冷热电联供系统的设计和系统集成
北京燃气设计院-冷热电三联供
北京燃气设计院 - 冷热电三联供引言冷热电三联供（Combined Cooling, Heating, and Power，CCHP）是一种综合利用能源的系统，它将冷却、供暖和电力生成联合起来，通过能源的高效利用，实现能源的可持续发展。
北京燃气设计院专门研究和设计冷热电三联供系统，以满足城市和企业的能源需求。
1. 什么是冷热电三联供？冷热电三联供是一种集冷却、供暖和电力生成于一体的综合能源系统。
它主要由以下几个组成部分组成：•发电机组：负责发电，并利用废热产生热水或蒸汽供热。
•制冷机组/吸收式制冷机组：负责提供冷却能力，制冷机组通过压缩蒸发制冷循环，吸收式制冷机组则利用吸附剂实现制冷效果。
•系统集成控制系统：用于监控和控制整个系统的运行，确保各个组件协调工作，提高能源利用效率。
2. 冷热电三联供的优势2.1 能源高效利用冷热电三联供系统通过综合利用废热，将能量的利用率提高到了80%以上，相比较传统的分别供热、供冷和发电的方式，能源利用效率有了大幅度的提升。
2.2 减少环境影响冷热电三联供系统能够减少二氧化碳和其他有害气体的排放，对环境造成的影响大大减轻。
通过废热的综合利用，减少了对燃料资源的需求，减少了燃烧对环境的污染。
2.3 提高能源安全性冷热电三联供系统可以提供稳定可靠的能源供应，如果出现电力中断，系统可以切换为自供能模式，保证建筑物或企业的正常运行。
2.4 经济效益显著冷热电三联供系统有效降低了能源的成本，通过综合能源的利用，降低了企业或建筑物的能源费用。
3. 北京燃气设计院的冷热电三联供解决方案北京燃气设计院已经积累了丰富的冷热电三联供设计和实施经验，为众多企业和城市提供了可靠的解决方案。
针对不同的需求，我们提供以下服务：3.1 设计和规划我们根据客户的需求和实际情况，进行系统的设计和规划。
我们的专业团队将评估能源需求，确定系统的规模和组成部分，并制定详细的施工方案。
3.2 工程实施我们提供全方位的工程实施服务，包括设备采购、安装调试、系统集成控制系统的搭建和调试等。
热电冷联供系统设计探讨
热电冷联供系统设计探讨【摘要】热电冷联供系统，对能源的综合利用率较高，可以实现有效的能源节约，减轻大电网压力。
热电冷联供系统设计的核心在于对热、电、冷负荷进行精确的逐时测算，确定出科学合理的热、电、冷比例，从而实现提高燃料的利用效率。
【关键词】热电冷联供，系统设计，经济型分析一、前言热电冷联供系统，对能源的综合利用率较高，可达80％以上，该系统为分布式能源供应系统，以天然气为能源，同时提供热、冷、电服务，大大减轻大电网压力，高效节约空调用电。
在进行系统设计时，需要对建筑物的热、电、冷负荷进行精确的逐时测算，确定出拥有合理热、电、冷比例的系统方案，同时以此为依据合理配置机组，或采用补燃技术提高燃料的利用效率，确保热电冷联供系统的经济性和节能效果。
二、系统设计中的关键点1.合理选择发电机组对于热电冷联供系统，可选用的发电机组有燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组、外燃机发电机组以及燃料电池。
后二者则因为单机发电功率较小且价格过高的原因，多用于试验研究系统，并没能实现产业化生产，没有广泛投入实践工程中。
前二者在国外早已实现产业生产化，实践应用广泛，它们虽都是燃气发电机组，但在价格和性能上有着各自的优劣差异，性能差异主要体现在发电效率、发电质量、噪声等级、余热排放参数等方面。
燃气轮机发电机组价格比燃气内燃机发电机组高出30％以上，发电效率不高，在28％与34％之间，如果是无回热装置的微燃机，发电效率则仅有17％，不过发电质量交稿，输出电压和频率具有比较好的稳定性。
带回热装置的微燃机除外，排烟温度通常情况下高于450℃，有利于余热回收利用。
燃气内燃机发电机组则有较高的发电效率，排放烟气余热以及缸套水余热，缸套水温度通常情况下低于100℃，余热回收利用系统因此比较复杂。
原则上，如果系统中的冷、热负荷比较大，电负荷比较小，则适宜选择采用燃气轮机发电机组，否则，适宜选择采用内燃机发电机组。
另，在燃气轮机一蒸汽轮机联合循环发电系统中还需配置蒸汽轮机发电机组。
冷热电三联供系统
第十章 冷热电三联供系统
10.1概述
10.2集中式冷热电联供技术
10.3建筑分布式冷热电联供技术
10.1概述
如果将发电过程中所产生的“废热”直接用于工厂或建筑供热，就能合理 地利用能源，减少能源资源的消耗，同时，又能减少对环境的污染，起到 保护环境的作用。这种在生产电的同时，为用户提供热的能源生产方式称 为热电联供。如果利用热能来驱动以热能为动力的制冷装置，为用户提供 冷冻水，满足用户对制冷的需求，则称这种能源利用系统为冷热电三联供 系统，简称冷热电联供。 如图10-1所示是冷热电三联供系统的示意图。
图10-13建筑冷热电联供系统流程图
分布式发电技术是一种小规模现场发电技术，应用于建筑冷热电联供系统 的分布式发电技术主要包括：微型燃气轮机、燃料电池和往复式内燃机。 （1）微型燃气轮机（Mi-croturbine，MT）微型燃气轮机是指单机功率为 30～400kW的一种小型热力发动机，它是20世纪90年代以来才发展起来 的一种先进的动力装置，装置采用布雷顿循环，主要包括：压气机、燃烧 室、燃气轮机、回热器、发电机和控制装置等组成部分。其工作流程图如 图10-14所示 。
图10-7基本燃气同发电循环
由于燃气轮机的排气温度还相当高，热能利用率较低，为了提高热能利用效 率，可以利用余热锅炉或换热器对燃气轮机的尾气进行热回收，用于供热或 驱动吸收式制冷机，提供空调冷冻水，从而实现冷热电联供。燃气轮机冷热 电联供系统的原理如图10-9所示。
分布式冷热电联供系统集成及应用
分布式冷热电联供系统集成及应用摘要：与传统的集中供能方式相比，分布式冷热电联供作为一种新兴的能源结构，具有节约能源、环保性好、启停灵活等优点.从分布式冷热电联供的基本含义、系统特点、集成方案、目前国内的发展状况以及发展中关键性问题等方面展开了简单的阐述，并提出借助于压缩式热泵对排烟余热深度回收利用技术，进一步降低排烟热损失，提高了能源利用率，为我国发展分布式冷热电联供能源系统提供重要参考.关键词：分布式；冷热；供电分布式供能系统是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。
其中，分布式冷热电联供系统是其主要形式，具有节能、环保、经济、可靠和灵活等特点。
传统的分布式冷热电联供系统常以天然气为燃料，但随着全球气候与环境问题的关注以及可再生能源技术的发展，多能互补的冷热电联供系统业已受到关注。
1.1 分布式冷热电联供系统的基本含义分布式冷热电联供系统(Distributed Combined Cooling Heating and Power，DCCHP)不同于传统集中供能(Concentrated Energy System，CES)，是指以小规模、小容量(数千瓦至50 MW)、模块化、分散化的方式安装在用户附近，同时在向用户输出热能、电能、冷能时，可以采用单供或联供的方式.这是一种新型的能源系统，采用“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的原则，提高化石能源的综合利用效率，符合国家可持续发展战略，也可称之为“第二代能源系统”。
天然气作为分布式冷热电联供系统的主要燃料，天然气经过燃烧后，内在化学能转化为700 ℃～1 500 ℃的高品位热能，首先利用这部分热能驱动发电机组发电；然后对中、低位热能逐级利用，200 ℃～500 ℃的热能可以作为吸收式热泵的驱动热源进行供冷或对外供应高压蒸汽，而200 ℃以下的热能则可以通过换热器供应热水或低压蒸汽，实现对天然气多级多次利用[9～15].2 分布式冷热电联供系统的主要特点2.1 节能环保，提高能源综合利用率在采用分布式冷热电联供系统过程中，可以有效提高低品位热能的整体利用效率，保证能源资源的综合利用。
天然气冷、热、电三联供系统简介
天然气冷、热、电三联供系统简介1、背景天然气是洁净能源，在其完全燃烧后及采取一定的治理措施，烟气中NOx等有害成分远低于相关指标要求，具有良好的环保性能。
美国有关专家预测如果将现有建筑实施冷、热、电三联供(Combined cooling heating and power，简称CCHP)的比例从4%提高到8%，到2020年CO2的排放量将减少30%。
2、概念与优势燃气冷、热、电三联供简单地说即为：天然气发电、余热供热、余热制冷。
相比于常规供能燃煤发电、燃气供热、电制冷，具有能源梯级利用，综合能源利用率高；清洁环保，减少排放CO2，SO2；与大型电网互相支撑，供能安全性高的优势及对燃气和电力有双重削峰填谷作用。
以天然气为燃料的动力装置，例如燃气轮机、燃气内燃机、斯特林发动机、燃料电池等，在发电的同时，其排放的余热被回收，用于供热或驱动空调制冷装置，如吸收式制冷机或除湿装置等，这种以天然气为燃料，同时具备发电、供热和供冷功能的能源转换和供应系统，就是天然气冷、热、电联供系统。
相比传统的集中式供能，天然气冷、热、电三联供系统是建立在用户侧的小型的、模块化的能源供给系统，避免了长距离能源输送的损失，为能源供应增加了安全性、可靠性和灵活性。
3、天然气冷、热、电三联供分类天然气冷、热、电三联供系统应用于商业、工业等各个领域，一般分为楼宇型和区域型两种。
楼宇型冷、热、电三联供系统，规模较小，主要用于满足单独建筑物的能量需求(如医院、学校、宾馆、大型商场等公共设施)。
单独建筑物一天内的负荷变化较大，会出现高峰或低谷的情况，而系统的运行需要不断进行调整，与负荷需求相匹配。
因此，楼宇型冷、热、电三联供系统对设备的启停机及变工况运行性能有较高的要求，同时在系统集成方面，发电设备、热源设备、蓄能设备之间的优化设计以及与电网配合的优化运行模式也十分必要。
区域型分布式冷、热、电三联供系统主要应用于一定区域内的由多栋建筑物组成的建筑群。
热电冷三联产系统设计流程
热电冷三联产系统设计流程热电联供系统设备较多，涉及面广，实际设计中。
必须考虑合理的企划设计流程，如何确定最佳的企划设计流程，将决定整个系统投资及运行的经济性及实用性。
根据经验，一般认为应该考虑以下几方面的内容:(1)与当地条件相关联内容的调查。
包括基础设施、建筑使用功能、电力政策、电价、当地气(燃料)价、气源使用政策、补助政策、各项关联法规等的调查。
(2)对建筑物负荷容量进行确定。
包括电力负荷、热负荷(供热、制冷、热水、蒸汽等)的大小及用途的调查。
(3)运转模式及发电机运转时间的确定。
确定电主热从运转或者热主电从运转方式，确定发电机是高峰运转还是低峰运转。
(4)电力系统基本方针的确定。
确定电力系统要否并网发电和逆送电。
(5)系统构成的确定。
包括电力系统的规模(容量)、发电机种类、台数的确定;排热系统的热回收方式(温水、蒸汽、温水+蒸汽、烟气、烟气+温水)、排热利用的用途及优先顺序、吸收式制冷机容量的确定;辅助热源系统的确定。
(6)针对以上内容拟定不同方案。
(7)对不同方案计算出系统的性能参数，包括每年的发电量、每年的排热量、每年的燃料消耗量、排热利用量、排热利用率、综合效率等口(8)冷热负荷匹配，在同一供冷热范围，建筑物的冬季热负荷与夏季冷负荷是否平衡。
(9)对不同方案计算出各个方案的设备投资费用。
(10)对不同的企划方案进行评价，包括以下两个方面:1)节省能源评价。
比较各个方案一年的能源消耗量。
2)经济性评价。
比较各个方案的设备投资、运转费用、设备利用率、热回收率、投资回收年限(一般投资回收期小于5年比较理想)、系统占地及建造费用。
科技成果——分布式能源冷热电联供技术集成
科技成果——分布式能源冷热电联供技术集成适用范围建筑行业大型楼宇建筑，容积率较高的综合物业形态区域行业现状常规模式冷、热、电的供应由大型电厂通过燃煤实现，目前我国发电量的供电标煤消耗为326g/kWh，供电效率39%。
电能通过高压线路远距离输送至各用能建筑，建筑内夏季冷需求通过电制冷机制冷，冬天通过锅炉采暖。
远距离电力输送浪费严重电能损失超过总发电量的6%，极大影响电厂总的发电效率。
热电冷三联产系统可以实现现有冷、热、电供应模式的改变，其综合能效可达到甚至超过75%。
该技术在不同应用领域其配置有所不同，配置方案主要取决于当地的能源需求结构，而主要设备无论那种模式都包括原动、制冷及供热等装置。
目前应用该技术可实现节能量9万tce/a，减排约24万tCO2/a。
成果简介1、技术原理用能建筑就近建设能源站，采用一次能源天然气作为主要能源发电，发电机产生的尾气用来制冷与采暖，能源梯级利用，能源利用率可高达85%。
同时直接在需能单位就近建设，避免输送浪费。
2、关键技术（1）溴化锂吸收式余热设备：远大自主研发可应用于冷热电联供系统的余热设备，利用发电机尾气或余热，进行制冷或制热或提供卫生热水，一机三用，共计拥有50余项吸收式技术专利，稳定可靠。
（2）多能源组合模式：远大针对冷热电联供系统的特点，开发出了热水制冷机组、蒸汽制冷机组、烟气制冷制热机组、混合能源型制冷制热机组，与各类发电机组无缝对接。
（3）精确冷热电配比：远大通过多年项目经验，总结出冷热电设计项目规范，自主开发了冷热电配比软件，针对不同用户采用软件精确分析冷、热、电需求，并根据需求设计最节能环保的冷热电系统。
远大设计的冷热电系统已经在多个项目上得到验证。
（4）冷热电自动控制系统：远大通过多个项目的运营管理经验，自主研发，开发了冷热电自动化控制系统与能耗监测系统，实现对各个设备自动控制，实时监测设备能耗，绘出能流图，通过软件分析能耗情况，自动调整运行策略，保障经济运行。
与电力系统协同区域型分布式冷热电联供能源系统集成方案
本技术集成方案借助系统科学和需求侧管理的 理 论 和 方 法 ，以 “电 为 龙 头 ”进 行 分 析 研 究 ，在 集 成 结 构和功能上重点解决 如 下 ５ 个 关 键 性 问 题：① 与 电 力系统协 同 运 行 问 题，挖 掘 区 域 型 ＤＥＳ／ＣＣＨＰ 及 其 所 构 建 的 能 源 网 对 大 电 网 电 力 负 荷 “削 峰 填 谷 ”的 能 力 ，提 高 电 力 系 统 的 能 源 利 用 效 率 、经 济 效 益 和 安 全运行水平；② 按 照 “温 度 对 口、品 位 对 口、高 能 高 用、低能低用、多能 互 补、负 荷 互 补、梯 阶 利 用”的 能
２）转 换 利 用 。 如 化 石 能 源 （天 然 气 ）通 过 燃 气 轮 机发电机组转换 为 电 能 和 热 能。 另 外，电 能 可 以 转 换 为 热 能 ，热 能 也 可 以 转 换 为 电 能 。
３）搬运利 用。 如 电 能 通 过 压 缩 式 制 冷 机、热 能 通过吸收 式 溴 化 锂 制 冷 机 将 室 内 的 热 量 搬 运 到 室 外 ，使 室 内 温 度 降 低 ；还 可 以 通 过 吸 收 式 转 轮 除 湿 机 和吸收式溴化锂制冷机对燃气轮机的进气进行除湿 冷 却 ，提 高 其 输 出 功 率 和 效 率 。
文献［４］提 到 的 将 ＤＥＳ／ＣＣＨＰ 与 微 网、热 网 和 大电网联 合 的 系 统 集 成，在 国 内 外 一 直 备 受 关 注。 区域型 ＤＥＳ／ＣＣＨＰ 的 推 广 应 用，使 电 源 布 局 由 大 型发电系统和微型 分 布 式 发 电 系 统 向 大 型、中 小 型 和微型发电系统 转 变。 这 将 对 微 网、热 网 和 大 ห้องสมุดไป่ตู้ 网 的 系 统 集 成 及 绿 色 能 源 供 应 链 在 能 源 高 效 、互 补 、梯 阶利用和需求侧管理方面带来深刻的变化。
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冷热电联供系统的设计和系统集成
1、系统设计
对于冷热电三联供系统来说，热量(冷量)的被利用程度决定了整个系统的经济性。
正确合理的设计原则是分布式能源设计成败的关键。
电和热没有匹配好，系统的节能效益便不能发挥。
设计原则中争论最多的是“以热定电”还是“以电定热”。
冷热电联供系统的产热和发电之间存在着平衡关系。
取得的热量多、得热的品位(温度)高，就势必要降低发电效率；反之亦然。
无论从热力学第一定律还是从热力学第二定律的观点分析，热电联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。
理论上讲分布式能源的发电系统效率多在30%左右，也就是70%左右的能量以余热的形式排出，所以如果用户的热电需求比在2：1左右可将系统的能源充分利用。
但是并不是所有的项目都满足此热电比，其中一个满足了，另一个不是多就是少。
并且系统的供电和供热(供冷)是动态变化的，用户的用电用热的峰谷难以同步，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，失去了冷热电联供的意义；若按照平均基本负荷设计容量，又必然会发生可能是高峰能力不足，低谷能力过剩。
但如果能与电网积极配合, 电网可作为分布式能源的备用电源，可减少系统的备用容量，减少了分散能源的初投资，一旦分散能源停机，电网可为用户供电，避免了因为分散能源停机为用户造成的损失；另外，与电网相连，在电网的峰荷阶段，分散能源向电网输送电能，牟取利益，改善分散能源的经济性。
其次是供电可靠性方面的利益，对用户来说，电网供电与分散能源可互为备用电源，这样可大大提高用户供电的可靠性。
若能与电网配合，“以热定电”与“以电定热”相比，无疑是占有绝对的优势，不但系统余热可充分利用，对于用户电的需求也有保障，有效避免了“以电定热”多余热量的浪费。
综上所述，分布式能源能否与电网相连接，直接影响系统的经济性和供电的质量。
2、系统节能的条件
冷热电三联供系统的节能也是有条件的。
我们从一次能源利用率PER (primary energy rate)来计算系统是否节能，其定义为获得的能量与一次能源的需要量之比。
冷热电分产系统采用电制冷，联供系统采用吸收式制冷，故可求得：
冷热电分产系统：
冷热电分产系统一次能源消耗量：
冷热电联供系统：
将冷热电联产的一次能源消耗量与分产的一次能源消耗量相比较，得到一次能源节约率PES
若PES＞0，表示吸收式制冷系统比压缩式制冷系统节能；若PES＜0则表示吸收式制冷机组不节能，同时可以反应出节能度。
在节能的前提下，还要根据实际情况，综合考虑地域的气候，经济状况，对供冷、供热的需求以及天然气、电的供应条件和价格，因地制宜，而不是生搬硬套。
冷热电联供建设的前提是“冷、热负荷”大小和特性。
如果只有电的需求而没有冷热的需求，或是需求很小，就没有必要建冷热电联供。
当项目的冷热需求不稳定，波动性比较大，峰谷差悬殊，此时如果建设冷热电联供经济效益不能保证。
并且由于分布式能源的初投资大、技术含量相对较高，对维护人员的素质要
求相应严格，所以适合在人才聚集经济发达的地区开展，并不是所有的情况都适合发展冷热电联供。
3、系统集成
典型冷热电三联供系统一般包括：动力系统、供热系统、制冷系统等。
天然气冷热电联供系统的模式有许多种，这主要取决于能源需求结构。
针对不同用户需求，联产系统方案可选择范围很大。
本文介绍两种以燃气轮机为动力应用比较多的模式。
(1)蒸汽系统
燃气轮机的高温排气进入排烟锅炉(余热锅炉)，产生蒸汽，通过蒸汽吸收式制冷机制冷或通过换热器制成热水供采暖及生活热水，系统如图1所示。
(2)排气系统
这种系统近年来在国内应用较多。
它充分利用了直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的特点，将直燃机与燃气轮机“无缝”结合。
燃气轮机发电后的尾气温度在250℃～550℃之间，氧的体积分数为14%～18%。
在负荷较大时，可以给直燃机直接供天然气补燃，中间省去了余热锅炉，使系统更加紧凑、简单，系统如图2所示。