燃气冷热电三联供系统设计研究

李发才 邵飞 明小名

燃气冷热电三联供系统设计研究

李发才 邵飞 明小名

经济社会的飞速发展，给人们的生活水平带来很大提高的同时也造成了环境的严重恶化，节能、低碳、减排、环保、绿色成为了当下经济社会发展的最主要问题。为了在可持续发展的基础上同时实现节能环保，两个行之有效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优化配置，从而提高燃料的利用率。

在这样的社会背景下，建筑行业的冷热电三联供（CCHP）技术以其能源利用率高、污染物排放量低等特点引起了人们越来越多的关注。为了解决这些问题，冷热电三联供系统已经得到了我国主要城市在政策方面的支持，并以其能源利用率高、污染物排放量少等优点逐渐地发展起来。

一、燃气冷热电三联供系统

1.燃气冷热电三联供系统的概述

燃气冷热电三联供系统（CCHP）是在传统的热电联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化和分散化的方式布置在距离用户较近的地方，可以同时向用户供热、供冷和供电，实现能源梯级利用的一种能源供应方式，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，可以利用蒸汽驱动吸收式制冷为用户提供冷量，不足的部分可以通过电制冷机来满足用户对冷量的需求。通过冷热电三联供系统这样能源梯级利用的方式，可以有效地提高能源的利用率，节省对能源的消耗。但是，冷热电三联供系统还是将化石燃料作为能量的来源，不能从根本上解决经济发展与燃料不足的问题，同时，产生能量需要燃料的燃烧，燃料在燃烧过程中肯定会存在污染物的排放。

2.应用燃气冷热电三联供系统的意义

首先，应用燃气冷热电三联供系统可以实现能源梯级利用，提高一次能源的利用率，解决了传统热电联产中难以提高能源利用率的问题，而且，燃气冷热电三联供应系统的单项发电效率虽然不及大型发电厂，但是如果将其余热提供热量和冷量也算在内，年平均能量的综合利用率就可以达到80%以上；其次，燃气冷热电三联系统是供热、供冷、供电的技术集成，解决了单独设置功能系统时互相不兼容的缺点，使三种功能实现了在按需供应的前提下，运行还灵活可靠；另外，应用燃气冷热电三联供系统可以实现环境效益和经济效益的并存，燃气冷热电三联供系统可以提高一次能源的利用率，明显地提高了节能减排下的环境效益，而且还可以充分利用峰谷电价差来调节供能，从而实现供电能效的提高。

二、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

第一，燃气冷热电三联供系统属于新型的分布式能源系统，分布式能源系统是可持续发展的重要组成部分，是将电力生产、热力供应、天然气梯级利用以及环境污染治理等因素，在信息化智能控制和通讯遥控技术的支持下，实现跨行业的优化整合，将输送环节的损耗降到最低，从而实现能源利用效益的最优化。因此，燃气冷热电三联供应系统要按照分布式能源系统进行设计。第二，选择燃气冷热电三联供应系统设计方案时，要在对系统备选方案进行节能、环保等方面分析比较的基础上，进行设计方案的优化确定。第三，选择燃气冷热电三联供系统的设备时，要在技术经济合理可行的基础上，按照节能、环保等性能择优进行配置。

2.燃气冷热电三联供系统的使用条件

第一，使用燃气冷热电三联供应系统需要的能源供应条件：

（1）使用区域的燃气供应要充足并且供气参数稳定。

（2）燃气发出的电量不仅能够自发自用，还要能够并入市电网运行。

（3）市电网供电要实行峰谷分时电价。

（4）电网供电不足或者是电网供电难以实施，但是用户的供热、供冷、供电使用负荷较为稳定。

第二，使用燃气冷热电三联供应系统需要的联供负荷条件：

（1）燃气轮发电机的总容量要小于或者是等于15MW。

（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3500h。

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。

（2）燃气冷热电三联供应系统的能源站要方便和市政的燃气管道进行连接，而且入站燃气管道的压力要与国家现行的相关标准、技术规程规定相符合。

（3）如果燃气发电机设置在所供建筑物的首层或者地下室时，单台的容量不要超过3MW；如果设置在屋顶，单台容量则不可以超过2MW。

（4）能源站站址要符合环保要求以及防火、防爆等方面的安全性要求。

第四，使用燃气冷热电三联供应系统的能效条件：

（1）符合能效的指标规定，即燃气冷热电三联供系统的年平均能源利用率要大于70%。

（2）符合配置指标要求，即燃气冷热电三联供系统的年平均余热利用率要大于60%。

三、结语

随着我国经济的不断发展，能源环境问题日益凸显出来，合理地使用分布式能源系统，不仅有利于可再生能源的利用，实现节能减排，对电网调峰平谷和经济发展也是有一定帮助的。作为分布式能源系统的一种形式，冷热电三联供能系统越来越得到重视。冷热电三联供能系统实现了能源的梯级利用，在能源不断减少和环境不断恶化的现代社会，对提高能源利用率实现节能减排非常的重要，是一种值得大力推广的技术。

（作者单位：广东省建筑设计研究院）