基于颜巴赫燃气内燃机的分布式能源系统变工况特性研究

基于颜巴赫燃气内燃机的分布式能源系统变工况特性研究秦渊・，杨洁２，吕春杰３（１．中南电力设计院。湖北武汉４３００７１；２．中船ｔ工第七一一研究所研发中心。上海２０１１∞；３．武汉大学动力与机械学院。湖北武汉伽７２）

摘要：本文主要研究基于ＧＥ颜巴赫燃气内燃机发电机组的分布式能源系统的变工况特性问题。采取建模分析与设备标定技术性能参数相结合的方法，获取高精度描述燃气内燃机和烟气型溴化锂吸收式冷水机组热力特性的数学关联式。最后通过计算得到冷热电联产系统的变工况特性曲线，为系统优化运行提供参考。关键词：分布式能源系统；燃气内燃机；变工况特性ＤＯｌ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．２０９５—３４２９．２０１４．０２．００１

中图分类号：ＴＫ０１９文献标识码：Ｂ文章编号：２０９５－３４２９（２０１４）０２—０００１一０３

ＡＩ谢ｙｓｉｓｏｆｔｈｅＯ仃－ｄｅｓｉｇｎＰｅｒｆ０朋唿ｎｃｅ０ｆＤＥＳＢ嬲ｅｄ

ｏｎＪＭＳ

Ｇ嬲ＥＩＩｇｉ玳

ＱＩＮＹｕ跚１，ＹＡＮＧＪｉｅ２，ＬＶＣｈｕｎ＿ｊｉｅ３

（Ｊ．ｃｅ眦以ｓＤ眦ｋｍ现ｉ№娩ｃ砌胁ｒ脑初胁豳啦，Ⅳ如＇钉０Ｄ刀，ＣＡ抽；２．肘积舶Ｄ玩ｅＺ阮沁Ｒｅｓｅ∽＾风ｔ妇ｅ尺＆Ｄｃｅ腑ｒ，踟啦ｄ２Ｄ，Ｊ嬲

，铣讥口．３．Ｓｃｈ蒯矿Ｐ口眦ｒｍｄ胁ｃｈ∞拓ｄＥ，硒鹏ｅ＾昭ｗ如∞洳妇ｅ乃缸ｙ，舻眈矾４３０Ｄ７２，蕊妇）

Ａｋ缸翟ｃｔ：．１１ｌｉｓｍｅｓｉｓｆ＆ｕｓｅｓｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓ

ａｂｏｕｔｔｌｌｅ础Ｌｄｅｓｉｇｎｐｅｒｆ葫ｍａｎｃｅｏｆＤＥＳｂａｓｅｏｎＧＥＪＭＳ

ｇ鹪ｅｎ百ｎｅ

ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｅｔ．ＣｏｎｌｂｉｎｉｎｇｔｌｌｅｍｏｄｅｌｉＩｌｇ觚ａｌｙｓｉｓｍｅｔＩｌｏｄｗｉｎｌｄｅｖｉｃｅｐｅ舶珊肌ｃｅｐａ删ｎｅｔｅｒｓ

ｃａｌｉｂｍｔｉｏｎ慨ｈｎｏｌｏｇ）ｒ，ｏｂｔａｉｎ

ｔｌｌｅｈｉ曲ａｃｃｕｒａｃｙＭ址ｅｍ缸ｃａｌＡｓｓｏｃｉ觚ｏｎｏｆｔｌｌｅ姗ｏｄｙｎａＩＩｌｉｃ

ｐｒｏｐｅｎｉｅｓｏｆｗａｔｅｒｃｈｉｌｌｅｒｇ鹊ｅｎ舀ｎｅ蚰ｄｇ鹤ｔ）ｒｐｅｌｉｔｌｌｉｕｍ

ｂ砌【ｌｌｉｄｅａｂｓ咽ｐｔｉｏｎ．Ｆｉｎ矗ｕｙ，ｗｅ

ｇｅｔｔｌｌｅ水ｄｅｓｉ印ｃ∞ｄｉｔｉｏｎｃｈａｒ们ｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｎｒｅｏｆＣＣＨＰｓｙｓｔｅｍｔｌｌｒｏｕ出ｃａｌｃｕｌ撕ｏｎ，ｗｈｉｃｈ

ｐｒｏ、，ｉｄｅｓｍｅｒｅｆｂｒｅｎｃｅｆｌｏｒｓｙｓｔｅｍｏｐｔｉｍ蒯ｏｎ．

Ｋｅｙ帅ｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ

ｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍ；ｇ鹤ｅｎｇｉｎｅ；

水ｄｅｓ蜘ｐ耐ｂ瑚锄ｃｅ

Ｏ引言基于燃气内燃机的分布式能源系统是建立在能量梯级利用的多产品输出系统，当内燃机的发电功率变化时，直接影响余热产生的冷量和热量输出，因而也影响分布式能源站的经济性。在分布式能源系统中，制冷量、制热量、能源综合利用率、一次能源节约率等系统

参数随内燃机发电功率变化的关系，称为联产系统的特性。准确地掌握机组的变工况特性是实现机组运行优化的必备前提条件。本文研究以ＧＥ颜巴赫ＪＭｓ系列燃气内燃机为主机的分布式能源的变工况特性。

作者简介：秦渊（１９８３一），男，湖北武汉人，硕士，工程师，主要从事新能源与火电方面的设计与研究。

枷播粼Ｉ・万方数据１系统的构成２．２变工况下溴化锂机组的制冷量和制热量

基于颜巴赫ＪＭＳ６２４型燃气内燃机发电机组的的分布式能源系统（ＤＥＳ）的配置如图１所示，主机的排烟直接送入烟气型溴化锂冷水机组，夏季模式工作时对外输出空调用冷媒水，冬季模式工作时对外输出空调用热媒水。用主机高温回路冷却水通过换热设备生产生活卫生热水。

冷（热自来水图１基于ＪＭＳ系列燃气内燃机的冷热电联产系统１一燃气内燃机发电机组２一烟气性溴化锂吸收式冷水机组３一生活热水换热器４一生活卫生热水箱５一空调冷（热）媒水供水池６一空调冷（热）媒水回水池

２设备的变工况特性２．１燃气内燃机发电机组的负荷特性颜巴赫ＪＭＳ６２４型燃气内燃机发电机组的负荷特性描述了恒定转速下输出功率变化时机组效率、排烟温度、排烟流量等参数随之变化的关系。根据制造厂提供的技术数据，通过拟合，这种关系可以用无量纲方程表示：＿－１．２４５－４．１１５８砑．１５．９６８＿２－２７．２６５７丙：

＋２１．９２８８丙４＿６．７６０３丙：（１）

话１．９５５—２．３６３５＿ｅ＋１．９１４丽：一ｏ．５０６１丙：（２）

ｍＦ０．０４８８＋ｏ．８１８４－Ｖ●０．１３２８Ⅳ：（３）式中石一折合效率，燃气内燃机发电效率与其标定值之比；

ｔ—折合排烟温度，燃气内燃机排烟温度与其标定值之比；元一折合烟气流量，燃气内燃机排烟流量与其标定值之比；＿ｅ一折合功率，燃气内燃机发电功率与其标定值之比。

发电机组的输出功率变化时，其排烟温度和流量也随之变化，从而导致烟气型溴化锂吸收式冷水机组的制冷（热）量发生变化。根据冷水机组的标定工况技术性能数据和简化模型分析计算【”，制冷（热）量与烟气流量和温度的函数关系为：Ｑ＝锄（￡）＋铆（ｔ）ｍｇ＋口２（ｔ）ｍ孑（４）嘞（‘９１）＝一０．０５５８＋０．０２８‘咀（５）口ｌ（‘异１）＝一０．４７２４＋１．７７８￡ｇｌ（６）啦（‘９１）＝一０．５５５５＋０．２７７７‘ｇｌ（７）Ｑｃ－Ｑ×Ｑ０ｃ（８）

Ｑｈ－Ｑ×Ｑｏｈ（９）式中西—折合制冷（热）量，冷水机组制冷（热）量与标其定值之比；ｔ—折合温度，冷水机组烟气入口温度与标定值之比；

元—折合流量，冷水机组烟气流量与标定值之比：以—冷水机组标定制冷量，ｋＷ；巩一冷水机组标定制热量，ｋＷ。

２．３变工况下生活卫生热水产量联产系统的生活卫生热水是利用主机高温缸套冷却水生产的。标定工况下主机高温冷却水出／回水温度分别为９５℃和８０℃，流量３１．１７ｋ小。当输出电功率变化时，进口水温和流量都不变，只有出口水温随之变化。高温冷却水释放的热量可全部用于生活卫生热水的生产。

ｔ”。＝ｏ．７６２２＋０．４０１８Ⅳ●０．１６４Ⅳ：（１０）Ｑ１１ｗ＝ｃ∥ｋ（￡”矿ｔ７。）（１１）式中ｐｈ一生活卫生热水的热量，ｋＷ；廊。一冷却水流量，ｋ幽；ｃ，一冷却水比热容，Ｉ【Ｊ／ｌ【ｇ・Ｋ；ｚ’。—缸套冷却水回水温度，℃；￡‰—缸套冷却水出水温度，℃；

≯。一折合冷却水出口温度与额定值之比。

３联产系统的变工况特性３．１联产系统的性能参数分布式能源站的冷、热、电联产系统必须经常根据负荷的变化调整运行工况。因此，当工况变化时，联产系统的输出参数（电力、冷量和热量）和描述热经济性

２Ｉ渊釉卷万方数据的参数都随之改变。当前常用能量综合利用率叼尸和一次能源节约率ＲＥＲｓ作为评判指标。能量综合利用率：栌警

（１２）一次能源节约率：一＝１＿鲁。１‘甄缸㈤，

Ｑ｜缸Ⅳｅ．Ｑ。．Ｑ“。Ｑｈ

啡叼声叼芦’叩ｂ

式中ｐ缸——次能源消耗量（ｋＪ），符号的右上标“ｃ”表示联产系统，“ｓ”表示分产系统；‰一电网平均供电效率，取０．３６；吼—热水锅炉平均供热效率，取０．９；占一空调电制冷平均制冷系数，取５．０；占’一空调热泵平均泵热系数，取３．５。

３．２联产系统的变工况特性曲线根据联产系统的各设备的变工况计算，分别绘制夏季与冬季三联供系统的变工况特性曲线如下：

４０００３５００面３０００鬣＊２５００蕞划２０００

１．２＋生活卫生热水热量。＋制冷量１谆—一能量综合利用率ｏ＿８要—’一次能源节约率

枣０６蔷

要１５００Ｐ母————＿］ｏ．４藿

叠１ｏ（）（）净＝羹！苎！＝磐＿＝！！＝！＝竺＝！！！！：＝釜篓５０：：莲兰竺鬻

折合功率一生活卫生热水热量＋制热量

一能量综合利用率一一次能源节约率

由图２和图３可以看出，夏季与冬季三联供系统随内燃机负荷变化的趋势基本一致。生活卫生热水的热量来自于内燃机的缸套水，内燃机的缸套水为闭式循环，其流量恒定，当内燃机功率降低时，缸套水出口温度降低，因此生活卫生热水的热量呈单调递减的趋势。制冷量，制热量来自于内燃机的烟气，当内燃机功率降低时，排烟流量降低，溴化锂机组的制冷量／制热量也呈递减的趋势。综合能量利用率反映能源的综合利用程度，内燃机功率降低时，烟气做功不充分，排烟温度升高，使溴化锂机组ｃＤ腿高，因此当内燃机功率降低

时，其余热利用率反而提高了。

４结语本文拟合的描述燃气内燃机负荷特性的无量纲函数式可普遍应用于ＪＭｓ系列燃气内燃机，描述制冷（热）量的无量纲函数式可普遍应用于烟气型溴化锂吸收式冷水机组。对分布式能源站的设计和运行都具有参考意义。分布式能源站的制冷量（制热量）以及生活热水热量与主机发电功率是单调增的函数关系。调节燃气内燃机的燃料供应，可同时改变联产系统的冷、热、电输出。借助大电网的电力供应调节功能，冷热电联产系统在以冷（热）定电的模式下工作，能充分发挥其节约能源的优点。综合能量利用率随主机功率增加而变小。因为内燃机在低负荷工作时，排烟温度升高，流量变小，从而导致烟气余热在溴化锂冷水机组中的制冷能力增强。综合能量利用率是在热力学第一定律的角度上考察能源利用效率，未考虑能源的高低品位，因此不具备科学评判分布式能源系统热力性能的能力。一次能源节约率随发电功率增加略有增加，在主机全负荷范围内变化不大，其值大约在３３％左右。只要统一规定分产系统工作模式和对应的能效参数，用一次能源节约率评价分布式站冷、热、电联产系统的热力性能比综合能量利用率更科学，更合理。

参考文献：【１】郑剑娇，郭培军，隋军，等．烟气型吸收式制冷机的变工况特性研究叨．工程热物理学报，２０１２，３３（８）：１２７５～１２７８．【２】ｃＪＪｌ４５—２０ｌＯ，燃气冷热电三联供工程技术规程【ｓ】．收稿日期：２０１３＿１０－１７修回日期：２０１４－０３—２１

蝴渊Ｉ３总第１５６期第３５卷＿ｊ

∞∞∞∞

Ｏ５Ｏ５

线，性扎，特一况一９工～ｏ变ｉ衙率季

。～勰一

一Ｏ图

万方数据