燃气冷热电三联供制冷系统节能分析
燃气冷热电三联供系统设计研究

能 ,从而 实现供 电能效 的提高。 = 、燃气冷热 电三联供 系统设 计 1 . 燃气冷热 电三联供系统设计原则
化和 分散 化的方式布置在距 离用户较 近的地方 ,可以同时
的方法就 是开发新的可再生能 源和 提高传统 化石燃料的利 用率 。而在 我国的能源消耗 中,煤 、石油 、天然气等燃料
所 占的 比 重 是 非 常 大 的 ,所 以 必须 对传 统 的 能 源 系 统 进 行
向用 户供 热、供 冷和供 电,实现能源梯级利用的一种能源
( 2) 用户 要全年都有热 、冷负荷 的需求 ,并且 电力 负荷 的使用规律和热 、冷 负荷 的使用规律相似 。 ( 3) 联供 系统 的年 运行 时间不要 少于3 5 0 0 h 。 第三 ,使用燃气冷 热电三联供应 系统 需要 的能 源站站
址条件 :
( 1)燃气冷 热 电三联供 应系统 的能源站 要靠近供 电 区域 的主配 电室 ,而且供热 、供冷 的区域半径不要太大。
在 可持 续 发 展 的 基 础 上 同 时 实现 节 能环 保 ,两 个 行 之 有 效
产 的基础 上发展而来的 ,但 又完 全不同于 热电联产 ,传 统 的热 电联 产是 以大型化和集 中化的方式 ,将产 生的 电力通
过上 网输送 ,为整 个大区域 中的用户提供 电能 ,同时通 过 管道 为用户输送 电能 ;而冷热 电三联供 系统是以机组小型
供 应方式 ,属于新型的分布 式能源系统 。 燃气 冷热 电三联 供 系统 的原则是 能级 对 口、梯级 利 用 ,首先是 燃气燃 烧得 到 的高 品位热 量通 过燃气 轮机 发 电,然后利用余热锅炉将燃机中 出来的中温烟气进行余热 回收 ,从而产生高品位的蒸汽 ,通过蒸汽轮机进行再次 的 做 功发 电,余热锅炉中排放出的烟气可以利用低温余热回 收装置而产生热水 ,产生的热水就可 以提供给用户使用 , 其中不足的热负荷可 以利用汽轮机抽汽直接给用户提供热 能 ,或者是驱动溴化锂热泵给用户提供热能。温度高时 ,
燃气内燃机和吸附制冷机组成的冷热电三联供系统

燃气内燃机和吸附制冷机组成的冷热电三联供系统摘要:随着我国工业化和城市化进程的加快,资源和环境问题日趋严重。
同时,还有能源的匮乏、环境的日益恶化已成为当今世界各国共同面对的问题。
利用燃气替代煤作为燃料,既能提高能源利用率,又能保护环境。
但其不足之处在于,燃气价格较高,燃气资源匮乏。
因此,推广燃气内燃机和吸附制冷机组成的冷热电三联供系统技术,对我国特别是城市的环境与能源利用具有重要意义。
关键词:内燃机;吸附制冷机;冷热电三联供系统引言:燃气内燃机和吸附制冷机组成的冷热电三联供系统是一种既能利用自然气又能利用电能,又能回收废热的高效节能制冷技术,三联供可为建筑供热、供冷、供电,具有显著的节能降耗、降低二氧化碳排放等优点,已成为国内外研究热点。
一、技术原理燃气冷热电三联供系统是指将燃气燃料同时转换成三种产品:电力、热或蒸汽以及冷水,并将其一体化的多联产供能系统,是分布式能源的表现形式之一。
冷热电三联供供能模式与传统分散供能方式相比,该系统的能量综合利用率超过80%。
燃气燃烧产生的高品位能源将被用于三联供发电,其排出的热能等级较低,可被用来供给冷热电等中、低品位能源,从而形成冷热电三种能源的协同供给。
二、冷热电三联供系统的积极作用(一)、提高电力供应可靠性国家的飞速发展致使用电的依赖性也在不断增加,但是,2003年美国、加拿大的大面积停电以及2008年我国南方的冰雹灾害表明,在目前的大电网体系框架下,不管我们如何投入大量的技术和财力,都无法彻底杜绝此类停电事件的发生。
为了进一步提升电网的供电可靠性,需要对电网进行修复,因此,基于低碳思想,开发基于燃气的冷热电三联供系统,可以说是解决电网结构问题的一剂良药。
由于三联供距离客户较近,冷、热、电三联供可降低线路损耗6%-7%,解决了远距离传输、多层变配电设施建设难题,缓解了通道负荷;同时,在智能电网中,该系统不仅可用于正常供电,还可用于紧急情况下的应急备用,对某些关键客户的用电安全提供了可靠的保障。
三联供系统简介

燃气三联供系统简介燃气冷热电三联供系统(Combined Cooling Heating and Power,简称CCHP)是分布式能源的一种主要形式。
以天然气为主要燃料,带动燃气发电机组运行,产生的电力满足用户的电负荷,系统排出的废热通过余热利用设备向用户供热、供冷。
燃气冷热电三联供系统的特点:(1)能源综合利用率提高大型天然气发电厂的发电效率一般为35%~55%,如果扣除厂用电和线损率,终端的发电效率只能达到30~47%,而三联供系统的燃气利用效率最高可达到90%左右。
(2)能源供应安全性高三联供系统一般采取并网方式设计,大电网与三联供发电机组互为备用,因此相当于用户增加了一路常用供电系统,提高了用户供电的可靠性。
常规的冷热空调系统一般由电制冷机组加燃气锅炉组成,采用三联供系统后可以使用发电机的余热供热,对用户来说相当增加了一套空调冷热源系统;对于使用电空调的用户相当于将原来的单一用电空调制冷变为可以同时用电和燃气,因此提高了用户的冷热供应可靠性。
(3)有良好的经济性由于电力供应日趋紧张,各地纷纷把实行峰谷电价政策作为电力需求侧管理的有效手段。
以北京为例,北京目前实行的商业峰谷电价政策,平段电价为0.70元/kwh,高峰时间为1.32元/kwh,低谷电价为0.32元/kwh,因此采用传统电制冷除了增加大电网的负担以外,还使用户必须承担高额的运行费用。
而采用三联供系统利用发电后余热来供热供冷,整个系统能源效率提高,能源供应成本下降,在能源价格不断增长的形势下更具有良好的经济效益。
另外因为免除了电力远距离输配电损失,电力使用效率也增大。
(4)有良好的环保效益天然气是清洁能源,在其完全燃烧及采取一定的治理措施后,烟气中NOX等有害成分远低于相关环保指标要求,具有较好的环保效益。
(5)电力和燃气双重削峰填谷随着天然气在能源结构中利用的比例逐步上升。
城市天然气基本用于采暖,冬夏城市的峰谷日差已经高达4~12倍。
冷热电三联供

国家的政策支持
十一五期间支持并建设了一大批区域性热电厂
在《大气污染防治法》、《节约能源管理暂行条例》、
《节能技术政策大纲》、《节能法》等文件中都明确提 出要鼓励发展热电联产
在1998年开始执行的国家重点鼓励发展的产业、产
品和技术目录中也包括热电联产的项目
国家计委、国家经贸委、电力部、建设部于1998年2
电力输出:
5432kW
热力输出:
5516kW
启用:
1998-11月
匈牙利 Linden Repcelak 热电联供 3台 JMC 320 GS-N.LC 燃料:低热值天然气 电力输出: 3195kW 热力输出: 3447kW 启用: 2003-12月 用途:天然气厂余气利用
热电联供系统提供: 热,冰水和电力
制冷/供热
冷/暖 能耗需求量大单位
• 空调需求(医院,酒店,会议中心,办公大
楼,数据中心,电信机房)
• 每1,000 m2 办公室需要150-170KW的制 冷输出
• 工业需求(食品,化工,制药,造纸 等)
制冷方式 • 吸收式制冷机(溴化锂) • 压缩类制冷机
GE JANBACHER 燃气热电联供机组
由于使用天然气等清洁能源,降低了二氧化硫、
氮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
冷热电三联供原理
热力± 4.4kW
可燃气体
电力± 3.8kW(天然气)
成本概算=3.8kW(度)电+4.4kW热能﹣1立方标准天然气﹣ 维修折旧= 费用
• 每1,000 m2 办公室需要150-170KW的制冷输出
公司(ESP)
由市政府组织相关企业进行技术攻关,促进CHP
冷热电三联供系统特性分析与设计优化

冷热电三联供系统特性分析与设计优化摘要】随着我国当前人们生活水平的不断提高,社会的高速发展,人们越来越重视环境保护,同时国家也非常重视当前的生态保护。
而企业为了能够将国家政策以及环保意识进行有效落实,开始将很多全新的环保技术进行产品生产应用。
同样也针对企业自身所具有的技术进行创新,并且在原有的技术体系上进行环保技术的融合。
尤其是冷热电三联供系统的应用,能够真正实现很多设备的环保与节能,但冷热电三联供系统在进行应用过程当中仍然存在一定不足,还有的当前企业以及专家学者进行研究与解决,因此,本文将会就冷热电三联供系统特性进行分析,并且详细介绍如何进行系统设计优化。
【关键词】冷热电三联系统设计系统特性分析与优化随着我国工业化建设的不断发展,国家在整体发展过程当中,开始面临着严重的环境污染问题。
尤其是近年来,国家在进行工业技术体系调整过程当中,开始将环保技术融入其中,要求当前的工厂在进行工业生产开展过程当中,必须要重视环境保护,减少工业废水的排放。
而我国当前的建筑企业在进行建筑物设计师开始运用冷热电三联供系统,其中的目的也是为了实现能源的有效节约,冷热电三联供系统的应用,也实现了当前建筑企业的能源节约目标,真正为人们的生活提供更多全新的服务与体验,提供更多便捷的环保服务项目。
但随着技术不断发展,人们生活水平的不断提高,人们对于冷热电三联供系统的应用也提出了全新的要求。
一、冷热电三联供系统概论冷热电三联供系统,实际上该系统的真正功能就是对能源进行合理分配,因此,冷热电三联供系统其实质上能够真正实现能源的有效利用和节约分配。
热,冷,电三联供系统从字面上进行分析,实际上就是热然气冷,煤气,电器这三种方法融合在一起的一种能源节约模式。
同时它也是供冷系统,供热系统以及供气系统的一种融合体系。
随着当前社会不断发展,天然气已经成为了当前人们生活运用的主要能源,但是天然气并不是可持续利用能源,所以为了能够更好的对当前人们生活当中经常接触到的能源进行节约,所以才进行冷热电三联供系统设计。
冷热电三联供简介及其优化措施

冷热电三联供简介及其优化措施一、冷热电三联供的概念分布式能源系统(Distributed Energy System)是指将冷热电系统以小规模。
小容量(几千瓦至50MW、模块化、分散式的方式布置在用户附近,可独立的输出冷、热、电能的系统,减少了能源输送系统的投资和能量损失。
分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷热电三联供等多种形式。
冷热电三联供,即CCHP (Combined Cooling, Heating and Power) 是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机发电机等燃气发电设备运行,产生的电力用于满足用户的电力需求,系统所排出的废热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者余热直燃机等)向用户进行供热、供冷经过对能源的梯级利用使能源的利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右,能源梯级利用效率达到60%〜80%,大量节约一次能源。
因此说,燃气冷热电三联供系统是分布式能源的先进技术之一,也是最具实用性和发展活力的系统。
典型的燃气冷热电三联产系统一般包括动力系统和发电机、余热回收装置、制冷或供热系统等组成部分,主要用到的发电设备有小型和微型燃气轮机、燃气内燃机、燃料电池等;空调设备有余热锅炉、余热吸收式制冷机以及以蒸汽为动力的压缩式制冷机等。
针对不同的用户需求,冷热电联产系统可以有多种多样的组织方式,方案的可选择范围较大。
二、冷热电三联供的优点①提高能源綜合利用率传统火电的综合能源利用效率低,燃气冷热电三联供供能系统的综合能源利用效率可达到60%-80%.燃气锅炉直接供热的效率虽然能达到90%,但是它的最终产出能量形式为低品位的热能,而燃气冷热电三联供供能系统中有45%左右的高品位电能产出.因此燃气冷热电三联供供能系统的能源综合利用效率比传统的大电网供电和燃气锅炉直接供热的传统供能方式有大幅度提高。
②电力燃气消耗双重削峰填谷、改善城市能源结构在传统的能源结构中,夏季大量电空调的使用和冬季大量燃气锅炉采暖的使用造成了夏季用电量远高于冬季、冬季用气量远高于夏季的情况,这种不合理的能源结构导致了相关市政设施的低投资效率,造成了资源浪费。
天然气冷热电三联供系统热力学分析

天然气冷热电三联供系统热力学分析摘要:天然气冷热电三联供系统的应用显著提高了能源利用率,具有经济环保的作用,被大力推广。
其工作原理是先利用燃气轮发电机将天然气的内能转化为电能带动发电,再将燃气轮的高温烟气用于推动制冷剂制冷,然后用换热器回收烟气中残余的热量进行生活用水的加热,从而使得能源被充分利用,节约能源,有利于可持续发展。
关键词:天然气;冷热电三联供;热力学分析1、前言目前,全球面临着能源枯竭,物种多样性减少,环境污染严重,全球气候改变等紧迫问题,给人类的进一步发展进步带来严重的威胁。
其中,能源储量降低,能源日益枯竭问题是影响全球经济发展的最紧迫问题之一,而分布式能源的出现给问题的解决提供了一定的方向。
分布式能源能量利用率高、性能可靠、方便灵活且污染小,在当前各大城市得到了普遍的应用,冷热电三联供技术作为分布式能源系统的基础,在分布式能源的推广中具有十分重要的价值。
2、天然气冷热电三联供系统典型的天然气冷热电三联供系统表现为对能量的充分利用,首先三联供系统利用燃烧天然气的热量带动发电机工作为建筑物内提供电能,燃烧之后排出的高温烟气可以直接驱动溴化锂吸收式制冷机或者利用烟气的余热加热锅炉为建筑物制冷、供暖或提供生活热水。
一般来说,一个完整的天然气冷热电三联供系统包括的装置为原动机(燃气内燃机、燃气轮机等)和发电机组成的动力装置、吸收式制冷剂和离心式制冷机等设备组成的制冷装置、辅助锅炉热泵和余热锅炉等组成的供热装置。
3、天然气冷热电三联供系统热量分析上文中提到,天然气冷热电三联供系统由供电系统、制冷系统和供热系统三部分装置组成,在运行过程中实现了能量的充分利用。
在研究中,我们利用能量平衡法来分析三联供系统能源利用的特点,在这里,首先假设系统稳定运行,设备效率不发生改变。
在工作过程中,燃气轮发电机燃烧天然气进行发电,同时会把高温烟气排放进吸收式制冷机推动制冷机工作。
那么此时Pe与燃气轮发电机Q的关系如式3-1所示。
燃气冷热电三联供

能源效率:燃气冷热电>燃气锅炉 燃气锅炉效率:90%为低品位能源(热能) 燃气冷热电联供系统效率:30%~40%高品
位能源(电能) + 50%低品位能源(热能)
18%废热排放
能量的做功能力:电能=4~5倍热能
三联供系统基本原理-----能源的梯级利用
安全供电、减少对 集中供能依赖
与常规能效相比节 能40%,减排60%
安全
节能 减排
削峰 填谷
能源平衡利用
经济
高效
节约运行成本20%
实现能源梯级利 用,能效提高30%
燃气冷热电三联供已被欧美等发达国家广泛利用,尤其适用于办公楼、 商务区、医院等建筑
2.发展燃气冷热电三联供系统的意义
三联供:天然气发电、余热供热、余热制冷 常规供能:燃煤发电、燃气供热、电制冷
燃料 等级
高温段1000OC以上
电能
中温段300~500OC
驱动热泵 驱动吸收式制冷机 除湿 供热 生活热水
低温段200OC以下
环 境
排放
燃气冷热电三联供
二. 燃气冷热电三联供系统的意义
2.发展燃气冷热电三联供系统的意义
安全、可靠 节能、环保 节约成本 技术先进 管理方便 削峰填谷 增加防灾能力
提高用能的利用效率,一般7~10年左右即可回收投资
系统自发电,节省电费 充分利用余热制冷热,节省冷热费用
系统节能减排,节约能源和减排费用
专业能源服务公司管理,节约运行成本
2.发展燃气冷热电三联供系统的意义
对天然气和电力具有双重
“移峰填谷”作用
月耗天然气量(亿Nm3)
16.00 14.00 12.00 10.00
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燃气冷热电三联供制冷系统节能分析发表时间:2017-04-18T14:28:24.030Z 来源:《建筑学研究前沿》2017年1月 作者: 阚海丽[导读] 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;
(4)内燃机+烟气热水(补燃型)溴化锂冷热水
机组燃料进入内燃机燃烧室燃烧,内燃机输出机械功,带动发电机组发电;内燃机排放的高温烟气及缸套热水直接进入烟气热水(补燃型)溴化锂冷热水机组,驱动机组制冷(制热),对外提供空调冷(热)水。 2.理论分析
燃气冷热电三联供(CCHP)是指以燃气(现也有以沼气、页岩气等气体)作为一次能源,通过燃气轮机、燃气内燃机或燃气微燃机等动力设备驱动发电机发电,而产生的高温烟气和缸套水的热量可以被余热回收装置回收利用后向用户供冷或供热,满足终端用户对电、冷、热等能源方面的需求。本文计算所研究的三联供系统是“燃气内燃机+余热直燃机”的供能形式,其工艺流程是天然气进入内燃机燃烧,内燃机将燃料的热能转化为气缸的机械能,从而带动发电机组发电,提供电力负荷。天然气燃烧后的高温烟气以及缸套水的热量被余热回收装置再回收利用后,根据用户的要求为用户提供冷、热负荷。其系统原理图如图1所示:该系统具有的优点如下:
(1)布置在用户侧,燃气三联供系统解决了热电厂冬夏季负荷不均造成的热经济性低的问题,降低了发电煤耗率,提高了经济效益;
(2)该系统布置在建筑物内或就近布置,减少了大型热电项目大电网、大热网在输送环节的能量损失;
(3)该系统能够实现建筑用能自发自用,能源使用随用随转化、调节方便,避免了大型热电项目水利失调、冷热不均带来的能量损失;
(4)以溴化锂吸收式制冷机取代压缩式制冷机,避免了CFC类氟利昂制冷剂的大量使用和排泄,起到了环保的作用;
(5)该系统与建筑同步建设,建设周期短;
(6)可以实现区域内能源供应的模块化建设。 3.燃气三联供与传统供能方式的对比
在供给终端用户等量的符合需求时,分别采用燃气三联供系统和常规能源系统,通过相应的计算,对比分析其氮氧化物的生成量,具体分析如下。
(1)燃气三联供(燃气内燃机)
燃气内燃机以天然气作为一次能源进行发电,同时可以利用余热进行供热(制冷)。按照三联供系统效率80%(发电效率为40%)进行计算,提供1kWh的电量,需要天然气为0.256m3,同时可以提供1kWh的热(冷)。在氧浓度为5%时,不加脱氮设备的内燃机的NOX排放为500mg/m3,根据其理论产生的烟气量可得其产生的NOX量为1713.41mg。即燃气三联供系统产生1kWh的电和1kWh的热(冷),其耗气量为0.256m3,折合为标煤是0.307kg,产生的NOX量为1713.41mg。
(2)常规供能方式(单纯依靠燃煤电厂发电)
按照全国燃煤电厂平均发电效率为35%计算,同时要扣除输送电损大约为10%,最终终端用户得到的发电效率为30%。根据相关文献数据[7-8],选取火电厂的煤耗量为360g/kWh。1kWh的电,由燃煤电厂产生需要耗煤360g,等热值折合耗气为0.3m3,按照不加装脱氮设备来说其产生NOX为3.1g;1kWh的热,由燃气锅炉提供,耗气量为0.114m3,产生NOX为152.6mg;1kWh的冷,由电空调提供,电制冷机的COP取5,即终端用户获取1kWh的冷量需要消耗0.2kWh的电量,等热值折合耗气量为0.06m3,产生的为0.62g。综上所述,采用传统供能方式使得终端用户获得1kWh的电和1kWh热时,需要天然气体积为0.414m3,产生的NOX总量为3152.6mg,终端用户获得1kWh的电和1kWh冷时,需要天然气体积为0.36m3,产生的NOX总量为3620mg。
(3)计算结果对比分析 a.满足终端用户等量的能源需求,提供1kWh电+1kWh热,采用燃气三联供消耗一次能源量比常规能源方式少0.158m3,折合标煤为0.19kg,约为38%;产生的NOX量比常规能源方式少0.4565mg,约为45.65%; b.满足终端用户等量的能源需求,提供1kWh电+1kWh冷,采用燃气三联供消耗一次能源量比常规能源方式少0.104m3,折合标煤为0.12kg,约为28.9%;产生的NOX量比常规能源方式少1906.6mg,约为52.67%。
四、结论
从以上的计算分析可以得出以下结论: 1.在空调工况或普通供暖工况下,冷热电三联供燃气机热泵系统中的发动机与发电机的火用损功率比率是最大的。因此在设计冷热电三联供燃气机热泵系统时,从能量品质的角度出发应该尽量选取热效率比较高的发动机;减少发电机的发电量,因为直流发电机的发电效率比较低,通常在35%~50%之间,因此在设计时可以考虑直接用发动机带动水泵的方式,这样可以减少一次能量的转换带来的有效能的损失。 2.设计冷热电三联供燃气机热泵系统时,根据南北方地域的不同要综合考虑冷凝温度对系统的影响。北方地区属于法定供热区域,因此在设计的时候可以适当的将供热水的水温提高一些,这样使得系统的冷凝温度也适当的提高,从图5可以知道此时发动机和发电机的火用损功率可以降低;而在南方地区由于热泵系统的主要功能是供冷,因此只有牺牲发动机和发电机的有效能来达到比较理想供冷COP。 3.设计冷热电三联供燃气机热泵系统时,需要考虑蒸发温度对系统的影响,尤其是针对南方供冷为主的地区,选取一设计冷凝温度后,虽然蒸发器的火用损随着蒸发温度的升高而减小,但是考虑到系统的制冷剂流量也在不断的增加的原因,实际上蒸发器的火用损功率并不是一直在下降,如图8所示应该有一个拐点,因此可以选择在此拐点的附件寻找合适的设计蒸发温度,本文选取的蒸发温度为2.5℃。若左偏离拐点太远会造成蒸发温度过低,影响系统的COP;但若右偏离拐点太远则又达不到设计冷负荷的要求。 4.设计冷热电三联供燃气机热泵系统时,应该选用换热效果比较好的换热器,即想办法尽可能的将有冷量火用及热量火用产生和利用的换热器的火用损功率降至最低。从上述的图中便可知,所分析讨论的板式换热器的火用损功率不论在制冷或者供热工况下都比较大,有些工况下比压缩机的火用损功率还大,这是因为在板式换热器存在着双工质火用损情况。 5.设计冷热电三联供燃气机热泵系统时,不应当将发动机的转速定高,应该选择发动机的经济运转速度为好。,随着发动机转速的提高,发动机与压缩机的火用损功率都在飚升,较之不同冷凝温度和不同蒸发温度下各工况时的发动机,压缩机的火用损功率要大很多,因此高转速的燃气机热泵是不经济的。