天然氣冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)簡介

天然氣冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)簡介1、背景天然氣是潔凈能源，在其完全燃燒后及采取一定的治理措施，煙氣中NOx等有害成分遠低于相關(guān)指標要求，具有良好的環(huán)保性能。美國有關(guān)專家預測如果將現(xiàn)有建筑實施冷、熱、電三聯(lián)供(Combinedcoolingheatingandpower，簡稱CCHP)的比例從4%提高到8%,至U2020年CO2的排放量將減少30%。2、概念與優(yōu)勢燃氣冷、熱、電三聯(lián)供簡單地說即為：天然氣發(fā)電、余熱供熱、余熱制冷。相比于常規(guī)供能燃煤發(fā)電、燃氣供熱、電制冷，具有能源梯級利用，綜合能源利用率高；清潔環(huán)保，減少排放CO2，SO2；與大型電網(wǎng)互相支撐，供能安全性高的優(yōu)勢及對燃氣和電力有雙重削峰填谷作用。以天然氣為燃料的動力裝置，例如燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機、斯特林發(fā)動機、燃料電池等，在發(fā)電的同時，其排放的余熱被回收，用于供熱或驅(qū)動空調(diào)制冷裝置，如吸收式制冷機或除濕裝置等，這種以天然氣為燃料，同時具備發(fā)電、供熱和供冷功能的能源轉(zhuǎn)換和供應系統(tǒng)，就是天然氣冷、熱、電聯(lián)供系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)的集中式供能，天然氣冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)是建立在用戶側(cè)的小型的、模塊化的能源供給系統(tǒng)，避免了長距離能源輸送的損失，為能源供應增加了安全性、可靠性和靈活性。3、天然氣冷、熱、電三聯(lián)供分類天然氣冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)應用于商業(yè)、工業(yè)等各個領(lǐng)域，一般分為樓宇型和區(qū)域型兩種。樓宇型冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)，規(guī)模較小，主要用于滿足單獨建筑物的能量需求（如醫(yī)院、學校、賓館、大型商場等公共設施）。單獨建筑物一天內(nèi)的負荷變化較大，會出現(xiàn)高峰或低谷的情況，而系統(tǒng)的運行需要不斷進行調(diào)整，與負荷需求相匹配。因此，樓宇型冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)對設備的啟停機及變工況運行性能有較高的要求，同時在系統(tǒng)集成方面，發(fā)電設備、熱源設備、蓄能設備之間的優(yōu)化設計以及與電網(wǎng)配合的優(yōu)化運行模式也十分必要。區(qū)域型分布式冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)主要應用于一定區(qū)域內(nèi)的由多棟建筑物組成的建筑群。區(qū)域內(nèi)建筑物用途具有多樣性，各個建筑物對用能需求的時間段也不同，由于不同用途建筑物負荷之間的相互荊合，使得區(qū)域能源需求雖然比較大，但是供能曲線相對比較平穩(wěn)，設備的變工況運行要求不高。當規(guī)模較大時，一般采用高效的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組。4、供能形式下圖為常規(guī)的冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)主要由原動機為核心的發(fā)電設備和余熱回收設備組成，與電網(wǎng)并網(wǎng)運行。建筑物的基礎負荷一般由電力負荷、制冷負荷、采暖負荷、熱水負荷組成，其中電力負荷優(yōu)先由原動機發(fā)的電來提供，當原動機的發(fā)電量不能滿足需求時，從電網(wǎng)買電。發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱被蒸汽型、熱水型吸收式嗅化鏗制冷機等余熱吸收式熱源設備所利用來制冷制熱，或者通過熱交換的方式，提供采暖和熱水負荷。熱水負荷不能滿足需求時，由鍋爐進行補給。冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的原動機形式主要有微型燃氣輪機、內(nèi)燃機、燃料電池等。微燃機規(guī)模一般在25~400kW，發(fā)電效率比較低，而產(chǎn)熱品味較高，煙氣溫度可以達到500°C以上，適用于熱負荷比較高的用戶。內(nèi)燃機規(guī)模一般在100kW?5MW,發(fā)電效率很容易與大電網(wǎng)的平均效率持平，但煙氣溫度低，換熱效率低。對于1MW以下的三聯(lián)供系統(tǒng)，內(nèi)燃機占據(jù)了主導地位，這是由于燃氣輪機在此容量范圍內(nèi)發(fā)電效率較低，節(jié)能和經(jīng)濟效益不明顯。對于1?5MW的三聯(lián)供系統(tǒng)，燃氣輪機數(shù)量大約為燃氣內(nèi)燃機的50%。對于5?10MW及以上范圍的三聯(lián)供系統(tǒng)，燃氣輪機占主要地位。燃料電池的應用在國外較為普及，相比傳統(tǒng)的發(fā)電方式具有發(fā)電效率高，環(huán)境性好的優(yōu)勢。如果建筑物的熱電負荷比例與冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的熱電比接近，系統(tǒng)能源利用效率還是非常高的，所帶來的經(jīng)濟性回報也很高，投資回收期也較短。5、應用案例一：北京南站原理：冷、熱、電三聯(lián)供采用燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組。內(nèi)燃發(fā)電機的余熱主要有兩部分，煙氣余熱和缸套水余熱。煙氣余熱可以有2種利用方式。發(fā)電機的高溫排氣進入余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽，通過蒸汽吸收式制冷機，產(chǎn)生冷熱水供空調(diào)或采暖。這種系統(tǒng)是典型系統(tǒng)，特別適用于有蒸汽需求的情況。發(fā)電機的高溫排氣直接進入煙氣型溴化鋰吸收式冷熱水機組，產(chǎn)生冷熱水供空調(diào)或采暖。

I■并網(wǎng)點機厲總揑審鋼套水rPh……F ■1 ■r ■J ■ai "分水器汩水干渠I樓4I■并網(wǎng)點機厲總揑審鋼套水rPh……F ■1 ■r ■J ■ai "分水器汩水干渠I樓4熱）拱水智j旳俶冋水笹樂水菇圖1冷熱電三聯(lián)供十污水源熱駛系統(tǒng)原理應用特點：（1） 冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)通常采用的方法是通過燃氣輪機或內(nèi)燃機技術(shù)，一方面發(fā)電，另一方面回收余熱，經(jīng)過煙氣吸收式冷溫水機提供冷達到夏季制冷和冬季采暖效果。可以實現(xiàn)能源的梯級利用大幅提高整個系統(tǒng)的一次能源利用率。還可以提供并網(wǎng)電力作能源互補，整個系統(tǒng)的經(jīng)濟收益及效率均相應增加。三聯(lián)供系統(tǒng)能充分利用天然氣的熱能，綜合用能效率可達90%以上。同時可降低以天然氣為燃料的供熱成本，把一部分成本攤到電費上，減輕運營成本負擔，設計合理時與常規(guī)系統(tǒng)相比，超出的初投資靠運行費用的節(jié)省5年內(nèi)可收回。（2） 節(jié)能性分析對三聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能率與兩種對象進行比較，一是按照天然氣大型聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電效率50%進行比較，該比較對象目前節(jié)能性最高，經(jīng)模擬計算結(jié)果表明北京南站能源系統(tǒng)全年運行節(jié)能率12%；二是按照北京用能的實際情況進行比較，與常規(guī)系統(tǒng)能源利用比較，冬季與夏季的節(jié)能率分別為67%和59%。（3）節(jié)水性采用污水源熱泵系統(tǒng)，取消冷卻塔可減少冷卻塔的飄水和蒸發(fā)補水量，每年節(jié)省用水量約7萬to（4）環(huán)保性分析三聯(lián)供系統(tǒng)以天然氣為燃料，天然氣是優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的理想能源，天然氣燃燒后產(chǎn)生的溫室氣體只有煤炭的1/2，石油的,2/3；同時利用吸收式冷溫水機承擔部分冷熱負荷，減少氟里昂的排放量。三聯(lián)供系統(tǒng)被認為是對實現(xiàn)排放目標貢獻最大的一項技術(shù)，其減少CO2排放量占總目標的1/4。北京南站能源站三聯(lián)供系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)年節(jié)能約420萬kw。h節(jié)能量折合標準煤約為1600t/年,減排CO2約4000t/年,減排SO237t/年。（5）經(jīng)濟性分析：預計5年內(nèi)收回初投資。案例二：民用建筑辦公樓原理圖：

空弐圖I二聯(lián)供系統(tǒng)運行驚理閤補慮天然吒*熱出加荷$制冷負簡空弐圖I二聯(lián)供系統(tǒng)運行驚理閤補慮天然吒*熱出加荷$制冷負簡盤職顋Ti缸細K衆(zhòng)熱回收蕓逝=5黑曉加簡內(nèi)愜機J電”負廿工燃氣i（m*i內(nèi)燃機37矚捷電機電力輸出!余博13收利用販收式制冷機址11% 廠，-匱熱排走3圖?［咗供余統(tǒng)能啞梯級利用框閹建筑概況：該辦公樓建筑面積5.2萬m2,其中地下1.4萬m2用于停車庫，地上3.8萬m2主要用于辦公，建筑高度99m,地上23層。能源中心設于樓外，夏季供冷、冬季采暖面積為地上的3.8萬m2。經(jīng)濟性分析：對電負荷、冷熱負荷、發(fā)電機組容量、配電系統(tǒng)主接線型式的確定后，對其經(jīng)濟型進行分析。計算年產(chǎn)生發(fā)電量、年消耗天然氣費用、年運行費用（包括人員管理、機油消耗、設備折舊、維護、機組占地等費用），核算預計9年內(nèi)回收成本。6、天然氣冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)應用的結(jié)論：（1）能源梯級利用，綜合利用率較高。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)其綜合能源利用率可接近90%。從能量品質(zhì)的角度看，燃氣鍋爐的熱效率雖然也能達到90%，但是它最終產(chǎn)出能量形式為低品位的熱能，而三聯(lián)供系統(tǒng)中將有37%左右的高品位電能產(chǎn)出，電能的做功能力是相同數(shù)量熱能的2倍以上，所以三聯(lián)供系統(tǒng)的綜合能源利用效率比燃氣鍋爐直接燃燒天然氣供熱高得多。另外，系統(tǒng)建設在用戶附近，與傳統(tǒng)長距離輸電相比，還能減少6%-7%的線損。（2）對燃氣和電力有削電力之峰填燃氣之谷的作用。我國大部分地區(qū)冬季需要采暖，夏季需要制冷。大量的空調(diào)用電使得夏季電負荷遠遠超過冬季，即電力使用的高峰出現(xiàn)在夏季。而目前50%以上的天然氣消費量用于冬季采暖，即燃氣使用的高峰出現(xiàn)在冬季。采用燃氣三聯(lián)供系統(tǒng)，夏季燃燒天然氣制冷，增加夏季的燃氣使用量，減少夏季空調(diào)的電力負荷，同時系統(tǒng)的自發(fā)電也可以降低電網(wǎng)的供電壓力（3）清潔環(huán)保，減少碳排放。天然氣是清潔能源，燃氣發(fā)電機組采用先進的燃燒技術(shù)，燃氣三聯(lián)供系統(tǒng)的排放指標均能達到相關(guān)的環(huán)保標準。根據(jù)美國的調(diào)查數(shù)據(jù)，采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)分布式能源，寫字樓類建筑可減少溫室氣體排放22.7%，商場類建筑可減少溫室氣體排放34.4