能源站燃气冷热电三联供制冷系统节能分析

发表时间：2017-07-27T15:50:33.043Z 来源：《基层建设》2017年第10期作者：阚海丽[导读] 摘要：燃气冷热电联供系统是分布式能源系统的主要形式，是一种建立在能量梯级利用基础上的综合产能、用能分布式系统。

新奥泛能网络科技股份有限公司 065000 摘要：燃气冷热电联供系统是分布式能源系统的主要形式，是一种建立在能量梯级利用基础上的综合产能、用能分布式系统。系统安装于最终用户端附近，首先利用一次能源驱动发电机发电，再通过各种余热利用设备对余热进行回收利用，从而向用户同时提供电力、制冷、采暖、生活热水等。燃气冷热电联供系统以其节能、削峰填谷、环保、电力可靠性高等优点而受到广泛重视。燃气冷热电联供系统是

一个复杂的能源系统，存在冷、热、电多种能量输出，受到可燃性气体价格、电价、建筑负荷波动等多种因素影响，不同的容量配置和运行方式也会直接影响系统的性能。因此结合项目具体情况，从节能性与经济性的角度对具体的燃气冷热电联供系统进行分析，就更显得必要。

关键词：冷热电三联供；制冷系统；发电效率；节能冷热电三联供是实现能源梯级利用的高效能源利用形式，它可将发电之后的低品位热能用于制冷供热，以提高能源的综合利用效率。冷热电联供发展较迅速的主要有英国、美国、加拿大、法国等国家；早在上世纪 30 年代，美国就建成了第一个冷热电联供系统，现如今分布式能源站总数已超过6000 座。关于冷热电联系统的节能性问题，各方意见不一，多数认为系统是节能的，某些认为节能是有条件的，而另一些认为不节能。文章从一次能耗的角度出发，通过计算制冷工况的吸收式制冷系统和电压缩式制冷系统的一次能耗，分析冷热电三联供制冷系统的节能性。

一、燃气冷热电三联供制冷系统的背景

我国1998年起实施的《中华人民共和国节约能源法》明确指出：“推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率”。2000年原国家计委、原国家经贸委、建设部、国家环保总局联合发布的《关于发展热电联产的规定》指出：“以小型燃气发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统，适用于厂矿企业、写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等较分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保护环境、减少供电线损和应急突发事件等综合功能，在有条件的地区应逐步推广”。2005年起实施的国家标准《公共建筑节能设计标准》规定：“具有充足的天然气供应的地区，宜推广应用分布式热电冷联供和燃气空气调节技术，实现电力和天然气的削峰填谷，提高能源的综合利用率”。大量采暖锅炉导致冬季天然气高峰，季节性峰谷差造成设备和管网利用率低，运行成本提高。发展燃气空调和冷热电三联供可降低电网夏季高峰负荷，填补夏季燃气的低谷，同时降低电力和燃气的峰谷差，平衡能源利用负荷，实现资源的优化配置。分布式天然气冷热电三联供技术是以小型燃气发电机组为核心，配以余热锅炉及吸收式制冷机的系统。它首先利用天然气燃烧产生的高温烟气在燃机中做功，将一部分热能转变为高品位的电能，再利用发电后的余热制冷和供热。三联供系统为建筑或区域提供电力、供冷、供热三种需求，实现天然气能源的梯级利用，能源利用效率可达到80%以上，大大减少二氧化硫、固体废弃物、温室气体的排放，减少占地面积和耗水量，还可应对突发事件确保安全供电，在国际上已经得到广泛应用。近年来国内在上海、北京等城市已有少量天然气冷热电三联供项目投入运行，为开发天然气资源合理利用的途径进行了一些尝试。

二、冷热电三联供的特点

1.冷热电三联供CCHP可以大大提高能源利用效率：大型发电厂的发电效率一般为30%～40%；而CCHP的能源利用率可达到80%～90%，且没有输电损耗；

2.降低碳和污染物排放方面具有很大的潜力：据专家估算，如果将现有建筑实施CCHP的比例从4%提高到8%，到2020年CO2的排放量将减少30%，有利于环境保护；

3.缓解电力短缺，平衡电力峰谷差：三联产系统采用自发电，可以避开电网用电高峰，并且大大提高了建筑供电可靠性和安全性；

4.扩大了燃气使用量，平衡燃气峰谷差；

5.投资回报率高，具有良好的经济性。

三、热电冷三联供系统常见的几种配置模式

与燃气轮机相比，内燃机的发电效率高，因而内燃机冷热电联产系统的电量输出比例高，冷电比（或热电比）通常为1.0～1.5。此外，相对于燃气轮机，内燃机的价格比较便宜，因此内燃机被广泛用于三联供系统的原动机。内燃机可回收的热量主要包括排烟余热、缸套水余热以及润滑油余热等三部分。缸套水出口温度一般略低于100℃，这部分能量品位低，但数量较大，随缸套水排出的余热量占燃料燃烧产热的30%～40%，而且即可以用于直接供热，也可以驱动吸收式除湿设备或者单效吸收式制冷机组。内燃机排烟温度一般为350～450℃，这部分烟气余热既能满足供暖需求或提供生活热水，也可以通过驱动制冷机组将热量转化为冷量，以满足供冷需求。内燃机可回收的热量组成使其在冷热电联产系统的余热利用及系统集成方面，有着自己的特点。燃料在内燃机的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，气体在气缸内膨胀做功被转换为发电所需的动能，排气余热驱动制冷机组或者通过热交换器进行供热。内燃机的缸套水余热量大而温度较低，通常用于供生活热水。

1.分类

（1）蒸汽轮机+蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机组利用发电后的乏汽驱动蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机组，进入汽水换热器换热，可以对外供热水或者直接对外供热蒸汽；

（2）燃气轮机+烟气（补燃型）溴化锂吸收式冷热水机组燃料进入燃气轮机燃烧产生高温、高压烟气，推动燃气轮机发电机组发电，排烟进入烟气补燃型溴化锂吸收式冷热水机组，驱动机组制冷（制热），对外提供空调冷（热）水。当排烟量较小时可以启动补燃系统，由补燃提供机组热量；

（3）燃气轮机+（补燃型）余热锅炉+蒸汽轮机+蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机组燃料进入燃气轮机燃烧产生高温、高压烟气推动燃气轮机发电机组发电，排烟进入（补燃型）余热锅炉，产生高温、高压蒸汽，推动蒸汽轮机发电机组发电，发电后的乏汽用于驱动蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机组，进入汽水换热器换热对外供热水或者直接对外供蒸汽；