CCHP技术及方案设计

CCHP技术要点及方案设计

一、冷、热、电负荷

冷、热、电负荷的确定是联供系统设计的首要条件，只有在正确确定冷、热电负荷的前提下，才有可能保证系统配置合理，减少建设投资并节省运行费用，因此绘制或借鉴不同季节典型日逐时冷热电负荷曲线，是为了确定联供系统中发电设备容量和由余热提供的冷热负荷，通过负荷分析，在系统配置选型时使发电余热能尽量全部利用。利用年负荷曲线，可以计算全年联供系统发电及余热利用情况，对联供系统运行进行经济预测，在技术经济比较的基础上，在能确定联供系统是否具有实施的必要性和可行性。

对于冷热电联供来说，冷热电联供系统的产热和发电之间存在着平衡关系。冷热电连产系统都应该充分发挥发电效率和充分利用排热，这样系统的经济性才能发挥得最好，分布式能源的发电效率在30%~40%，60%~70%的能量以余热的形式排出，可利用的余热在50%~60%，所以如果用户热电比大于1.5左右可以将系统能源充分利用,但在实际应用中并不是所有负荷条件下都满足此热电比,其中一个满足了,另一个很难满足 ,这就需要系统具有相对灵活的适应性,在系统设计中,若按照冷热电负荷的峰值确定容量,势必系统容量太大，全年低负荷运行,经济性必定偏离预期效果甚至不能运行,若按照平均基本负荷设计容量,又必然发生高峰能力不足,低谷能力过剩。

二、机组的容量配置

在确定发电机组的配置容量时，要使系统实现能源的梯级利用和经济运行，发电机组余热一般按满足基本空调负荷(最大负荷的50 %～70 %) 的要求进行欠负荷匹配（黄花机场项目余热制冷量约为总制冷量20%）。这样既可适当减小发电机组的配置容量，降低设备投资费用，又可提高发电机组的满负荷运转率，保证系统运行的经济性。

发电机容量对系统经济性的影响是综合的，容量越大，发电效率越高，单位容量的投资也会响应降低，对提高系统经济性有益，但系统容量越大，发电机年利用小时数越低，即设备利用率越低，会导致投资回收年限增加，因此存在一个合理的容量配置，（在对系统负荷不能准确预测的情况下，系统容量宜小不宜大）冷热电联供系统的经济性最好。

三、补燃型溴化锂吸收式制冷机的配置

当热电冷联供系统中的发电机组是按基本空调负荷进行匹配时，发电机组排放的余热不能满足峰值空调负荷的耗热需求，系统中可配置补燃型溴化锂吸收式制冷机来满足空调需求。补燃型溴化锂吸收式制冷机的基本配置原则是:

1、在系统中只有一台余热型溴化锂吸收式制冷机，从设备投资和设备占地的角度考虑不适宜配

置其他供冷(热) 负荷调节设备的情况下，适宜于配置补燃型溴化锂吸收式制冷机；

2、若系统中有多台余热型溴化锂吸收式制冷机，不宜将每台余热型机组都采用补燃型机组。或

者采用公共烟气管道，便于发电机与制冷机的任意组合，只需考虑其中一台发电机停用或检修时间，将其中一台余热机补燃而降低初投资。

四、燃气轮机及燃气内燃机选择

燃气轮机发电机组和燃气内燃机发电机组但两者在价格、发电效率、发电质量、噪声等级、余热排放参数等方面却相差较大。燃气轮机发电机组的设备费用高于燃气内燃机发电机组30 %以上，但大于2000kw以上燃气轮机与燃气内燃机价格基本持平。燃气轮机发电效率28 %～34 %(无回热装置的微燃机仅有17 %) ，排烟温度一般高于450 ℃(带回热装置的微燃机约300℃) ，便于进行余热回收利用。内燃机发电机组的发电效率较高，排放的余热包括烟气余热和缸套水余热，缸套水温度一般低于100 ℃，用于制冷情况能效低，在一系统中设计选用何种发电机组更合适，需要根据系统中的冷(热) 电负荷、负荷比例及其变化情况、供电质量要求、当地的气价和电价等，对设备投资费用、基建费用及运行费用进行综合比较，才能作出合理选择。

五、燃气轮机与燃气内燃机部分负荷性能比较：

效率

GT：燃气轮机 GE：燃气内燃机

说明：燃气轮机负荷率从100%降至40%时，发电效率从28%降至22%；热效率从52%降至50%；

燃气内燃机负荷率从100%降至40%时，发电效率从35%降至32%；热效率从35%升至43%；

（不同品牌发电机性能参数有所不同），从总效率比较,燃气内燃机具有较好的部分负荷性能,负荷调节能力强。孤网运行且发电机台数小于2台时，建议选择燃气内燃机。

燃气轮机和燃气内燃机在不同热（电冷）比需求的情下况能源耗量。

比较基于以下3个条件：

1、发电机满负荷运行（发电机运行在最高效率状态点，发电量一致）；

2、缸套水进入机组低温发生器制冷（制冷COP=0.7）；

3、余热不足时，采用天然气补燃；余热过剩时烟气排空（一般情况下，燃气轮机热电比小于

1.5时，余热排空；燃气内燃机热电比小于1时，余热排空。）Array

输入

功率

GT：燃气轮机 GE：燃气内燃机

说明:热电比小于1.8时，燃气轮机燃气耗量大于燃气内燃机燃气耗量，应以燃气内燃机优先选择（燃气内燃机余热全部利用，燃气轮机多余余热排空，）

热电比大于1.8时，燃气耗量基本相当，燃气内燃机余热不足，需要燃气锅炉补充，燃气

耗量加补燃部分燃气耗量等于燃气轮机燃气耗量,联产系统余热全部利用,系统经济性及能源效率可以达到设计要求。

此外，还应了解如下常识：

1、发电机反时限保护特性，发电机自动保护系统为适应负载特点，保护动作时间与过载电流大小

成反比，孤网运行时，需要避免电机类负载启动电流而造成发电机保护系统频繁动作而断电（电机直接启动电流为额定电流4~5倍，建议单台电机功率不大于发电机功率20%，并使用软启动或变频控制）。

2、吸收式制冷机开机延时特性（电负荷与空调负荷需求使用时间规律基本一致，但由于吸收式制

冷机开机延时特性，制冷机较发电机需提前开机运行或者使用其它形式的能源补充）。

3、在烟气型溴化锂吸收式冷热水机组直接与燃气轮机发电机组安装连接的热电冷联供系统中, 烟

气系统的设计和安装连接是关键,烟气系统的烟气流动阻力必须小于等于燃气轮机的允许排烟背压，否则将降低发电效率甚至系统不能运行（远大烟气机阻力约1200pa,微型燃气轮机允许的最高烟气阻力为2000pa,可满足要求）。

六、方案设计举例

1、项目信息：

建筑面积为14万平米，空调面积8万平米，其中商业1.6万平方米、办公6.4万平方米,需要夏季制冷,冬季采暖。设计电负荷9000kw。

天然气价格：2.28元 /立方米电价: 1.0元/千瓦时（无峰谷电价差）

的小时数参照当地同类建筑负荷曲线图)

4、商业区负荷：

同类建筑负荷曲线图)

5、设计思路：

采用燃气内燃发电机满足最大用电负荷的22%，制冷或采暖时间段发电机满负荷运行，余热在全部利用，充分发挥发电效率和充分利用排热，保证全年的能源效率和经济性，实际经济性能与设计值吻合。

6、设备选型：

燃气轮机受环境温度、烟气阻力、大气压力等因素影响较大，经济性计算时需考虑外界因素的影响)

燃气内燃发电机热平衡参数表：

3

说明：

在该项目中，由于联产系统的容量相对较小（余热全部利用、发电机满负荷运行），经济性计算时比较简单。对于联产系统容量较大的系统（余热排空，发电机部分负荷运行等），由于负荷波动性较大，要对实际使用情况进行准确模拟，确定系统的运行控制模式，（如余热多余的情况下，是降低发电机的输出功率还是选择减少发电机运行台数甚至允许部分余热浪费等），此外，除了准确了解当地能源价格、设备投资费用、系统占地及建造费用，了解当地建造及应用热电冷联供系统有无相关优惠政策，并知道其他空调设备(如电制冷机组、燃气直燃型冷热水机组等) 的设备费用和性能，以便进行总能效率、设备投资系统建造、运行能耗费用、设备运行管理及维护费用等方面的综合经济性对比分析。