傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)是采用大容量設(shè)備、集中生產(chǎn)，然后通過專門的輸送設(shè)施（大電網(wǎng)、大熱網(wǎng)等）將各種能量輸送給較大范圍內(nèi)的眾多用戶。而分布式能源系統(tǒng)則是直接面向用戶，按用戶的需求就地生產(chǎn)并供應(yīng)能量，以小容量、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近，不僅可以省去長途輸送設(shè)備及管網(wǎng)建設(shè)，還能提高供能可靠性，優(yōu)化供能系統(tǒng)，降低輸送能耗。

由于分布式能源系統(tǒng)是分散供能，單機功率較小，相對電廠單機功率有百萬千瓦以上、單廠功率近千萬千瓦而言，單機的發(fā)電效率比不上后者。分布式能源系統(tǒng)通過能源系統(tǒng)的梯級利用，使能源綜合利用效率從常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的40%左右提高到80%左右，能源梯級利用效率達到70%以上，節(jié)能率達到20%~40%，能大量節(jié)省一次能源，能源梯級利用示意圖如圖0-1。

　　
圖0-1能源梯級利用示意圖

在我國，燃料結(jié)構(gòu)長期以煤為主，大約占70%，火力發(fā)電以燃煤為主，能源利用率低下，僅為40%左右，硫化物、粉塵等的排放嚴(yán)重污染環(huán)境，影響人類身體健康。隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，天然氣作為優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、高效環(huán)保的清潔能源逐步成為社會生產(chǎn)及生活用能的發(fā)展方向。目前，很多地方的電力供應(yīng)和燃?xì)馐褂么嬖诓痪?、不匹配的現(xiàn)象，夏季電力高峰時，電力企業(yè)往往會采取拉閘限電的措施以保障居民的正常生活用電，而此時的燃?xì)赓Y源卻得不到充分利用，到了冬季情況正好相反。因此，如果能夠均衡電力發(fā)展和燃?xì)夤?yīng)，實現(xiàn)削峰填谷，提高能源利用率，對緩解電力緊張，對能源事業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

分布式能源是解決能源與環(huán)境問題、大力推進節(jié)能減排和科學(xué)用能的重要技術(shù)途徑，是構(gòu)建未來新一代能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是能源可持續(xù)發(fā)展的重要保障。分布式能源系統(tǒng)可以結(jié)合利用太陽能、風(fēng)能、燃料電池等多種能源形式，通過綜合運行策略，使系統(tǒng)的運行高效、節(jié)能。燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)因其技術(shù)成熟、可靠、投資相對較低，已經(jīng)在國際上得到了迅速地推廣。

燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)（Combined Cooling ，Heating and Power，CCHP）是指以天然氣為主要燃料，驅(qū)動燃?xì)廨啓C或內(nèi)燃機發(fā)電機等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運行，產(chǎn)生的電力滿足用戶的電力需求，系統(tǒng)排出的廢熱通過余熱回收利用設(shè)備（余熱鍋爐或者煙氣直燃機等）向用戶供熱、供冷。常規(guī)的燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)工藝流程圖如圖1-1。

　　圖1-1燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)工藝流程圖

效益好等優(yōu)點，是天然氣高效利用的重要途徑。燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)符合總用能系統(tǒng)的“梯級利用”的準(zhǔn)則，通過能源梯級利用的方式，滿足用戶電、冷、熱、蒸汽、生活熱水等各種負(fù)荷的需求，在系統(tǒng)提供多種負(fù)荷的工作過程中，使得天然氣的熱能被逐級利用。

采用天然氣做燃料，能減少有害物的排放總量，SO2和固體廢棄物排放幾乎為零，溫室氣體CO2減少50%以上，NO2減少80%，總懸浮顆粒物減少95%，具有明顯的減排效果，也為我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來帶來重大變革。

燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)是布置在用戶端的能源系統(tǒng)，大大簡化輸配電系統(tǒng)，減少了輸送能耗，供電可靠性有保障。與利用太陽能、風(fēng)能、水能等受地理氣候等條件影響相比，供能安全及可靠性方面具有較高的靈活性，可與城市電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行。當(dāng)公用電網(wǎng)故障時，馬上啟動切換運行，向用戶供電，緩解電網(wǎng)壓力。

燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)作為一種新型的能源利用方式，在美國、歐洲、日本等許多發(fā)達國家已被廣泛的推廣應(yīng)用。發(fā)達國家政府通過規(guī)劃引領(lǐng)、技術(shù)支持、政策優(yōu)惠以及建立合理的價格機制和統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，有效地推動分布式能源的發(fā)展。燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉醋鳛榉植际侥茉聪到y(tǒng)的主要方式，在整個能源系統(tǒng)中占比不斷提高，取得了顯著效果。我國雖然起步較晚，隨著國家的不斷重視，已經(jīng)從北京、上海、廣州等少數(shù)幾個城市逐步進入到實質(zhì)性開發(fā)推廣階段，有了很大的發(fā)展。

燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)按照原動機的不同分為三種類型，即燃?xì)廨啓C系統(tǒng)、燃?xì)鈨?nèi)燃機系統(tǒng)、微燃機系統(tǒng)，表1-1為各種發(fā)電設(shè)備的主要特點。

表1-1  發(fā)電設(shè)備的主要特點

燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉吹膭恿ρb置主要使用燃?xì)廨啓C和內(nèi)燃機。與燃?xì)廨啓C相比，內(nèi)燃機發(fā)電效率較高，電熱比較大，部分負(fù)荷性能好。因此如果燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)對電力需求較多或經(jīng)常處于低負(fù)荷運行時，應(yīng)優(yōu)先考慮內(nèi)燃機。內(nèi)燃機的缸套水溫度和排氣溫度較低，而燃?xì)廨啓C的排氣溫度較高且流量大，因此如果用戶對熱量需求較大且對熱量的要求較高時，燃?xì)廨啓C具有很大的優(yōu)勢。從價格來看，燃?xì)鈨?nèi)燃機造價會便宜一點。目前，內(nèi)燃機在較小容量的燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)中占有一定優(yōu)勢，而燃?xì)廨啓C在規(guī)模較大的系統(tǒng)中具有吸引力。

該項目位于上海市松江區(qū)，由上海斐訊數(shù)據(jù)通信技術(shù)有限公司投資建設(shè)?；啬蟼?cè)有文合路與松江城區(qū)聯(lián)系，東至為斐訊數(shù)據(jù)通信技術(shù)有限公司總部一期地塊，北至面丈港河，西至為待開發(fā)地塊，作為該項目二期儲備地塊，也為辦公用地?；氐貏萜教梗姓O(shè)施完善。一期工程占地54493.3平方米，總建筑面積125612.5平方米，含1#2#3#及地下室四個部分，其中1#樓為一類高層建筑，地上11層，主要功能為辦公及展覽；2#樓為一類高層建筑，地上8層，主要功能是數(shù)據(jù)中心；3#樓為多層建筑，地上5層，主要功能為辦公和會議；地下為一層，主要功能是汽車庫和設(shè)備用房，其中包括設(shè)計等級為核6級、常6級的人防地下室16627平方米。

3.1  室外空氣計算參數(shù)

按照業(yè)主設(shè)計任務(wù)書，該工程2號樓功能確定為數(shù)據(jù)中心，由于數(shù)據(jù)機柜常年散熱，冷負(fù)荷巨大，需要24小時不間斷制冷以維持機柜的正常運行。在該項目立案及可行性研究之后，明確本項目采用燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)，以減少該項目對城市電網(wǎng)的沖擊及過度依賴，緩解市政電網(wǎng)壓力，提高數(shù)據(jù)機柜運行的安全性及可靠性。

根據(jù)數(shù)據(jù)中心的工藝布置，該數(shù)據(jù)中心大樓擬放置3000臺數(shù)據(jù)機柜，每臺機柜的耗電量為4.5KW，PUE值為1.6，則數(shù)據(jù)中心大樓空調(diào)冷負(fù)荷可按3000x4.5=13500KW考慮，全年穩(wěn)定，該項目各單體設(shè)計計算負(fù)荷匯總詳見表4-1。

表4-1 設(shè)計負(fù)荷匯總表

根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）第8.9.2條，采用燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)時，以冷、熱負(fù)荷確定系統(tǒng)發(fā)電量。這里提到的冷、熱負(fù)荷不是指設(shè)計冷、熱負(fù)荷，而應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟技術(shù)比較后，選取相對穩(wěn)定的基礎(chǔ)冷、熱負(fù)荷，這對于整個建筑來說具有很好的經(jīng)濟效益。一期工程若按照總冷負(fù)荷來確定燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)的容量，則選擇四臺功率為4300kW天然氣內(nèi)燃發(fā)電機組，對應(yīng)的余熱溴化鋰機組制冷量為5000KW，系統(tǒng)總裝機規(guī)模17200kW，總制冷量20000 kW。在夏季，4套機組正常運行，滿足整個項目供冷、供電需求；在冬季，4套機組正常運行，其中3套余熱溴化鋰機組給數(shù)據(jù)中心供冷、1套余熱溴化鋰機組給辦公樓供熱，滿足系統(tǒng)冷、熱、電需求。對于過渡季節(jié)，此能源系統(tǒng)就不能充分利用。在春季和秋季，除了數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定冷負(fù)荷，1#和3#辦公樓甚至沒有冷熱負(fù)荷需求，就會使整個系統(tǒng)處于低效運行狀態(tài)或部分停運狀態(tài)，降低了系統(tǒng)的效率和使用率，機房占地及系統(tǒng)投資也比較大，不能充分體現(xiàn)燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)的優(yōu)越性。

該工程以數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷負(fù)荷13500 KW為基準(zhǔn)，配置三臺功率為4300kW天然氣內(nèi)燃發(fā)電機組，對應(yīng)的余熱溴化鋰機組制冷量為5000KW，系統(tǒng)總裝機規(guī)模12900 kW，總制冷量15000 kW。發(fā)電機組發(fā)出的電力供內(nèi)部使用，發(fā)電同時產(chǎn)生的煙氣和缸套水由余熱溴化鋰機組轉(zhuǎn)換后向數(shù)據(jù)中心提供冷負(fù)荷，使整個系統(tǒng)一直處于高效穩(wěn)定的運行狀態(tài)，也能降低系統(tǒng)的初投資。數(shù)據(jù)中心電力及冷負(fù)荷優(yōu)先由分布式供能系統(tǒng)提供，電力和冷負(fù)荷不足部分由市電和電制冷機組提供。本工程燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)流程圖如圖4-1。

　　圖4-1燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)流程圖

另外，為保障數(shù)據(jù)機柜常年24小時運行的可靠性，考慮到市政燃?xì)夤收匣騼?nèi)燃機檢修時需要由其他方式提供制冷，該工程設(shè)置了2臺400RT螺桿式冷水機組和3臺1600RT離心式冷水機組（其中1臺為備用）。當(dāng)燃?xì)夤收蠒r開啟兩大兩小四臺冷水機組，總制冷量約為14000KW供數(shù)據(jù)中心使用，此制冷總量也能滿足項目二期的投入運行。由于分布式能源系統(tǒng)的總裝機規(guī)模僅滿足數(shù)據(jù)中心的供電、供冷需求，不能同時滿足辦公樓的制冷、制熱需求，所以冷水機組均采用雙工況機組，給辦公制冷時，供回水溫度為6℃/12℃，給數(shù)據(jù)中心供冷時，供回水溫度為12℃/18℃。另外配置2臺2100KW的熱水真空鍋爐供一期辦公樓冬季空調(diào)使用，鍋爐房內(nèi)預(yù)留機組安裝空間便于項目二期的擴容。由于峰谷電差價的政策，白天用電高峰期，采用燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)給數(shù)據(jù)中心供冷，僅開啟一大一小兩臺冷水機組供一期辦公使用；晚上電價低谷期，采用電制冷機給數(shù)據(jù)中心制冷，開啟兩大兩小四臺冷水機組。

空調(diào)系統(tǒng)的運行策略，需要綜合考慮空調(diào)設(shè)備性能、是否存在峰谷電價，是否有燃?xì)鈨?yōu)惠條件、是否存在節(jié)能補貼等因素。

另外，新的《上海市天然氣分布式供能系統(tǒng)和燃?xì)饪照{(diào)發(fā)展專項扶持辦法》中對分布式供能項目按照1000元/kW給予設(shè)備投資補貼，對年平均能源綜合利用效率達到70%及以上且年利用小時在2000h及以上的分布式供能項目再給予2000元/kW的補貼。每個項目享受的補貼金額最高不超過5000萬元。燃?xì)夤?yīng)企業(yè)要優(yōu)先保障天然氣供應(yīng)，實施優(yōu)惠氣價。

在充分評估以上原則之后，該項目具體的系統(tǒng)運行控制策略見下表5-1。

　　表5-1  分布式能源系統(tǒng)運行控制策略及故障應(yīng)對策略

電網(wǎng)、氣網(wǎng)、供能模塊均正常 電價峰、平時段，3臺發(fā)電機組滿負(fù)荷發(fā)電運行且市電同時供電，市電僅保持最低輸入狀態(tài)；電價谷時段，發(fā)電機組停機，由市電提供全部電力 電價峰、平時段，由溴化鋰機組供冷；電價谷時段，電制冷機組供冷。

電網(wǎng)正常 氣網(wǎng)正常，供能模塊有一套故障：

未發(fā)生故障的2套供能模塊運行發(fā)電，由市電補充不足電負(fù)荷 正常運行的發(fā)電機組對應(yīng)2臺溴化鋰機組制冷，供數(shù)據(jù)中心使用，不足部分由電制冷機組補充。

氣網(wǎng)正常，供能模塊有兩套及以上故障：

未發(fā)生故障的供能模塊滿負(fù)荷運行，由市電補充不足電負(fù)荷 正常運行的發(fā)電機組對應(yīng)的溴化鋰機組運行制冷，啟動辦公樓電制冷機組為數(shù)據(jù)中心補充冷量。

氣網(wǎng)故障 市電供應(yīng)全部電負(fù)荷：

啟動辦公樓電制冷機組為數(shù)據(jù)中心補充冷量，辦公樓停止供冷。

電網(wǎng)故障 氣網(wǎng)、供能模塊均正常：

發(fā)電機組提供數(shù)據(jù)中心全部電負(fù)荷 溴化鋰機組滿負(fù)荷運行為數(shù)據(jù)中心供冷。

氣網(wǎng)正常、供能模塊有1套故障：

未發(fā)生故障的2套供能模塊運行發(fā)電，起動柴油發(fā)電機組補充不足電負(fù)荷 正常運行的發(fā)電機組對應(yīng)2臺溴化鋰機組制冷，供數(shù)據(jù)中心使用，另一臺補燃型溴化鋰機組由燃?xì)鈫庸├洹?br>

氣網(wǎng)正常、供能模塊有2套故障：

未發(fā)生故障的供能模塊滿負(fù)荷運行，啟動柴油發(fā)電機組補充不足電負(fù)荷 正常運行的發(fā)電機組對應(yīng)的溴化鋰機組運行，另兩臺補燃型溴化鋰機組由燃?xì)鈫庸├洹?br>

電網(wǎng)、氣網(wǎng)均故障 全部由柴油發(fā)電機組供電：

啟動辦公樓電制冷機組為數(shù)據(jù)中心供冷，辦公樓停止供冷。

該工程以數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷負(fù)荷來確定分布式能源系統(tǒng)的裝機容量，結(jié)合上述表格的運行策略，可以計算得到，系統(tǒng)最大年利用小時數(shù)為365x16=5840h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2000h，系統(tǒng)能保證很高的滿負(fù)荷運行小時數(shù)，使發(fā)電機組運行在發(fā)電效率較高的工況。發(fā)電機年滿負(fù)荷運行小時數(shù)越高，系統(tǒng)投資經(jīng)濟性越明顯。也滿足《燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程技術(shù)規(guī)程》中明確要求裝機規(guī)模小于等于15MW的燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)的年平均能源綜合利用率大于70%的要求，實現(xiàn)余熱的梯級利用。通過合理利用調(diào)峰設(shè)備和調(diào)峰方式，提高了數(shù)據(jù)中心供電、供冷的穩(wěn)定性，根據(jù)用戶負(fù)荷的變化，在保證發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備及余熱利用設(shè)備得以充分利用的前提下，實現(xiàn)費用最低的調(diào)峰運行模式，大大提高項目的經(jīng)濟效益。

燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)經(jīng)濟性的實現(xiàn)有賴于最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)自發(fā)電以及發(fā)電余熱的利用效率，因此在燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)設(shè)計中需要注意以下幾個問題：

1）需要緊密結(jié)合建筑功能，分析冷、熱負(fù)荷的特點，特別是過渡季負(fù)荷的變化。全面、準(zhǔn)確、細(xì)致的負(fù)荷分析是燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)設(shè)計的必要條件，如果對建筑的負(fù)荷計算不夠細(xì)致，就會對系統(tǒng)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。

2）應(yīng)根據(jù)供能對象的冷、熱、電負(fù)荷特性確定發(fā)電設(shè)備容量，一般以熱定電為原則。以熱定電是保證發(fā)電機組余熱在基本全部被利用的情況下確定發(fā)電機組容量，發(fā)電和余熱量與需求匹配良好，沒有過度的發(fā)電能力或余熱量的浪費，此時可以實現(xiàn)最大的綜合能源利用效率。按照以電定熱模式設(shè)計的系統(tǒng)一般將導(dǎo)致發(fā)電機組裝機容量偏高，能源的綜合能源利用效率不能達到最高。

3）要認(rèn)真研究國家層面及地方政府出臺的鼓勵燃?xì)夥植际侥茉窗l(fā)展的支持政策，包括天然氣價格優(yōu)惠、稅收優(yōu)惠政策、財政補貼、上網(wǎng)電價等問題，以此作為系統(tǒng)運用及運行的先決條件。

在數(shù)據(jù)中心項目中，存在常年穩(wěn)定的電力及制冷需求，燃機的余熱能被充分利用，能保證較高的滿負(fù)荷運行小時數(shù)，這為燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)提供了很好的運用條件。通過設(shè)備容量的合理選擇、運行策略的精心制定，系統(tǒng)的高效性、安全性、經(jīng)濟性等優(yōu)點都能很好的體現(xiàn)出來，這為燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)在數(shù)據(jù)中心項目的推廣提供了良好的應(yīng)用前景。