冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在民用建筑中的應(yīng)用

文/林東超、劉亞威 杭州華電華源環(huán)境工程有限公司 浙江杭州 310030

由于環(huán)保意識(shí)的提高，以及不可再生能源的大量使用，使人們認(rèn)識(shí)到了節(jié)源能源、提高能源利用率的重要性。為了在節(jié)約能源的基礎(chǔ)上解決人們?nèi)粘５墓┡?、供電、供冷問題，人們開始了冷熱電三聯(lián)供的方式，該方式以天然氣為能源支撐，燃燒能源清潔，多梯度的進(jìn)行利用，最大程度的提高利用率，對(duì)此本文進(jìn)行相關(guān)分析，并以某具體的民用建筑為例進(jìn)行相關(guān)介紹。

1、冷熱電三聯(lián)供的相關(guān)概念

冷熱電三聯(lián)供，即CCHP（Combined Cooling, Heating and Power），該供能以天然氣為主，通過天然氣的燃燒帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等設(shè)備運(yùn)行[1]，進(jìn)行發(fā)電工作，產(chǎn)生的電能供給用戶使用，其發(fā)電量足夠用戶的電量消耗，剩余的電量還可以并入電網(wǎng)。天然氣燃燒會(huì)產(chǎn)生余熱，將系統(tǒng)排出的余熱進(jìn)行在利用，即通過余熱鍋爐等設(shè)備進(jìn)行余熱的回收，充分利用余熱的能量向用戶進(jìn)行供冷、供熱。該功能方式通過一次能源燃燒就滿足了整個(gè)供能系統(tǒng)的需求，利用率極高，大大節(jié)約了能源，實(shí)現(xiàn)的分梯度的能源利用方式。

自1998年1月1日起實(shí)施的《中華人民共和國節(jié)約能源法》第三十九條就明確指出“國家鼓勵(lì)發(fā)展下列通用節(jié)能技術(shù)：發(fā)展熱能梯級(jí)利用技術(shù)，熱、電，冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，提高熱能綜合利用率”[2]。此后技術(shù)不斷發(fā)展革新，逐漸走進(jìn)人們的生活之中。

2、冷熱電三聯(lián)供的優(yōu)點(diǎn)

2.1 節(jié)能環(huán)保

冷熱電三聯(lián)供是分布式能源的一種，一次燃燒可以多階段分梯度供能，其綜合利用率能夠達(dá)到90%，較普通的燃燒供能相比，利用率大大提高，并且燃燒的是天然氣，燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水，較為純凈，沒有有害氣體。

2.2 安全可靠

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的滿足自身建筑的供能外，剩余的熱量產(chǎn)生電能可以并入電網(wǎng)，供其他建筑使用。由于是建筑自己燃燒發(fā)電，所以不用擔(dān)心雷雨天氣破壞外部電網(wǎng)，建筑內(nèi)部的電能供應(yīng)將不受影響。

2.3 平衡能源消費(fèi)

冷熱電三聯(lián)供的應(yīng)用可以減少供能的用電量，增加天然氣的使用量，使消費(fèi)比例趨向合理化，減少了空調(diào)的消耗以及管路的消耗，提高利用率。

3、民用建筑冷熱電三聯(lián)供方案分析

冷熱電三聯(lián)供有兩種工作方式，一個(gè)是根據(jù)建筑的電力需求來確定熱的供應(yīng)，另一個(gè)是根據(jù)建筑的熱量需求來確定電的供應(yīng)，不同的建筑有著不同的需求，因此在實(shí)際搭建該系統(tǒng)時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的考慮，本文以某民用建筑進(jìn)行相關(guān)分析。

3.1 民用建筑的具體情況

該建筑面積為4.6萬m2，地下停車場1萬m2，地面建筑3.4 萬m2，總高82m。該建筑采用冷熱電三聯(lián)供進(jìn)行供能，將系統(tǒng)置于樓的外部，樓內(nèi)需要分季節(jié)進(jìn)行供冷和供熱。供能面積為3.4萬m2。

3.2 建筑內(nèi)用電分析

當(dāng)季節(jié)性用電時(shí)，即夏季需要供冷，冬季需要供暖，都配有相關(guān)的設(shè)施，冷熱電三聯(lián)供的工作系統(tǒng)負(fù)荷比較小，此部分不需要外部電能的接入。

當(dāng)非季節(jié)性用電時(shí)，即春季和秋季既不需要供冷，也不需要供熱，此時(shí)冷熱電三聯(lián)供并不工作，所以該部分需要向接入電網(wǎng)的電量。

通過以上的分析，在需要供能的季節(jié)電能由自身燃燒天然氣所得，多余的電能可并入電網(wǎng)，不足的電能從電網(wǎng)引入，靈活控制。

3.3 建筑內(nèi)負(fù)荷分析

建筑內(nèi)需要功能的面積為3.4萬m2，其中夏季供冷需要4500kW，若這些能量全部通過剩余的能量，則持續(xù)輸出的功率大約為3027kW。若是供熱的話，需要3200KW，經(jīng)過計(jì)算，需要供能2960kW。以上所述為季節(jié)性供能，當(dāng)非季節(jié)性時(shí)，樓內(nèi)耗電大概為1700kW，此時(shí)若是發(fā)電組工作的話，則會(huì)造成浪費(fèi)，因?yàn)橄牧繜o法吸收掉全部的能量。因此樓內(nèi)供能需要根據(jù)發(fā)電量來確定。

4、民用建筑冷熱電三聯(lián)供經(jīng)濟(jì)分析

對(duì)于中國的城市而言，大部分需要在夏季進(jìn)行供冷，在冬季進(jìn)行供熱，對(duì)于民用建筑而言，有兩種方案可以選擇。一種為全部利用國家電網(wǎng)的電能進(jìn)行供冷和供熱，使用較為便利；另一種則是通過天然氣燃燒，即冷熱電三聯(lián)供。將兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比，短期來看，若是采用冷熱電三聯(lián)供的方案，前期需要投入一筆不小的資金來運(yùn)行設(shè)備，這需要一定的經(jīng)濟(jì)能力支撐；而直接使用電網(wǎng)的電能則僅僅花費(fèi)使用的電費(fèi)，成本相對(duì)較低。從長期來看，冷熱電三聯(lián)供搭建完成后，在未來的時(shí)間內(nèi)，可以采用自身的燃燒熱進(jìn)行供電、供暖和供冷，將大大降低電費(fèi)的使用，并且并入電網(wǎng)的電還能盈利，并且從長遠(yuǎn)來看，該系統(tǒng)的環(huán)保效果、節(jié)能效果以及社會(huì)效益都遠(yuǎn)高于第一種方案。

4.1 冷熱電三聯(lián)供年發(fā)電量計(jì)算

本次設(shè)計(jì)的建筑采用兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行供能，以每日8小時(shí)的工作時(shí)間，每年200天的供能日期，則每年工作的時(shí)間則為1600個(gè)小時(shí)，設(shè)備工況按700kW計(jì)算，則每年發(fā)電224萬kW。

并且通過余熱進(jìn)行供冷供熱，所節(jié)約的電能折算為發(fā)電量，則大約為83萬kW，因此總計(jì)的發(fā)電量可以視為兩者之和，即83+224=307萬kW。

4.2 天然氣的消耗量

目前天然氣每立方米可產(chǎn)生36MJ的能量，并且電能轉(zhuǎn)化率為37%，根據(jù)上述發(fā)電量的計(jì)算，大約需要天然氣60.5萬立方米，以單價(jià)3.61計(jì)算，則需218.4萬元。

4.3 設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)費(fèi)用

設(shè)備的運(yùn)行需要維護(hù)，則需要相應(yīng)的投入，其費(fèi)用包含以下幾個(gè)方面：設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用，工作人員的費(fèi)用，設(shè)備的占有的場地費(fèi)，相應(yīng)的折舊費(fèi)等，所用的費(fèi)用綜合考慮，算入發(fā)電單價(jià)，可得出大概為0.8元/kW，而當(dāng)?shù)匾话闵逃秒妰r(jià)為0.89元/kW。

通過以上的分析，采用冷熱電三聯(lián)供的方式，其用電價(jià)格比國家電網(wǎng)較低，但是差價(jià)并不是特別明顯，總體優(yōu)勢并不能完全體現(xiàn)出來，并且投入回報(bào)相對(duì)較慢。但是該功能方式的具有很高的社會(huì)意義，若是政府能給予相應(yīng)的補(bǔ)助，則社會(huì)效益將會(huì)很好的顯現(xiàn)出來。

總結(jié)：

冷熱電三聯(lián)供是一種很好供能體系，具有能源利用率高，燃燒的能源較為清潔，具有極高的社會(huì)價(jià)值。應(yīng)有于民用建筑的話，長遠(yuǎn)來看具有較好的效益。對(duì)于該供能系統(tǒng)，政府等相關(guān)組織應(yīng)給予相應(yīng)的支持，來進(jìn)一步發(fā)展該供能方式，不僅對(duì)民用建筑有好處，而且能夠減輕電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，緩解用電高峰時(shí)期電網(wǎng)的壓力，還能給予相應(yīng)的電能供應(yīng)。