.1%10月11月934.71893.212 806.6186.832.9130.5451.61069.84 292.5-51.4309.711月40013.5741.1212月0.01206.7810.52622.614.3%12月8086539937110506421.141.07合计合计2023年第0 9期SHANGHAI ENERGY SAVING1359上海节能SHANGHAIENERGYSAVING从表2、3 可知，该分布式系统全年产热约为余热量的6 0%，自耗电量占发电量的9.6 8%，年度节能量为2 6 2 2 tce,节能率14.3%。从数据分析可看出，制热模式主导时段（11月到次年4 月），节能率平均为2 0.8%，全供热模式（产热比10 0%）节能率超过2 7%，但在制冷模式主导时段（6 月-10 月），平均产热比15%，节能率负值。制冷模式下虽采用了高效离心制冷机制冷，但由于近年来电厂发电效率的提高及可再生能源的增加，电力折标系数和余热制冷替代折标量大幅下降，此外分布式制冷增加了冷却系统，自耗电增加，使有效输出进一步降低，出现了不节能的现象。3)CO2减排分析在分布式系统中，实际排放量是天然气燃烧做功后的排放，生产输出的有效冷、热、电量均按替代排放量计算（即为获得等量的电、热、冷的隐含排放量），系统减排量即为隐含排放量与实际排放量之差。减排量=有效冷热电的替代排放量-天然气的排放量减排率=减排量/有效冷热电的替代排放量有效冷、热量仅计算分布式系统中余热产生的转换量，其中制冷量折算成电制冷的电量，有效电量为上网电量加上除自耗电以外的自用电（即上网电量与用于电制冷和其他用电量之和）。参考中国建筑节能年度发展研究报告1月2月天然气2929.33.051.21746.1660.5419.9有效电3 2 6 4.23382.51828.4641.9 361.7热量1359.81 393.2819.1271.7117.4替代量冷量2.3合计4626.34.775.62.647.5932.9514.91132.72.504.93632.83969.02.503.72.702.05.607.635550.1减排量tCO21697.01724.5901.5272.4减排率%36.6836.1134.0529.2018.46No.092023公共建筑运行阶段碳减排核算方法 11（天然气1.65tCO2/tce、热值3 4 MJ/Nm），天然气的排放因子取19.14 tCO2/万Nm。热量排放因子按燃气锅炉消耗的等量天然气排放计算，锅炉效率取93%，单位热量排放计算为：19.14 t/(34 10 0.93)GJ=0.06 t/GJ。电力排放因子逐年变化，因各地区电网情况不同。根据生态环境部关于做好2 0 2 3-2 0 2 5年发电行业企业温室气体排放报告管理有关工作的通知2,2 0 2 2年度全国电网平均排放因子为0.57 0 3 tCOz/MWh。2022年上海市生态环境局下发了关于调整本市温室气体排放核算指南相关排放因子数值的通知 3,确定电力排放因子为0.4 2 tCO2/MWh、热力0.06tCO2/GJ，热力排放因子的取值与天然气锅炉供热折算值一致。本文分别按全国电网平均排放因子0.57 0 3 tCOz/MWh和上海电力排放因子0.42tCO2/MWh计算CO2排放量，见表4 和表5。按全国电力排放因子计算，有效产出替换量为35550t，年度减排量9 6 7 2 t，减排率2 7.2%；按上海电力排放因子计算，有效产出替换量2 8 0 3 3 t,年度减排量2 156 t,全年分布式系统排放量2 58 7 7 t，减排率7.7%。年度数据分析表明，分布式系统减排效果明显。由于各地电网情况不一样，以下分析仅基于上海电力因子排放值。同节能量分析一样，按上海电力排放因子计算，夏季（5-10 月）出现了不减排现象，主要是夏季表4 CO2减排分析基于全国电力排放因子3月4月5月6月949.22149.93099.7 3313.22176.01830.73.551.625 877.2842.61.965.32.912.13190.61935.01903.83.856.126084.3131.193.60.00.07月77.819.335.895.08月59.6159.0446.0183.5355.016.2014.1714.679月10月11月213.7739.3642.9718.8 355.0533.1655.8327.8871.316.5213.09 32.2512月1 751.558.90.02 056.036.66合计7 027.82.438.19 672.927.211360节能工程与经济ENERGY SAVING ENGINEERING ANDECONOMY上海节能基于区域能源场景的燃气分布式供能系统减排实绩分析SHANGHAIENERGYSAVING表5COz减排分析基于上海电力排放因子1月2月3月4月5月天然气2929.33 051.21746.1660.5419.9949.22 149.93 099.73313.22.176.01 830.73551.625 877.2有效电2.404.02.491.01 346.5472.7热量1359.81393.2819.1替代量冷量1.7合计3 765.43 884.22 165.7758.6410.2减排量tCO2836.1减排率%22.2模式下余热用于制冷，制冷的等效排放量也是折算成电力计算，因此在系统中的有效产出主要替代量实质上是替代等量电力的排放。上海电网的电力相当一部分来源是煤电，其排1月2月总效率%85.0输出效率%83.24自耗电率%4.33产热占比%99.6节能率%27.1减排率%22.23系统运行优化对分布式系统而言，自耗电、余热供热占比是影响系统效率和减排率的重要因素。表7 针对不同的自耗电、余热供热占比进行了计算,显示其变动对节能减排的影响。通过对不同自耗电和供热占比的计算，可知在供热占比50%以上、自耗电10%以下时，节能率和减排率为最优。供热占比每提高1%，CO2减排量增加7 2 t，减排率提升0.2 8%；自耗电每降低1%，CO2减排量增加2 12 t，减排率提升0.8 2%,此外供热占比的提高减少了制冷运行时间和制冷量，降低了自耗电比例，节能减排成效更加显著。因此优化运行主要要提高供热占比，措施包括小时负荷转移、跨季节负荷转移和负荷站外转移。节能工程与经济6月7月266.4620.51 447.32144.6 2349.81425.11 402.02839.919 209.9271.7117.40.00.0833.1419.621.4519.383月4月5月6月83.883.482.1581.1478.954.195.66100.0100.026.424.321.4519.388月131.193.614.226.498.1-9.712.94-2.37-9.27-15.00-14.98-12.74-14.5116.21放不仅仅只有CO2,还有SO2、烟尘等，因此即使在制冷模式下，分布式系统仍具有煤电无法比拟的环保性。系统节能减排主要参数汇总见表6。表6 系统节能减排主要参数汇总7月8月83.481.273.1011.5520.9386.761.618.65.112.94-2.379月10月11月12月77.859.6117.1328.5868.71869.42.695.92.938.7 1 900.22 184.74 591.328 033.2-80.5-280.4-403.8374.5275.8354.11 039.72155.922.657.699月10月11月12月合计78.779.572.1173.6017.3515.3831.99.9-1.6-4.9-9.27-15.001)小时负荷转移通过对全站运行数据分析，发现供热季仍有部分余热用于制冷，制冷季燃气锅炉有时也运行，如将这两部分热量转为余热制热供应，全年可增加供热4 0 50 MWh，提高余热占比7.5%，按制冷转供热自耗电减少10%计算，可减少自耗电3 7 0 MWh，全年减少自耗电率0.7 5%，综合计算全年可增加减排量约7 0 0 tCO2，减排率提升2.7%。这部分供热比的提升主要是在小时负荷运行层面的优化，可以在系统中合理引入储热系统，实现小时负荷的转移和调节。2)跨季节和站外热负荷转移制冷季由于热负荷总体需求较小，绝大部分余热用于制冷，故需研究跨季节的储热设施或将余热通过移动储热设施转移至周边需要供热的客户。2023年第0 9期SHANGHAIENERGY SAVING合计213.7739.31751.57 027.8473.4529.477.778.772.4674.1013.5911.876.04.2-4.9-2.9-14.9812.74ENERGY SAVINGENGINEERINGANDECONOMY261.543.479.383.971.8981.2984.7678.1419.096.6122.885.3-4.121.8-14.5116.2122.650.086.74.90100.027.41795.581.99.6860.114.37.691361上海节能SHANGHAIENERGYSAVING供热占比自耗电率5%10%015%20%5%10%25%15%20%5%10%50%15%20%5%10%75%15%20%5%10%100%15%20%3)自耗电率管理日常运行中进一步优化辅机系统，如对辅机系统进行变频改造等，以降低自耗电率。4)节能减排目标控制为简便日常运行管理，可以设定减排率目25%20%15%10%5%030%No.092023表7 自耗电、供热占比与减排的关系节能量节能率811.24.92%102.20.65%-606.8-4.02%-1315.8-9.16%1838.810.49%1129.86.72%420.82.61%-288.2-1.87%2 866.415.45%2157.412.09%1 448.58.45%739.54.50%3 894.119.89%3185.116.88%2.476.113.64%1 767.110.13%4.921.723.89%4212.721.17%3503.718.26%2794.715.12%标。根据不同季节、不同时段的运行特性，绘制过渡季、制冷季、供热季、月度、日运行的控制基准曲线，通过监控和调节达到减排目标。图2 是控制目标为减排10%的控制图，运行线右下方为运行达标区，表明可以减排10%以上，运行线左上方则减排率10%的控制线运行不达标区50%70%供热占比图2 减排目标控制图减排量-1 135.7-2.199.2-3 262.7-4 326.2654.2-409.3-1 472.7-2 536.22 444.21380.7317.2-746.34 234.13 170.62 107.21043.76024.14.960.63.897.12833.6运行达标区90%减排率-4.59%-9.29%-14.43%-20.07%2.47%-1.61%-6.03%10.87%8.63%5.07%1.21%-2.97%14.06%10.92%7.53%3.88%18.88%16.09%13.09%9.87%节能工程与经济1362ENERGY SAVINGENGINEERING AND ECONOMY上海节能基于区域能源场景的燃气分布式供能系统减排实绩分析节能工程与经济SHANGHAIENERGYSAVINGENERGY SAVINGENGINEERINGAND ECONOMY是不达标区。4总结和展望上述分析表明，即使在普遍使用清洁能源的城市，天然气分布式供能仍具有显著的节能减排优势。本文所分析的系统在大型区域供能场景中的应用，年度运行节能率超过14%，基于上海电力超低排放因子仍有7.7%的CO2减排率，优化运行后减排率有望超10%，全供热模式下可达18%以上。由此可见，天然气分布式供能在城市建筑领域中仍将有较大的发展空间，在实现“双碳”目标进程中发挥积极作用。参考文献1清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告（2 0 2 2年公共建筑专题）.2】生态环境部.关于做好2 0 2 3-2 0 2 5年发电行业企业温室气体排放报告管理有关工作的通知。3上海市生态环境局.关于调整本市温室气体排放核算指南相关排放因子数值的通知（沪环气 2 0 2 2 3 4 号).(上接封三)上海市松江区经济委员会主任陈超在致辞中表示：“加快构建绿色低碳产业经济体系，是松江区当前和今后很长一段时间内的重要产业使命之一。松江区将持续瞄准国际先进科创能力和产业体系，做强新能源电力装备产业集群，培育壮大新能源汽车、太阳能光伏、风电、核电、氢能、循环再制造等新动能，在长三角更高质量一体化发展中彰显新作为。”美克生能源创始人兼董事长魏琼为活动致辞：“美克生能源是一家生在上海，被上海抚养长大的公司，得益于上海的政策、上海的扶持、上海的环境，我们成长为储能安全与数字能源领域的双独角兽企业。感谢政府对储能企业发展的大力支持，感谢时代赋予我们的宝贵机会。储能产业的创新发展，非常依赖宏观的引导，也非常依赖微观的践行，非常依赖央国企的大布局，也非常依赖民企的深落地。储能生态各要素，政府机构、央国企、民企，需要充分地协作，各司其职又资源互补，才能下好储能这盘棋。希望通过论坛的充分交流，大家可以互通经验，把手拉得更紧，把心贴得更近，把共同的储能事业做深做精，共同基于上海的绿色沃土，为国家“双碳 目标担责、献力。”论坛中，上海市能效中心副主任秦宏波带来“上海市绿色低碳新赛道政策解读”主旨分享，从政策层面，为参会企业进一步厘清上海储能产业的发展方向与标准。申能集团投资管理部副总经理朱佳琪带来新型电力系统背景下储能的应用与发展”主题分享，强调多能互补与新型储能应用趋势。网侧代表上海电气集团新能源发展部部长张洪斌带来“电网侧储能市场化运营趋势”主题分享，推动挖掘储能潜力，促进储能市场化运营。荷侧代表美克生能源总裁刘双宇带来“用户侧储能商业模式创新及能源聚合管理”主题分享，洞悉储能商业模式，以数字化技术助力能源聚合增值管理。刘双宇在分享中提出，随着“能耗双控”向“碳排放双控”的绿色发展主基调转变，储能在用户侧的应用价值进一步凸显，美克生能源基于市场实际需求，推出储能资产投资方案与数字能源聚合增值方案，一方面能够缓解企业绿色转型压力，另一方面通过“电能碳”聚合管理，助力用户侧全面降碳。论坛举办以“聚焦零碳经济,共谋储能发展”为主题的大咖巅峰对话环节,该环节由中国国际商会可持续发展委员会执行秘书长张琪主持，上海市发展改革研究院能源环境研究所所长张瀚舟、上海质量管理科学研究院院长魏玉剑、美克生能源数字能源技术副总裁付海明等作为对话嘉宾,分别从宏观能源发展、中观产业转型、微观技术应用以及未来市场交互等方面展开分享。（来源：人民网）2023年第0 9 期SHANGHAIENERGY SAVING1363