“新城建”优秀案例：智能调峰，助力生态型大学城建设
案例单位：广州大学城能源发展有限公司
根据《住房和城乡建设部 中央网信办 科技部 工业和信息化部 人力资源社会保障部 商务部 银保监会关于加快推进新型城市基础设施建设的指导意见》（建改发〔2020〕73号）文件精神，广州贯彻落实加强新基建和新型城镇化建设的决策部署。成为第一批新城建试点城市后，市政府印发《关于加快推进广州市新型城市基础设施建设的实施方案通知》（穗府办函〔2020〕99号），要求推动市政基础设施智慧化，突出项目建设成效。
广州大学城能源发展有限公司积极响应新城建要求，结合《广州市城市信息模型（CIM）平台建设试点工作方案》和《“穗智管”城市运行管理中枢建设工作方案》要求，建立了分布式能源系统设计系列化、模块化标准，实现了天然气能源的电、热、冷及生活热水的梯级利用。高标准服务生态环保集约型大学城建设，创造洁净、优美的生活和学习环境；起到良好的调峰作用，受到大学城区域10所大学及各级政府的高度好评及充分肯定。
一、分布式能源系统介绍
分布式能源系统是以“效益规模”为法则的第二代能源系统，其中，天然气为燃料的分布式能源系统，以热电冷三联供，实现能源梯级利用，同时系统就近建于能源用户端，大幅度提高能源转换效率和减少能源输送损失，为用户提供清洁、优质、可靠的冷、热、电能源，在当前加快能源结构调整和加大节能减排力度的新形势下，发展天然气分布式能源系统具有十分重要的意义。随着我国经济社会快速发展，城镇化的迅速推进和作为城镇主体形态的城市群空间格局的形成，以及人民生活水平的提高，建设资源节约型和环境友好型社会的思想深入人心和全面落实，而分布式能源系统优势明显，将会得到迅速发展。
（一）有利于优化能源结构。
我国是以煤为主的能源生产和消费大国，在一次能源中煤炭占70%左右。过度依赖煤炭的能源结构，造成我国能效水平不高、污染严重、铁路公路运输不堪重负、安全事故多发，而且承受越来越大减排二氧化碳的国际压力。加快非煤能源发展、努力降低煤炭占一次能源的比例，是当前和今后一个时期国家能源战略的重要目标。从我国目前非煤能源资源条件看，天然气具有的资源量不断提高、输送损耗低、清洁环保、经济性逐步提高等特点，决定了天然气分布式能源站具备大发展条件，是规模化替代煤炭、优化能源结构最为现实的选择。
（二）有利于提高能源综合效率。
传统火电的能源综合利用效率只有 40~50%，分布式供能系统的能源综合利用效率可达到70%以上。燃气锅炉直接供热的效率虽然能达到90％，但是它的最终产出能量形式为低品位的热能，而分布式供能系统中有45％左右的高品位电能产出。因此分布式供能系统的能源综合利用效率比传统的大电网供电和燃气锅炉直接供热的传统供能方式有大幅度提高。
（三）有利于电力和燃气削峰填谷。
近年来，城市电力和天然气需求快速提高，但负荷时间分布极不均衡，昼夜和夏冬季节峰谷差别很大。为保障有效供给，城市一般是以全年最大燃气负荷建设储气装置，由于季节峰谷差较大，储气容量很大，带来了峰期供气短缺、谷期大量燃气资源闲置浪费等问题。而电力具有瞬时供需平衡的特征，为了保证电力供给，一方面要增加调峰电源以提高供电能力，另一方面要调节电力需求，主要是通过实施峰谷差别电价等政策，鼓励用户高峰少用电、低谷多用电，以达到削峰填谷的目的。发展天然气分布式能源站，对于地区天然气和电力削峰填谷、平稳运行十分有利，主要体现在电力和天然气季节峰谷差的互补调剂上。城市电力需求的高峰期在夏季，天然气需求的高峰期在冬季。天然气分布式能源站在夏季多用天然气发电、供冷，在增加电力供给的同时还减少了空调用电，不仅有力地缓解了夏天电力供给不足的矛盾，也可增加天然气消费，缓解夏季天然气过剩的矛盾。
（四）提高供能安全性。
目前，国内供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统，在电网中一点故障所产生的扰动都可能对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积的停电甚至是全网崩溃。
2008 年我国的低温雨雪冰冻灾害和近年来美国、东南亚地区发生的大面积停电事故，不断提醒人们能源安全的重要性。分布式能源站可以灵活分布，就近建设，直接面对能源用户，在提高能源利用率的同时，也相当于为用户增加了一路供电、供冷和供热的途径，在出现突发事件时可以确保安全供电，减缓了电力供应对集中供能系统的过分依赖，提高了用户用能的安全性，可作为城市大电网的有益补充。
二、广州大学城能源站概况
广州大学城分布式能源站（下称：能源站）项目，是2004年，广东省委勇于改革创新，为实现能源梯级利用，提高能源利用效率，以“安全、高效、节能、环保、低碳”的理念，而统一规划建设的全国首个分布式能源站，是广东省循环经济试点项目，由华电福新能源股份有限公司和广州大学城能源发展有限公司按股比55%、45%出资成立的广州大学城华电新能源有限公司负责能源站的投资、建设及运营管理，项目建设规模为156MW，总投资73591.6万元，在2009年10月正式投产运营以来，得到了国家发改委等部委及各省市能源系统的高度关注，并在全国实施推广，为我国高效利用天然气及能源梯级利用提供了新的思路，具有深远的社会意义、政治意义、民生意义。
三、生产工艺流程和设备参数
（一）生产工艺。
能源站以燃烧天然气作为动力，驱动发电机发电，利用余热产生蒸汽驱动汽轮发电机发电。
主要生产工艺流程如下：燃烧天然气产生烟气——驱动燃气轮机——带动配套发电机发电——热烟气进入余热锅炉生产蒸汽——蒸汽轮机发电（部分蒸汽供制冷、制生活热水）——低温烟气在余热锅炉尾部制备高温热媒水（生活热水系统热源）
（二）主要设备参数。
1.燃气发电机：FT8-3 SwiftPac（美国普惠公司）双联燃气轮机组，最大出力60289KW。配套燃气轮发电机为空冷发电机，功率60MW。
2.余热锅炉：中压和低压蒸汽带自除氧、尾部制热水、卧式自然循环、无补燃型、露天布置余热锅炉。额定出力72t/h，排烟温度105℃。
3.蒸汽轮机机组：一套带调整抽汽的抽汽凝汽式蒸汽轮发电机组和一套双压补汽式蒸汽轮发电机组，分别最大出力为18MW和25MW。
四、项目亮点
大学城能源站先后获得“中国分布式能源十年标志性项目”、“亚运保电先进单位”、“高新技术企业”、“广州市清洁生产优秀企业”、“中国美丽电厂”、“广东省清洁生产企业”、“年度节能优秀企业”等荣誉称号，项目为国内首个分布式能源站，主要有以下亮点：
（一）广州首个黑启动电源点。
“黑启动”就像是电网的“打火机”，在遇大面积停电事故时，由黑启动电源点带动其他电源点重新启动，恢复发电能力以及电网的正常供电能力。能源站燃机选用美国普惠公司的FT8-3型双联燃气机组，属于轻型航空发动机，机组单机容量较小，具有启停速度快、启动负荷小等特点。若与电网解列后，机组能够长时间孤网带厂用电运行，且孤网运行的机组一旦与电网并列，经过10-15分钟即可带满负荷，在电网全黑的情况下，能够迅速启动柴油发电机组，大约1分钟即可向一套燃气轮机组供厂用电，大约6分钟可启动燃气轮机组，3分钟可以达到满速运行，在电网全黑到机组并网的全过程仅需20分钟左右，可提高琶洲、大学城等周边区域电力系统和重要用户的应急保障能力，是广东电网第二个，广州电网首个被认定的黑启动电源点，而且是目前广州市中心城区唯一的黑启动电源点，在加快推进广州“十四五”抗灾保障电源和坚强局部电网建设，完善重要用户自备电源和供电电源配置中发挥重要作用，在2021年，国家能源局南方监管局对广州市进行的坚强局部电网现场安全评估和核查工作中，担任重要角色，并给予高度评价。
（二）国内首个分布式能源CDM项目。
大学城能源站于2009年10月机组实现“双投”后，随即开展碳排放管理相关工作，同年12月大学城能源站获得国家发展改革委批准成为清洁发展机制项目；2010年11月CDM 项目成功获得联合国EB（《联合国气候变化框架公约》执行理事会）批准注册，成为国内首个成功注册的分布式能源CDM项目；2011年7月，接受DOE（清洁发展机制中的第三方独立审核机构）首次现场核证，2012年4月，EB签发第一个核实期的CERs量28610吨；在广东省列入全国碳排放权交易试点后，我公司亦参与了碳交易和碳金融工作，2013年12月19日，成功完成广东省碳交易市场首单交易，出售配额20000吨；随后亦参与碳市场多次交易。
（三）技术创新突出，填补能源利用空间。
大学城能源站坚持科学用能，实现了系统基础理论、集成技术及调控手段等方面的创新，取得以下效果：
（1）大学城能源站使分布式能源理论变成实际，在分布式供能关键过程中形成了自主创新，提出动力余热利用、主动蓄能等分布式供能关键过程及系统的理论设计方法，同时，大学城能源站为我国建立分布式能源系统设计系列化、模块化标准提供示范，使我国的分布式供能系统研究跻身于国际先进行列。
（2）大学城能源站在“温度对口、梯级利用”热能综合梯级利用理论下，集成了燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、溴化锂制冷机和生活热水制取装置，取得了电、热、冷及生活热水的多功能输出，实现了天然气能量的四级利用。仅余热锅炉尾部受热面的改进，将额外得到290t/h的生活热水供大学城使用。
（3）大学城能源站在系统全工况调控方面寻求突破，利用抽汽、补汽式汽轮机自动工况调节和稳定系统的输出，突破了传统的调节方式，引领我国分布式供能技术相关基础研究的跨越式发展。同时系统采用了适合于变水温的热水型溴化锂吸收式制冷设备，平衡了生活热水与制冷热源的需求，进一步提高了系统的稳定性。大学城能源站的一次能源利用率在55～60%，节能率为20～25%。仅余热锅炉低压蒸汽进入补汽式汽轮机的使用，在不增加燃料消耗的前提下可额外增加上网电量3000多万千瓦时，每年将为系统增加约2000多万元的纯收入。
（4）变温热水型溴化锂吸收式制冷设计的采用，平衡生活热水与供冷热源的需求，稳定了制冷单元的输出，保证了燃气轮机尾部烟气的高效利用，进一步降低了排烟温度。溴化锂空调的使用替代了传统的电空调，为系统每年约减少30万元的支出。
