燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設計研究

李發(fā)才 邵飛 明小名

燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設計研究

李發(fā)才 邵飛 明小名

經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，給人們的生活水平帶來很大提高的同時也造成了環(huán)境的嚴重惡化，節(jié)能、低碳、減排、環(huán)保、綠色成為了當下經(jīng)濟社會發(fā)展的最主要問題。為了在可持續(xù)發(fā)展的基礎上同時實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，兩個行之有效的方法就是開發(fā)新的可再生能源和提高傳統(tǒng)化石燃料的利用率。而在我國的能源消耗中，煤、石油、天然氣等燃料所占的比重是非常大的，所以必須對傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)進行優(yōu)化配置，從而提高燃料的利用率。

在這樣的社會背景下，建筑行業(yè)的冷熱電三聯(lián)供（CCHP）技術以其能源利用率高、污染物排放量低等特點引起了人們越來越多的關注。為了解決這些問題，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)已經(jīng)得到了我國主要城市在政策方面的支持，并以其能源利用率高、污染物排放量少等優(yōu)點逐漸地發(fā)展起來。

一、燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)

1.燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的概述

燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)（CCHP）是在傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎上發(fā)展而來的，但又完全不同于熱電聯(lián)產(chǎn)，傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)是以大型化和集中化的方式，將產(chǎn)生的電力通過上網(wǎng)輸送，為整個大區(qū)域中的用戶提供電能，同時通過管道為用戶輸送電能；而冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是以機組小型化和分散化的方式布置在距離用戶較近的地方，可以同時向用戶供熱、供冷和供電，實現(xiàn)能源梯級利用的一種能源供應方式，屬于新型的分布式能源系統(tǒng)。

燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的原則是能級對口、梯級利用，首先是燃氣燃燒得到的高品位熱量通過燃氣輪機發(fā)電，然后利用余熱鍋爐將燃機中出來的中溫煙氣進行余熱回收，從而產(chǎn)生高品位的蒸汽，通過蒸汽輪機進行再次的做功發(fā)電，余熱鍋爐中排放出的煙氣可以利用低溫余熱回收裝置而產(chǎn)生熱水，產(chǎn)生的熱水就可以提供給用戶使用，其中不足的熱負荷可以利用汽輪機抽汽直接給用戶提供熱能，或者是驅(qū)動溴化鋰熱泵給用戶提供熱能。溫度高時，可以利用蒸汽驅(qū)動吸收式制冷為用戶提供冷量，不足的部分可以通過電制冷機來滿足用戶對冷量的需求。通過冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)這樣能源梯級利用的方式，可以有效地提高能源的利用率，節(jié)省對能源的消耗。但是，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)還是將化石燃料作為能量的來源，不能從根本上解決經(jīng)濟發(fā)展與燃料不足的問題，同時，產(chǎn)生能量需要燃料的燃燒，燃料在燃燒過程中肯定會存在污染物的排放。

2.應用燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的意義

首先，應用燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以實現(xiàn)能源梯級利用，提高一次能源的利用率，解決了傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)中難以提高能源利用率的問題，而且，燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)的單項發(fā)電效率雖然不及大型發(fā)電廠，但是如果將其余熱提供熱量和冷量也算在內(nèi)，年平均能量的綜合利用率就可以達到80%以上；其次，燃氣冷熱電三聯(lián)系統(tǒng)是供熱、供冷、供電的技術集成，解決了單獨設置功能系統(tǒng)時互相不兼容的缺點，使三種功能實現(xiàn)了在按需供應的前提下，運行還靈活可靠；另外，應用燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的并存，燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以提高一次能源的利用率，明顯地提高了節(jié)能減排下的環(huán)境效益，而且還可以充分利用峰谷電價差來調(diào)節(jié)供能，從而實現(xiàn)供電能效的提高。

二、燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設計

1.燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設計原則

第一，燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)屬于新型的分布式能源系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)是可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，是將電力生產(chǎn)、熱力供應、天然氣梯級利用以及環(huán)境污染治理等因素，在信息化智能控制和通訊遙控技術的支持下，實現(xiàn)跨行業(yè)的優(yōu)化整合，將輸送環(huán)節(jié)的損耗降到最低，從而實現(xiàn)能源利用效益的最優(yōu)化。因此，燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)要按照分布式能源系統(tǒng)進行設計。第二，選擇燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)設計方案時，要在對系統(tǒng)備選方案進行節(jié)能、環(huán)保等方面分析比較的基礎上，進行設計方案的優(yōu)化確定。第三，選擇燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的設備時，要在技術經(jīng)濟合理可行的基礎上，按照節(jié)能、環(huán)保等性能擇優(yōu)進行配置。

2.燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的使用條件

第一，使用燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)需要的能源供應條件：

（1）使用區(qū)域的燃氣供應要充足并且供氣參數(shù)穩(wěn)定。

（2）燃氣發(fā)出的電量不僅能夠自發(fā)自用，還要能夠并入市電網(wǎng)運行。

（3）市電網(wǎng)供電要實行峰谷分時電價。

（4）電網(wǎng)供電不足或者是電網(wǎng)供電難以實施，但是用戶的供熱、供冷、供電使用負荷較為穩(wěn)定。

第二，使用燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)需要的聯(lián)供負荷條件：

（1）燃氣輪發(fā)電機的總?cè)萘恳∮诨蛘呤堑扔?5MW。

（2）用戶要全年都有熱、冷負荷的需求，并且電力負荷的使用規(guī)律和熱、冷負荷的使用規(guī)律相似。

（3）聯(lián)供系統(tǒng)的年運行時間不要少于3500h。

第三，使用燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)需要的能源站站址條件：

（1）燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)的能源站要靠近供電區(qū)域的主配電室，而且供熱、供冷的區(qū)域半徑不要太大。

（2）燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)的能源站要方便和市政的燃氣管道進行連接，而且入站燃氣管道的壓力要與國家現(xiàn)行的相關標準、技術規(guī)程規(guī)定相符合。

（3）如果燃氣發(fā)電機設置在所供建筑物的首層或者地下室時，單臺的容量不要超過3MW；如果設置在屋頂，單臺容量則不可以超過2MW。

（4）能源站站址要符合環(huán)保要求以及防火、防爆等方面的安全性要求。

第四，使用燃氣冷熱電三聯(lián)供應系統(tǒng)的能效條件：

（1）符合能效的指標規(guī)定，即燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的年平均能源利用率要大于70%。

（2）符合配置指標要求，即燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的年平均余熱利用率要大于60%。

三、結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，能源環(huán)境問題日益凸顯出來，合理地使用分布式能源系統(tǒng)，不僅有利于可再生能源的利用，實現(xiàn)節(jié)能減排，對電網(wǎng)調(diào)峰平谷和經(jīng)濟發(fā)展也是有一定幫助的。作為分布式能源系統(tǒng)的一種形式，冷熱電三聯(lián)供能系統(tǒng)越來越得到重視。冷熱電三聯(lián)供能系統(tǒng)實現(xiàn)了能源的梯級利用，在能源不斷減少和環(huán)境不斷惡化的現(xiàn)代社會，對提高能源利用率實現(xiàn)節(jié)能減排非常的重要，是一種值得大力推廣的技術。

（作者單位：廣東省建筑設計研究院）