冷热电联产系统的主要实现方式
燃气能源分布式冷热电联产技术
燃气能源分布式冷热电联产技术摘要：随着我国能源结构的调整，出现了越来越多的能源利用技术，为我国能源利用的优化提供了重要的动力。
特别是分布式冷热电联产能源的应用，文章分析了电力天然气冷热热电联产的发展，总结了分布式冷热电联产能源的优势、问题以及前景。
提高天然气资源的水平，加快实施国家能源战略目标。
关键词：燃气能源分布；冷热电联产技术；发展应用前言分散型能源主要是发电设施、双伏电源发电系统或系统输出功率、邻近用户的位置和生产冷暖气、热量和力的使用，以及用户使用或附近使用后剩下的电力与当地分销网络一起传送。
与传统的发电系统相比，分布式能源系统具有减少投资、减少消耗、提高系统可信度、减少能源种类多样化、减少污染等优点。
分布式能源是传统电力系统不可缺少的补充，为改善我国能源结构，降低煤炭和化石能源在能源结构中的比重，提供了新的有效途径。
由于国内外技术成熟，从分布能源的发展趋势和比例看，空气冷却、供热、电力分布效率高，节能效果显著。
分布式能源系统在分布型能源系统中占主导地位，也是研究和推广的重点。
一、热电冷联产发展及其原理1.发展趋势热电联产的概念最早出现在19世纪70年代的欧洲。
第一种形式的电力是简单地通过交流蒸汽机产生的，在20世纪早期，它使用蒸汽的余热。
由于种种原因，协同生产并没有得到广泛的重视，直到20世纪70年代的两次石油危机后，人们才意识到节约能源的重要性，并开始研究各种新技术来有效利用能源。
热电联产（CCHP）是一种能产生电和热的热电联产方法。
它正在逐步取代传统的纯电力生产方式，并在各国迅速发展。
在美国，热电联产从1980年的12000兆瓦增加到1995年的45000兆瓦。
2000年热电联产占总装机容量的7%，欧共体热电联产占9%。
据统计，1992年热电联产装机容量占总装机容量的56%。
日本是一个能源匮乏的国家，其对热电联产是利用非常不错的。
在能源供应方面，以热电联产为热源的区域供热系统被认为是第三大公益产品。
冷热电三联供综合阐述
一、冷热电三联供概念：冷热电联产是指使用一种燃料，在发电的同时将产生的余热回收利用,做到能源阶梯级利用；冷热电联供系统一般由动力系统、燃气供应系统、供配电系统、余热利用系统、监控系统等组成。
按燃气原动机的类型不同，分为燃气轮机联供系统和内燃机联供系统。
与传统的击中式供电相比，这种小型化、分布式的供能方式。
可以使能源的综台使用率提高到85％以上。
一般情况可以节约能源成本的30—50％以上；由于使用天然气等清洁能源，降低了二氧化硫、氨氧化物和二氧化碳等温室气体的排放量，从而实现了能源的高效利用与环保的统一，减低了碳排放。
二、冷热电三联供技术优点1、系统整体能源利用效率非常高；2、自行笈电，提高了用电的可靠性；3、减少了电同的投资；4、降低了输配电网的输配电负荷；5、减少了长途输电的输电损失；6、节能环保、经济高效、安全可靠。
三、冷热电联供系统与传统制冷技术的对比优势（1）、使用热力运行，利用了低价的”多余能源”；（2）、吸收式冷水机组内没有移动件，节省了维修成本；（3）、冰水机组运行无噪音；（4）、运行和使用周期成本低；（5）、采用水为冷却介质，没有使用对大气层有害的物质。
四、采用冷热电联供的意义1. 实现能量综合梯级利用，提高能源利用效率具有发电、供热、制冷、能量梯级利用等优势，年平均能量的综合利用率高达80～90％图4.6-2 燃气热能的梯级综合利用流程关系示意图2.集成供能技术，系统运行灵活可靠三联供系统是供冷、供热、供电的技术集成，设备优化配置，集成优化运行，实现既按需供应，又可靠运行。
3.用电用气峰谷负荷互补，利于电网、气网移峰填谷对于电网、气网，负荷峰谷差越小，越有利于系统稳定、安全、节能运行。
五、冷热电联供的使用条件天然气近似为一种清洁能源，燃气冷热电三联供系统为主要的应用形式。
1.应具备的能源供应条件（1）保证天然气供应量，并且供气参数比较稳定；（2）燃气发出的电量，既可自发自用，亦可并入市电网运行，燃气发电停止运行时又可实现市电网供电；（3）市电网供电施行峰谷分时电价；（4）电网供电难以实施时，用户供电、供冷、供热负荷使用规律相似，用电负荷较稳定，发电机可采用孤网运行方式。
冷热电联产
在技术开发与研究方面，欧盟国家在
1991年就开始实施旨在提高能源效率的 SAVE计划，许多热电联产与区域供热的
研发示范项目得到了该计划的资助。
二．热电（冷）联产的主要形式 2.1热电联产系统
锅炉加供热汽轮机 由于煤燃烧形成
的高温烟气不能直接做功，需要经锅炉 将热量传给蒸汽，由高温高压蒸汽带动 汽轮发电机组发电，做功后的低品位的 汽轮机抽汽或背压排汽用于供热。锅炉 加供热机热电联产系统适应于以煤为燃 料。
为了促进热电联产事业的发展，欧洲
委员会在财政、税收、科研、政策等方 面作出了大量工作。
1977年，成立了专门的咨询机构，对 如何提高供热效率、加快热电联产的发 展进行探讨。
1988年出台了有关条文协调热电联产 业主与电力部门之间的关系，要求电力 部门必须以合理的价格购买热电联产厂 多余的电，减少热电联产厂家的后顾之 忧。
但是，由于内燃机的润滑油和气缸冷
却放出的热量温度较低（一般不超过 90℃），而且该热量份额很大，几乎与 烟气回收的热量相当，因而这种采暖形 式在供热温度要求高的情况下受到了限 制。
内燃机的生产厂家有总部这在瑞士 的WARTSILA NSD公司、德国的
MANB&W公司以及美国的 CATERPILLAR公司等。
可向外供电。燃料电池种类不少， 根据使用的电解质不同，
主要有磷酸燃料电池（PAFC）、 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、 固体氧气物燃料电池（SOFC）和质 子交换膜燃料电池（PEMFC）等。
燃料电池具有无污染、高效率、 适用广、无噪声和能连续运转等优 点。它的发电效率可达40％以上， 热电联产的效率也达到80％以上。
燃料电池 它是把氢和氧反应生
成水放出的化学能转换成电能的装 置。
热电冷多联产方案(三)
热电冷多联产方案热电冷多联产方案是一种通过综合利用能源资源，实现热、电、冷多能联产的技术方案。
本文将从产业结构改革的角度，对热电冷多联产方案进行详细的总结。
一、实施背景随着经济的快速发展和能源需求的不断增长，传统的能源供应模式已经难以满足社会的需求。
同时，环境污染和能源浪费问题也日益严重，迫切需要转变能源生产和利用方式。
热电冷多联产方案作为一种高效、清洁的能源利用方式，成为了产业结构改革的重要方向。
二、工作原理热电冷多联产方案主要通过热电联产技术和吸收式制冷技术相结合，实现能源的高效利用。
具体工作原理如下：1. 热电联产技术：利用燃气或生物质等能源，通过燃烧产生热能，同时驱动发电机发电。
通过热电联产技术，可以将燃料的能量利用率提高到70%以上。
2. 吸收式制冷技术：利用废热或低温热能，通过吸收剂对制冷剂进行吸收和脱附，实现制冷效果。
吸收式制冷技术具有高效节能、环保无污染等优点。
三、实施计划步骤1. 剖析能源需求：对目标区域的能源需求进行详细分析，包括热能、电能和制冷能的需求量、负荷特点等。
2. 能源资源整合：结合目标区域的能源资源特点，确定适合的能源资源整合方式，包括燃气、生物质等能源的利用。
3. 设计系统架构：根据能源需求和能源资源整合方式，设计热电冷多联产系统的整体架构，包括热电联产装置和吸收式制冷装置的布局和参数设计。
4. 实施建设：按照设计方案，进行热电冷多联产系统的建设和设备安装。
5. 运营管理：建成后，进行运营管理，包括设备运行监测、能源消耗管理等。
四、适用范围热电冷多联产方案适用于各类能源需求较大的区域，如工业园区、商业综合体、大型建筑等。
在这些区域中，能源需求集中且多样化，通过热电冷多联产方案可以实现能源的高效利用。
五、创新要点热电冷多联产方案的创新要点主要包括以下几个方面：1. 能源资源整合：通过整合不同的能源资源，实现能源的互补利用，提高能源利用效率。
2. 系统优化设计：通过优化热电冷多联产系统的结构和参数，提高系统的整体效率。
冷热电三联产方案
冷热电联产（CCHP）技术方案1.概述项目所在地无法提供外部电源供电系统，因此业主决定采用燃气发电机组孤岛运行，作为全厂电力供应。
本项目考虑配套余热锅炉，以回收燃气发电机组高温烟气余热，副产低压蒸汽作为工艺装置热源（脱酸单元再沸器、脱水再生气蒸汽加热器）；同时配套溴冷机组回收燃气发电机组缸套水热量，并为工艺装置提供冷源（原料气预冷、冷剂压缩机段间冷却）的冷热电联产（CCHP）方案。
根据工艺装置所需的冷、热、电消耗，优选与之相配套的燃气发电机组、余热锅炉和溴冷机组，以达到最大程度的回收利用发电机组烟气余热，优化主体工艺装置设备选型以及降低运行能耗的目的。
2.设计范围该方案为燃气机组冷热电联产系统，即利用管输天然气及工艺装置所产BOG，通过燃气机组（燃气内燃机或燃气轮机）发电，机组高温尾气配套余热锅炉副产低压饱和蒸汽供工艺装置使用，机组冷却循环生成热水配套溴化锂机组副产7℃空调水供工艺装置制冷。
电、蒸汽、空调水全部自用，实现冷热电联产，提高能源利用率，获得最高的系统效率，减少大气污染。
3.设计基础甲方供气≤50×104Nm3/d，经20km长输管线进入厂区附近，降压至0.8MPaG，分为三部分：一部分（15×104Nm3/d）进入公司原有天然气液化工厂作原料气；一部分（30×104Nm3/d）加压后进入本次新建天然气液化工厂作原料气，剩余部分（3.6×104Nm3/d，折~1500Nm3/h）与BOG之间的关系进入燃气机组发电，配套余热锅炉副产低压蒸汽，同时配套热水溴化锂机组副产空调水，均供工艺装置使用。
1）电规格：10kV（±7%），50Hz（±1%），三相三线。
30×104Nm3/d天然气液化工厂全厂有功负荷~5.4MW（已考虑照明、空调、锅炉系统、发电机组自用电以及溴化锂机组用电，~0.6MW）。
2）低压蒸汽规格：0.6MPaG饱和蒸汽（~165℃）液化工厂脱酸单元共需蒸汽~1.6t/h。
冷热电联产系统
燃气冷热电三联供系统分类
按照供应范围三联供可以分为区域型和楼宇型两种 1区域型系统 主要是针对各种工业、商业或科技园区等较大的区域， 设备一般采用容量较大的机组，还要考虑冷热电供应 的外网设备，往往是需要建设独立的能源供应中心。 2楼宇型系统 是针对具有特定功能的建筑物，如写字楼、商厦、医 院及某些综合性建筑所建设的冷热电供应系统，一般 仅需容量较小的机组，机房往往布置在建筑物内部， 不需考虑外网建设。
2.具有可靠的技术保障
在国外冷热电三联供系统已应用了二十多年，经过多 年的技术改进，已形成了规范的技术体系，设备制造 技术也已成熟。不论是发电机组部分还是余热回收机 组部分在国内外都有商品供应。 三联供技术、建设和运用管理经验已被国内的专业公 司所掌握。上海浦东机场和北京燃气大楼等项目的成 功已为三联供项目的建设和管理培养了技术队伍，积 累了丰富的经验.国内的一些专业公司已具备了独立完 成项目的策划、设计、建设、调试和运营管理的能力。 根据一批冷热电三联供项目的成功经验，结合国外资 料，上海已经出台了相关技术规范《分布式供能系统 工程技术规程》。
4.具有良好的环保效益 天然气是清洁能源，燃气发 电机均采用先进的燃烧技术， 燃气三联供系统的排放指标 均能达到相关的环保标准。 根据美国的调查数据，采用 冷热电三联供系统分布式能 源，写字楼类建筑可减少温 室气体排放22.7%，商场类建 筑可减少温室气体排放34.4%， 医院类建筑可减少温室气体 排放61.4%，体育场馆类建筑 可减少温室气体排放22.7%， 酒店类建筑可减少温室气体 排放34.3%。
世界上很多国家都非常重视冷热电三联供的发展，制定了一系列 相关的鼓励政策，日本规定三联供项目的上网电价高于火力发电； 法国对于三联供项目投资给予15%的政策补贴；美国加州采用法 律规定来保证冷热电三联供项目的并网权；美国正在积极发展高 效利用能源的小型冷热电三联供，现有冷热电三联供系统110余 座，美国能源部规划2005年要建立200个示范点；2010年20%的 新建商用、写字楼类建筑物使用小型冷热电三联供；2020年50% 新建商用、写字楼类建筑采用小型冷热电三联供。 日本由于资源比较缺乏，所以对三联供研究十分重视。目前，日 本三联供系统是仅次于燃气、电力的第三大公用事业，到2000年 底已建冷热电三联供系统1413个，平均容量477kW，广泛应用于 医院、办公楼、宾馆及其它一些综合设施当中进行区域冷热供应。 在欧洲，2000年时丹麦、芬兰和荷兰等国冷热电三联供的发电量 都已超过该国总发电量的30%，澳大利亚、德国、葡萄牙和意大 利等国冷热电三联供也都有较大的比例
CCHP系统解析
热源进一步被利用制冷、制热及热
水供应。 CCHP系统能够充分利用天然气的
热能，综合用能效率可达90%以上。
同时可降低以天然气为燃料的供热 成本，把一部分成本摊到电费上，
减轻运营成本负担，与常规系统相
比超出的初投资费用通过节省运行 费5年内便可收回。
3 CCHP系统的设计模型
CCHP系统的设计模型主要有三种形式： 独立发电模型 并网不上网模型
并网加上网模型
3.1 独立发电模型
独立发电，没有引入市电进行调节，也没有其他电力补
充。因此燃气轮机的发电功率要大于额定电负荷且要考虑到热 负荷的充分利用，否则会影响其发电成本。 采用这种模型的用户一般比较注重设计系统的稳定性、安 全性及其可调节性，因此在此模型中适宜以阵列化的微型燃气
了能源的梯级利用。还可以提供并网电力作能源互补，整个系
统的经济收益及效率均相应增加。
2 CCHP系统组成及能流分析
2.1 CCHP系统组成
简单循环燃气轮机热电(冷)联产系统简图
冷热电联供系统简单结构示意图
2 CCHP系统组成及能流分析
2.1 CCHP系统能流分析
CCHP系统中，发电之后的余热通
来确定系统的电力输出。
“以电定热”——以电需求为基准，来确定系统的 热需求( 冷热负荷) 输出。
4.1 “以热定电”
燃气轮机冷热电联产系统“以热定电”流程图
“以热定电”可以获得较高的能源利用率，在设计工况
下运行时经济性良好，节能效果明显，结构简单、投资少、
运行可靠。 发电量受到供热量的限制，供热与供电互相牵制，难以 同时单独满足用户对于热能和电能的需要，当没有热负荷 时机组完全停运（以热定电的缺点所在）。在多余的电力
热电冷三联产
燃料 商用电系统
供电
进气冷却系统
空气
电力调配装置
供电
制冷系统
燃气轮机
烟气 燃料
发电机
烟气补燃型 溴化锂制冷机
供冷 供热
2、燃气－蒸汽联合循环系统
如果单循环中的余热用余热锅炉回吸收，可以产生的参数很高的蒸汽，可 以增设供热汽轮机，使余热锅炉产生的较高参数的蒸汽在供热汽轮机中继续 做功发电，其抽汽或背压排汽用于供热，可以形成燃气－蒸汽联合循环系统。
1.2 热电冷联产的分类
•大型DCHP
—适用于大中型电站的较大区域的热电冷联产 — 10MW级,100MW级或以上
•小型DCHP
— 适用于小型热电厂的小区域的热电冷联产 — 1~10MW之间
•BCHP
— 适用于单个楼宇的微型分布式能源系统 — 10KW级，100KW级，或1MW左右容量
1.3 热电冷联产的动力机械
– 在运行管理上，通过无人职守的智能化控制技术和网络化远程遥控技 术，对用户端能源设备进行管理和运行；
– 在系统上，将燃气管网、低压电网、通讯网络和冷热水管道于临近机 组连接，形成一个能源于信息交织的网络，使各种能源系统实现协同 整合优化。
分布式、微型化
优化整合能源系统
传统方式
优化方式
制 主冷 供系 电统 系 统
二、分布式能源的介绍及其适用范围
1、传统水力/火力发电 开发可用性水力发电，解决传统火力发电中存在的问题，发展煤炭集中的火力发 电站。
2、光伏发电 光伏发电固然两全其美， 取光源不用花任何费用和办理手续，而且不产生环境
污染是真正意义上的环保；但是其前期投资巨大，与目前市场其他能源销售价格 综合对比和我国目前经济实力，不是偏远地区的国家支援项目，企业实行光伏发 电的经济不可性行。 3、风力发电和生物质发电 只有具备风力发电和生物质发电的自然地理条件的区域，才能开发这两种能源形 式。 4、冷热电CCHP三联产 （1）具有稳定的燃料（天然气、焦炉煤气、化工尾气等各种燃值气体以及柴油） （2）不受地域限制、设计安装灵活 （3）适应需求复合式能源的区域 （4）具有卓越的经济性
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[1]张泰岩.基于微型燃气轮机的冷热电联产系统仿真[D].保定:华北电力大学,2006.
冷热电联产系统的主要实现方式
冷热电联产系统一般包括:动力系统和发电机(供电)、余热回收装置(供热)、制冷系统(供冷)等。
针对不同的用户需求，冷热电联产系统方案的可选择范围很大:与热电联产技术相关的选择有蒸汽轮机驱动的外燃烧式和燃气轮机驱动的内燃烧式方案;与制冷方式有关的选择有压缩式、吸收式或其它热驱动的制冷方式。
另外，供热、供冷的热源还有直接和间接方式之分。
在外燃烧式的热电联产应用中，由于常常受到区域供热负荷的限制，背压汽轮机不能按经济规模设置，多数是相当低效率的;而对于内燃烧式方案，由于燃气轮机技术的不断进步，同时燃气轮机的容量范围很宽:从几十到几十千瓦的微型燃气轮机到300MW以上的大型燃气轮机，它们用于热电联产时既有较高发电效率(30%一40%)，又有较高的热效率(4O%一50%)，从而是总的能有利用率有很大提高。
2.2.1锅炉+汽轮机+换热器+蒸汽溴化锂吸收式制冷机
系统构成如图2-1所示。
首先将锅炉产生的蒸汽作为汽轮机的动力，带动发电机组进行发电，同时汽轮机的排汽余热或者部分抽汽通过换热器全年供应生活用热水及冬季采暖，夏季通过蒸汽型溴化锂吸收式制冷机制冷，另外还需要一台小型蒸汽锅炉作为事故备用。
在我国能源结构中，煤炭一直占据主导地位，短期内不可能改变。
采用煤炭作为燃料，成本较低，故本方案特别适用于煤炭资源丰富的地区。
目前最成熟的洁净煤燃烧技术是循环流化床锅炉 (CFB)，在我国发展很快，十几年来，35-220t/h等各种型号的CFB锅炉已先后生产，其中35t/h、75t/h的CFB锅炉已是成熟产品，为分布式能源系统提供了有力的技术支持。
2.2.2小型燃气轮机+余热锅炉+换热器+蒸汽溴化锂吸收式制冷机
系统构成如图2-2所示。
天然气与空气混合燃烧后的高温烟气进入燃气轮机发电后，烟气中的余热通过余热锅炉回收转换成蒸汽利用，通过换热器提供全年生活热水及冬季采暖，夏季依靠蒸汽溴化锂吸收式制冷机制冷，另外还需要一台小型蒸汽锅炉在冬季和夏季燃气轮机不运行时段供暖、制冷，以及作安全备用。
这是一个传统的解决方案，适合于蒸汽需要量比较大，蒸汽品质要求比较高的用户，例如医院、洗浴中心等，还特别适合已经购买蒸汽锅炉和蒸汽溟化铿吸收式制冷机的单位进行技术改造。
本方案的不足之处在于系统比较复杂，运行维护成本比较高，增加了压力容器，安全要求也比较高。
2.2.3微型燃气轮机+余热/直燃溴化锂吸收式空调机
系统构成如图2-3所示。
燃气轮机首先利用天然气发电，将烟气中的余热直接通过余热/直燃嗅化铿吸收式空调机回收利用，冬季转换热水采暖，夏季转换冷水制冷，在燃气轮机不运行时段，溴化锂吸收式空调机直燃运行，安全性较高。
与方案二相比，减少了余热蒸汽锅炉和备用蒸汽锅炉，以及化学水系统和蒸汽排泄系统，效率大大提高。
本方案适用于大型商场、图书馆等无生活热水需求的场所，若在空调机高压发生器内加装热水器，并采用较高额定容量的燃气轮机，则可提供生活热水，应用于居民小区等场所。
传统的溴化锂空调机是采用直接燃烧或利用蒸汽或热水来实现供冷/供热，在此方案中将其与微型燃气轮机对接，
利用燃气轮机的烟气余热制冷、供暖和提供生活热水以及其他形式的热能，将两个成熟的技术进行整合，减少了传统利用方式中的锅炉、换热器、化学水系统等，大大降低了造价、运行和维护成本。
从造价和运行经济性角度，采用本方案节省了锅炉系统和化学水系统等;从需求匹配角度，此方案更合理，有更广泛的市场。
2.2.4内燃机+余热/直燃溴化锂吸收式制冷机
系统构成如图2-4所示。
由内燃机首先利用石油或天然气发电，将内燃机的烟气和缸套冷却水中的余热，由余热/直燃溴化锂吸收式空调机组回收利用，冬季供暖，夏季制冷，内燃机中的冷却水作为居民的生活用热水。
内燃机作为热工设备，可以采用石油、天然气作为驱动能源，适用面广，同时与方案三相似，本方案没有传统利用方式中的锅炉、换热器、化学水系统等，大大降低了造价、运行和维护成本，因此很有发展前景。
对于蒸汽需要量较大的场所，则可采用内燃机+余热锅炉+溴化锂吸收式制冷机的方案。