天然气分布式能源在工业园区中的应用

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摘要

工业园区作为现代产业集聚区，其能源供应的高效、稳定和可持续性对园区的长期发展至关重要。随着天然气分布式能源技术的不断进步和应用，为工业园区提供新的能源解决方案。该文结合工程实例，将深入探讨工业园区天然气分布式能源的技术特点，并分析其如何在能源站体系中发挥关键作用，以满足园区内企业对气、热、电的综合需求，同时推动工业园区的绿色、低碳和高效发展。

关键词：工业园区；天然气分布式能源；一站三供；技术特点；发展

——以下为正文——

天然气分布式能源是一种将天然气作为主要燃料，通过热电联供或冷热电三联供等方式，在用户端实现能源高效利用的系统[1]，其打破了传统能源供应模式中发电、供热、制冷等系统相互独立的局面，实现了多种能源形式的统一供应和梯级利用。天然气分布式能源以其高效、环保、灵活的特点，逐渐成为工业园区能源供应的重要选择。

天然气分布式能源的发展历程可以追溯到20世纪70年代，当时欧美国家开始关注能源利用效率和环境保护问题，推动了分布式能源系统的研究和发展。随着技术的不断进步和天然气资源的日益丰富，天然气分布式能源在全球范围内得到了广泛应用。我国天然气分布式能源的发展虽然起步较晚，但近年来在政策支持和市场需求的推动下，也取得了显著进展。

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工业园区供能方式确定

工业园区作为推动经济增长和产业升级的重要平台，其能源供应体系的完善与否直接关系到园区的竞争力和可持续发展。传统的能源供应模式往往存在效率低下、环境污染严重等问题，已难以满足现代工业园区对能源高效、环保、可靠的多重需求。因此，探索并应用新型能源供应技术成为工业园区发展的重要方向。

天然气分布式能源技术以其高效、清洁、灵活的特点，在工业园区能源供应领域展现出巨大的应用潜力。该技术通过燃气轮机、内燃机等设备将天然气转化为电能和热能，实现能源的梯级利用，大大提高了能源利用效率。同时，天然气作为清洁能源，其燃烧产生的污染物较少，有助于改善环境质量[2]。

在此背景下，本案例选取的是江西某大型工业园区的能源站项目，建设项目土地面积为17668km2。根据现场调研，工业园区内存在大量分散燃煤小锅炉，总计蒸汽负荷为55.5t/h。这些分散小锅炉绝大多数单台容量都为10t/h及以下，锅炉热效率较低、环保设施落后、无法进行有效监管，并且存在运行安全隐患，造成较大的能源浪费。该工业园区聚集了众多能源密集型企业，对电力、热力和燃气等能源需求量大且稳定。根据园区低产量、次高峰、高峰期时用电量调研，最小用电负荷为5200kW，采用“以电定热”“并网不上网”的原则，根据市场常用机型选择，选用2×2MW燃气轮机进行发电，满足基本用电负荷，不足电力由市电补充，燃气轮机长期满负荷运行，可以提高能源综合利用率，燃气轮机天然气分布式能源系统如图1所示。根据实际负荷情况，逐步开启燃气锅炉进行调峰。

图1 燃气轮机天然气分布式能源系统

项目建设规模2×2MW燃气轮机和2×7t/h余热锅炉，以及2×10t/h和2×20t/h的蒸汽锅炉调峰，除管道气外，本项目应急保供气源装置区设计规模为1.0×104Nm3/h，气源的LNG来自周边LNG液化工厂，可保证锅炉和园区用气设备连续供气约3h。

分布式能源系统设计热负荷总量为14t/h，燃气轮机单机功率输出为2000kW。

联供系统的年平均能源综合利用率计算：

式中：v为年平均能源综合利用率，%；W为年净输出电量，kWh；Q₁为年余热供热总量，MJ；B为年燃气总耗量，Nm³；Q_L为燃气低位发热量，MJ/Nm³。

本分布式能源站年净输出电量2707.2万kWh，年蒸汽供热总量25399.6万MJ，年燃气总耗量1301.8万Nm³，燃气热值8282.67kcal/Nm³，即34.67MJ/Nm³，代入以上数据计算得年平均能源综合利用率为77.9%。这满足GB51131—2016《燃气冷热电联供工程技术规范》中第1.0.4条规定：联供系统的年平均能源综合利用率应大于70%。

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工业园区分布式能源站投资及收益分析

该分布式能源站建设后能够有效提高工业园区的能源利用效率和经济效益且显著减少了污染物的排放和对环境的影响，符合可持续发展的要求。

2.1 工业园区分布式能源站项目投资

项目建设资金按照企业自有资本金30%，银行贷款70%考虑。经计算建设项目总投资9086.89万元，其中建设投资估算8720.05万元，建设期利息48.20万元，铺底流动资金估算318.63万元。建设项目总投资构成见表1。

表1 建设项目总投资构成表

2.2 项目收益分析

评价基础数据如下。

1）建设期（非经营期）1a+经营期20a=21a。

2）天然气采购价：2.25元/m³（含税价，余同），总量：3888×104m³/a；销售价：2.45元/m³，销售量：3888×104m³/a。

3）供热量及单价。单价：231元/t，运营期第一年供热量：31.68×104t/a；运营期第二年至运营期末供热量：41.76×104t/a。

4）发电量及单价。销售价：0.6193元/kWh。发电量：2707.2×104kWh/a。

5）原辅材料数量及单价。水采购价3.36元/t，65.02×104t/a；工业盐采购价300元/t，0.03×104t/a。

6）燃料及动力数量及单价。燃料气采购价2.25元/m³，3974.4×104m³/a；电采购价0.6193元/kWh，456.4×104kWh/a。

7）人工成本：新增定员45人，人均年成本6.6万元。

8）固定资产折旧费用：折旧采用直线法，固定资产折旧15a，残值率为5%；递延及其他资产按5a，残值率为0。

9）修理费：按固定资产原值的2%计取。

10）安全生产费用：依据《关于印发〈企业安全生产费用提取和使用管理办法〉的通知》（财资〔2022〕136号）文件规定计取。

11）其他制造费用：按修理费的30%计取。

12）其他管理费用：按职工工资的40%计取。

13）其他营业费用：按营业收入的1%计算。

14）盈余公积金：按税后利润的10%计提。

15）增值税：蒸汽、天然气、水9%，电、设备及工器具、工业盐13%，建筑、安装服务9%，其他服务6%。

16）附加税及企业所得税：城市维护建设税5%，教育费附加3%，地方教育费附加2%，企业所得税25%。

17）项目基准折现率按8%计。

依据以上测算基础数据计算项目年均营业收入18891.83万元，年均净利润628.77万元，主要损益指标汇总表见表2。

表2 主要损益指标汇总表

2.3 项目盈利能力分析

主要测算得出项目所得税前财务内部收益率为13.12%，所得税后财务内部收益率为10.42%，均高于行业基准收益率（8%），项目投资回收期9.62a。主要盈利能力指标见表3。

2.4 项目风险分析

2.4.1 盈亏平衡分析

根据图2盈亏平衡点可知，项目运营率需达到设计规模的71.62%时，企业就可以保本，说明项目具有一定的抗风险能力。

盈亏平衡点BEP（生产能力利用率）＝年固定成本/（年营业收入－年销售税金－年可变成本）×100%。

表3 主要盈利能力指标汇总表

图2 盈亏平衡点

2.4.2 敏感性分析

根据该项目的一些不确定因素，作了所得税后全部投资的敏感性分析，基本方案所得税后财务内部收益率为10.42%，净现值1536.31万元。考虑项目实施过程中一些不确定因素的变化，分别对建设投资、经营成本、销售价格和生产负荷作了提高和降低10%、20%和30%的因素变化对内部收益率的敏感性分析。具体见表4和图3。

表4 敏感性分析表（单位：%）

图3 敏感性分析图

由表4和图3可知，各种因素不同程度影响财务盈利指标，其敏感性大小依次为销售价格、经营成本、生产负荷和建设投资。因此，必须确保销售价格、加强成本控制、提高产量和降低建设投资支出，才能取得基本的经济效益。

2.5 与传统供热供电方式比较

本分布式能源站通过自建应急保供气化站，满足其能源站燃料用气及园区用气设备用气，又同时生产电能和热能，实现了能源的高效利用。其经济效益主要体现在以下几个方面。能源成本降低：通过热电联产，园区可以从单一的能源购买者转变为能源的生产者和消费者，从而降低了能源成本。能源利用效率提高：消耗天然气发电的同时充分利用余热产蒸汽，提高能源利用效率。运营成本降低：由于热电联产能源站可以集中供热和供电，减少了分散式能源供应所需的设备和人力成本，降低了运营成本。

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社会效益分析

3.1 节能减排

该分布式能源站在节能减排方面也取得了显著的成效。根据表5[3]标准煤污染物排放因子计算，本工程节约标煤34856t/a，CO₂减排85746t/a，碳减排23702t/a；SO₂减排2614t/a；NO_X减排1307t/a；烟尘减排23702t/a。这些减排量的实现，不仅为企业节省了能源消耗成本，也为环境保护作出了巨大贡献。

表5 标准煤污染物排放因子

3.2 环境保护

在环境保护方面该分布式能源站也采取相应的有效措施。首先，调峰用的蒸汽锅炉采用超低氮燃气蒸汽锅炉，应用了FGR烟气再循环技术减少NO_X的生成。氮氧化物排放量小于等于30mg/m³，确保了烟气达标排放。其次，燃气轮机采用干式低排放燃烧室，符合国家环保要求(≤30ppm），进一步保障了烟气排放的达标。

在噪声控制方面，项目考虑了声音在空气传播中的衰减，通过合理布局和采取降噪措施，使辐射至厂界处的噪声达到GB12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》“2类”标准。此外，项目还注重绿化建设，绿地面积达到3515.93m²，绿地率19.90%，有效改善了厂区环境。

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结束语

天然气分布式能源系统以其高效、灵活的特点，为工业园区带来了显著的经济效益。通过减少能源传输损失，提高能源利用效率，降低运营成本等方式，该系统为园区内的企业提供了稳定、可靠的能源供应，同时降低了能源成本，提高了企业的竞争力。除了经济效益外，天然气分布式能源系统还在减少污染物排放、改善环境质量等方面表现出色，其作为一种清洁、高效的能源供应方式，有助于推动工业园区的绿色低碳发展，提升园区的整体形象和社会责任感。同时天然气分布式能源系统的建设增强了工业园区的能源安全和供应稳定性。

随着太阳能、风能、氢能等新能源技术的不断发展，如何将这些新能源技术与现有的能源供应体系相融合，提高工业园区的能源自给能力和环保水平，也是未来研究的重要方向之一，期望为工业园区的可持续发展提供更有力的支持和保障。

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来源：《科技创新与应用》，作者易文清、孙雷