北京某區(qū)域分布式能源規(guī)劃環(huán)境效益及環(huán)境問題分析

曾春花

(國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃咨詢部，北京100095)

分布式能源系統(tǒng)是一個相對獨(dú)立的能源供應(yīng)系統(tǒng)，它可以通過大電網(wǎng)的互補(bǔ)而幫助電網(wǎng)解決供電的安全性問題。由于分布式能源站實(shí)現(xiàn)了能源的階梯利用，能源利用率高，CO2和SO2等污染氣體排放較常規(guī)電站大為減少，改善了環(huán)境污染的問題，因此在適宜的地方可推廣發(fā)展分布式能源電站，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 規(guī)劃方案

某區(qū)域分為3－1街區(qū)、3－2街區(qū)和3－3街區(qū)，3個街區(qū)建筑面積為1 238.92萬m2，主導(dǎo)功能為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和綜合服務(wù)，其中3－3街區(qū)還兼顧居住功能。3個街區(qū)所承擔(dān)的熱負(fù)荷為594.7 MW，按照以熱定電的原則，以冷熱電三聯(lián)供為主，多種能源為輔的供熱方式，設(shè)計(jì)了3種能源供應(yīng)方案:

1)大區(qū)域集中供應(yīng)方式。3個街區(qū)配置一個9F級集中供應(yīng)能源站(容量為2×400 MW)，基本滿足3個街區(qū)的全部供熱需求。

2)區(qū)域供應(yīng)方式。在3－3街區(qū)建設(shè)區(qū)域能源站，如果3－3街區(qū)已設(shè)集中供應(yīng)能源站，并帶基本熱負(fù)荷(約80%)，則區(qū)域能源站按3－3街區(qū)總供熱負(fù)荷的20%考慮。例如，3－3街區(qū)的熱負(fù)荷為279.2 MW，初步規(guī)劃6個以天然氣為燃料的區(qū)域能源站。其中1個為2×11.5 MW燃?xì)廨啓C(jī)和2×6 MW汽輪機(jī)所組成的能源站，另外5個為2 MW的內(nèi)燃機(jī)能源站，共承擔(dān)供熱負(fù)荷的15.8%，并適當(dāng)建設(shè)太陽能及其他可再生能源站，承擔(dān)供熱負(fù)荷的4.2%。

3)小區(qū)域供應(yīng)方式。按建筑樓群分散配置能源站，以某單位園區(qū)為例，配置2 MW內(nèi)燃機(jī)作為典型小區(qū)域能源站，承擔(dān)該園區(qū)的負(fù)荷(熱負(fù)荷為3.08 MW，冷負(fù)荷為6.2 MW)。

2 煙氣污染物的排放情況

此規(guī)劃采用的燃料為天然氣，排放物中幾乎沒有煙塵和SO2。燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組采用低氮燃燒方式和脫硝工藝，限制NOx的排放量，其標(biāo)準(zhǔn)由當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門確定，可參照北京市的《固定式燃?xì)廨啓C(jī)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/847－2011)或《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/501－2007)。

3 環(huán)保效益

3.1 污染物減排量

由于分布式能源實(shí)現(xiàn)了能源的階梯式利用，能源利用效率高。同時，采用天然氣能源使得CO2、SO2和煙塵等污染物的排放量較常規(guī)電站大為減少，以方案3為例，對污染物的減排情況分析如下:

方案3為在某單位園區(qū)建設(shè)小區(qū)域能源站，同時配套少量的光伏電站為園區(qū)供電。若不建設(shè)此能源站，園區(qū)采用燃?xì)忮仩t進(jìn)行供熱，采用集中空調(diào)進(jìn)行制冷，空調(diào)和園區(qū)照明等其他用電設(shè)施的電能由其他省區(qū)的常規(guī)電站供應(yīng)。根據(jù)相同的電負(fù)荷和熱負(fù)荷采用不同的電源供應(yīng)方式分別計(jì)算污染物的排放情況，如圖1所示。

圖1 不同電源供應(yīng)方式所產(chǎn)生的污染物排放情況

表1 方案3污染物減排情況 t/a

采用方案3后，污染物的減排情況如表1所示，NOx的排放量有少量增加，是因?yàn)榉桨?采用內(nèi)燃機(jī)，沒有設(shè)置脫硝裝置。根據(jù)相同原理，方案1和方案2的減排量如表2所示;方案2和方案3的減排量如表3所示。

表2 方案1和方案2的污染物減排情況 t/a

表3 方案2和方案3的污染物減排情況 t/a

由上述計(jì)算結(jié)果可以看出，方案1的減排量更大，更環(huán)保。但是采用多個小機(jī)組也有一定的減排量，特別是CO2的減排量，而且建設(shè)小機(jī)組能源站更方便、更靈活，因此可以根據(jù)園區(qū)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的供能方式。

3.2 分布式能源建設(shè)對北京市環(huán)境空氣的影響

PM2.5的形成主要有兩個途徑:一是各種工業(yè)過程(燃煤、冶金、化工、內(nèi)燃機(jī)等)直接排放的超細(xì)顆粒物;二是大氣中二次形成的超細(xì)顆粒物與氣溶膠等。

北京市環(huán)保局的數(shù)據(jù)表明:北京市PM2.5的污染源中，煤炭污染比例約占16.7%。蒸汽－燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組和燃煤機(jī)組相比，排放物中沒有煙塵和SO2，僅有少量的NOx。通過計(jì)算分析，方案1的減排量相當(dāng)于1臺660 MW火電機(jī)組一年的排放量。因此，采用分布式能源對減少PM2.5的形成有很好的促進(jìn)作用，同時CO2的減排量也非常可觀，對減少溫室氣體排放有積極作用。

4 噪聲問題及解決方式

分布式能源電站若采用燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，比較突出的環(huán)境影響就是噪聲問題。因?yàn)榉植际侥茉措娬疽话闶窃诳拷秒姟⒂脽嶝?fù)荷的地方建設(shè)，離環(huán)境敏感點(diǎn)比較近，執(zhí)行的噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求比較高;另外，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一般采用機(jī)力塔，機(jī)力塔設(shè)備多數(shù)靠近廠界布置，電站建設(shè)對周邊環(huán)境敏感點(diǎn)的影響相對比較大。若不采取治理措施，廠界噪聲一般不達(dá)標(biāo)。

4.1 影響程度分析

為了解帶有機(jī)力塔的電站對周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲影響的程度，相關(guān)單位對帶有機(jī)力塔的某2×300 MW火電廠進(jìn)行噪聲預(yù)測。主廠房布置在廠區(qū)西側(cè)，機(jī)力塔布置在廠區(qū)東側(cè)，機(jī)力塔呈“一”字形與東側(cè)廠界平行布置，距離東側(cè)廠界約26 m，機(jī)力塔附近沒有噪聲值很大的噪聲源。

4.1.1 計(jì)算軟件

對噪聲影響的預(yù)測采用德國的SoundPLAN軟件，該軟件自頒布以來已成為對噪聲進(jìn)行預(yù)測、制圖及評估的領(lǐng)先軟件，可預(yù)測范圍廣，且對預(yù)測對象的尺寸沒有任何限制。

4.1.2 計(jì)算原理

根據(jù)所提供的聲源資料及平面布置圖建立工業(yè)污染源的三維幾何模型，將建筑物的幾何參數(shù)、聲源的聲功率級和指向性、地形參數(shù)、障礙物參數(shù)、氣候條件、聲場的計(jì)算范圍、環(huán)境敏感點(diǎn)的空間位置等輸入模型進(jìn)行計(jì)算。

4.1.3 未采取措施前的計(jì)算結(jié)果

此工程未采取噪聲治理措施前，通過上述原理預(yù)測得出的主要計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 未采取措施前的廠界噪聲計(jì)算結(jié)果分析

4.1.4 機(jī)力塔的治理措施

冷卻塔進(jìn)風(fēng)口處的噪聲主要為淋水噪聲，頻譜特性以中高頻為主;排風(fēng)口處噪聲主要是由電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行所產(chǎn)生的，頻譜特性以中低頻為主，但由于風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的噪聲透過冷卻塔填料后沿進(jìn)風(fēng)口反向傳播，因此進(jìn)風(fēng)口噪聲中低頻部分同樣突出。為降低軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲及淋水噪聲，可在冷卻塔的進(jìn)排風(fēng)口處設(shè)置消聲器，在風(fēng)機(jī)電機(jī)及減速箱內(nèi)設(shè)置隔振系統(tǒng)，降低振動引起的固體傳聲。

4.1.5 采取措施后的計(jì)算結(jié)果分析

采取噪聲治理措施后，預(yù)測得出的主要計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 采取措施后的廠界噪聲計(jì)算結(jié)果分析

綜上所述，機(jī)力通風(fēng)冷卻塔采取治理措施前后的對比分析結(jié)果如表6所示。

表6 廠界噪聲計(jì)算結(jié)果對比分析

4.2 其他區(qū)域的治理措施

除了在機(jī)力塔處采取治理措施外，在燃機(jī)房區(qū)、汽機(jī)房區(qū)和余熱鍋爐區(qū)域均采取隔聲、吸聲和消聲等治理措施，確保廠界及敏感點(diǎn)處的噪聲達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

在北京建設(shè)分布式能源電站若采用燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，還需注意煙囪的高度問題。北京地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:燃?xì)廨啓C(jī)的煙囪高度除滿足環(huán)評以及其他相關(guān)規(guī)范要求外，還需高出周圍(200 m半徑范圍內(nèi))的建筑物3 m以上。因此，在廠址選擇過程中應(yīng)盡量避開高建筑物。

5 結(jié)語

結(jié)合北京某區(qū)域分布式能源規(guī)劃，對分布式能源的環(huán)境效益進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時對分布式能源電站可能會產(chǎn)生的主要環(huán)保問題進(jìn)行闡述，并結(jié)合工程實(shí)例對其所造成的影響進(jìn)行分析，同時提出了治理方案，為同類工程提供了參考。

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