樓宇供熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的應用模式

樓宇供熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的應用模式

建筑冷杉的聯(lián)合使用權（bcp）是一套系統(tǒng)，可以解決建筑電、冷、熱等所需的系統(tǒng)。如圖1所示，bcph是一個小型系統(tǒng)，可以為該地區(qū)的許多建筑提供能源，并分布在該地區(qū)的許多建筑中。作為空調能源應用形式之一,BCHP系統(tǒng)能削減夏季電力峰值,填補夏季燃氣低谷,提高電力和燃氣的負荷率,減少公用事業(yè)投資,屬合理用能系統(tǒng),被能源專家大力提倡;其系統(tǒng)設計簡便、施工周期短、自動化運行管理等優(yōu)點也為廣大工程技術人員所接受,因此,BCHP系統(tǒng)已成為目前世界各國大力提倡的新技術.在我國,隨著清潔能源——天然氣的普及應用,BCHP系統(tǒng)迎來了廣闊的發(fā)展前景.1bchp系統(tǒng)的經(jīng)濟性特點以燃氣發(fā)電機組為能源中心的冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)是城市科學用能的有效途徑之一.它集中體現(xiàn)了能源供應系統(tǒng)的技術先進性、能源利用的合理性和高效性以及優(yōu)于常規(guī)方式的經(jīng)濟性.冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在不同應用場所的配置模式有很大不同,它主要取決于當?shù)氐哪茉葱枨蠼Y構.樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),是由發(fā)電機組燃燒天然氣首先產(chǎn)生電能,排出的廢熱通過余熱型吸收式冷溫水機組回收直接進行制熱和制冷.由國內某公司獨立開發(fā)研制的余熱型吸收式冷溫水機組使得冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)大大簡化,該公司與美國能源部、橡樹嶺國家實驗室、馬里蘭大學等合作開發(fā)的“樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”,將吸收式冷溫水機組與歐美生產(chǎn)的燃氣發(fā)電機組進行“無接縫”組合,大幅度提高了能源利用率.目前,已有多套系統(tǒng)在世界各地運行,專家認為這是未來能源應用的方向.其顯著特點如下:1)BCHP是發(fā)電機與吸收式冷溫水機組的技術整合,吸收式冷溫水機組直接回收發(fā)電機煙氣和缸套冷卻水熱量,而不經(jīng)過中間二次換熱,系統(tǒng)能源效率比傳統(tǒng)熱電聯(lián)供提高20%以上.目前,我國大約1/4以上的能源消耗在建筑物上,以提供照明、制冷、采暖、衛(wèi)生熱水、通風等.過去人們研究節(jié)能的努力都主要著眼于設備本身,而BCHP則將發(fā)電和空調系統(tǒng)作為一個整體來考慮,在供熱和制冷時充分利用了發(fā)電設備排放的低品位熱量,實現(xiàn)終端能源的梯級利用和高效轉換,以避免遠距離輸電和分配損失,使得能源利用總效率由發(fā)電30%～35%,提高到70%～90%,大幅度降低了建筑能耗,提高了供能系統(tǒng)的經(jīng)濟性.2)BCHP機組可多種能源并用,控制上采用“余熱利用優(yōu)先”的原則,余熱不足或發(fā)電機不運行時,采用燃燒機補燃方法,為用戶提供了多樣化的能源選擇,確保了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性.3)BCHP系統(tǒng)可利用樓宇閑置的備用發(fā)電機組,安裝在用戶附近,它不僅提供了低成本的電力,克服了集中式供電輸送距離遠、能源形式單一、大量熱能無法利用、能源浪費嚴重的弊端,而且滿足了冷、熱負荷的需求,它為分布式能源的廣泛應用建立了模型,并將大大緩解集中電網(wǎng)建設的投資壓力.4)BCHP使能源得到高效利用,大幅度減少了溫室氣體及污染物的排放,使治理污染投資降低,有效促進了環(huán)境改善,具有極大的社會環(huán)境效益.5)BCHP徹底避免了電空調與電網(wǎng)爭電的局面,有效改善了電網(wǎng)負荷的不均衡性,提高了發(fā)電廠設備的負荷率;BCHP利用燃氣或發(fā)電余熱制冷和制熱,填補了夏季燃氣用量的嚴重不足,改善了電力和燃氣不合理的能源結構狀況.6)電制冷的大量增加,使電網(wǎng)電力負荷急劇膨脹,直接威脅供電的穩(wěn)定性和安全性.BCHP提供了可靠的電力品質和供電安全,尤其是對供電安全和穩(wěn)定性較高的用戶,可使電網(wǎng)極其脆弱的供電方式不再威脅用戶,擺脫了電網(wǎng)拉閘限電、電網(wǎng)崩潰和意外災害(如地震、風雪、人為破壞、戰(zhàn)爭等)等突發(fā)性事故帶來的供電危機,避免了因停電造成的巨大經(jīng)濟損失.7)BCHP有多種系統(tǒng)配套模式,電力、制冷、制熱負荷容量搭配靈活,不受冷、熱、電負荷大小的相互制約,BCHP機組可與不同種類、規(guī)格、大小的發(fā)電機組匹配,可滿足各種樓宇冷、熱、電負荷要求.8)BCHP的大型化和集中化管理,促進了區(qū)域空調的迅速發(fā)展,可大幅度降低機組裝機總容量,減少設備總投資,提高制冷制熱設備系統(tǒng)效率,同時確保了對燃料的集中管理,獲得廉價的燃料、最少的人員配置等,有效降低了系統(tǒng)運營成本.9)BCHP系統(tǒng)回收余熱取消了余熱鍋爐(壓力容器)及復雜的水系統(tǒng),既簡化了機房系統(tǒng)管理,減少了城市安全隱患,又減少了機房面積,節(jié)約了系統(tǒng)設備投資.10)BCHP系統(tǒng)運行壽命長,國內余熱直燃機使用壽命為20年以上,發(fā)電機使用壽命同樣可達25年以上,大修周期大都在30000～60000小時之間.11)BCHP系統(tǒng)設計極為簡單,具備暖通和供電設計經(jīng)驗的工程師即可著手BCHP系統(tǒng)設計.12)BCHP系統(tǒng)安裝簡單,維護便捷,系統(tǒng)集成化程度高,可實現(xiàn)遠程監(jiān)控和無人化值守.2采用兩種應用模式：通用于屋頂冷能源系統(tǒng)的七種應用模式2.1冷溫水機的安裝連接到低溫氣冷水機2.1.1能源形式發(fā)電機使用燃料,提供電力.冷溫水機利用發(fā)電機230℃～350℃的尾氣,單效循環(huán)進行制冷或制熱.見圖2.2.1.2發(fā)電機排放控制1)發(fā)電機與冷溫水機同時運行時,冷溫水機組根據(jù)空調負荷自動調節(jié)煙氣量,多余煙氣通過自開式風門或電動三通閥排出.2)發(fā)電機單獨運行時,煙氣不進入制冷機,從自開式風門或電動三通閥排空.3)發(fā)電機煙氣流量和溫度決定冷溫水機出力,空調利用發(fā)電機煙氣唯一能源,不發(fā)電時,不能制冷.4)發(fā)電機與冷溫水機在單機控制上無相互關聯(lián),電動煙氣閥由冷溫水機組控制.2.1.3制冷/制冷熱1)配套進口微型、小型渦輪發(fā)電機.2)不需要單獨提供制冷/制熱,即發(fā)電機不開時,不需要制冷/制熱.3)制冷/制熱量隨發(fā)電負荷變化,電力負荷的大小決定系統(tǒng)制冷/熱量,即以電定冷(熱).2.2冷溫水機的安裝于喬木辭職式冷溫水機的之上2.2.1能源形式發(fā)電機使用燃料,提供電力.煙氣型冷溫水機利用發(fā)電機380℃以上的煙氣,雙效循環(huán)進行制冷、制熱、衛(wèi)生熱水.2.2.2發(fā)電機控制冷溫水機組1)煙氣型冷溫水機與發(fā)電機同時運行時,煙氣型冷溫水機根據(jù)空調負荷自動調節(jié)煙氣量,多余煙氣通過自開式風門或電動三通閥排出.2)發(fā)電機單獨運行時,煙氣不進入冷溫水機,由自開式風門或電動三通閥排空.3)發(fā)電機煙氣流量和溫度決定制冷(或制熱)出力大小.4)煙氣型冷溫水機組僅利用發(fā)電機煙氣唯一能源,不發(fā)電時,不能制冷.冷溫水機組與發(fā)電機在控制上無相互關聯(lián),電動煙氣閥由冷溫水機組控制.2.2.3制冷/制冷1)配套燃氣渦輪發(fā)電機.2)不需要單獨提供制冷/制熱,即發(fā)電機不開時,不需要制冷/制熱.3)制冷/制熱量隨發(fā)電負荷變化,即以電定冷(熱).2.3該收割機與大型內置直燃機相連2.3.1能源形式發(fā)電機使用燃料,提供電力.煙氣型直燃機利用發(fā)電機380℃以上的煙氣和燃料(燃氣或燃油)2種能源,進行制冷、制熱、衛(wèi)生熱水.見圖3.2.3.2燃燒機自動停止1)煙氣型直燃機和發(fā)電機兩者同時運行時,電動煙氣閥自動打開,煙氣型直燃機利用發(fā)電機煙氣和燃料2種能源,并根據(jù)空調負荷大小,優(yōu)先利用發(fā)電機余熱,當煙氣余熱不足時,燃燒機自動啟動,利用燃料燃燒來補充熱量;當煙氣余熱量能滿足空調負荷需要時,燃燒機先自動停止;當余熱量超出空調負荷需要時,自動調節(jié)煙氣量,多余煙氣通過自開式風門或電動三通閥排出.2)煙氣型直燃機單獨運行,發(fā)電機不運行時,煙氣型直燃機運行與直燃機相同,煙氣型直燃機利用燃料一種能源進行制冷、制熱、衛(wèi)生熱水.3)發(fā)電機單獨運行時,電動煙氣閥自動關閉,發(fā)電機煙氣不進入煙氣型直燃機,由自開式風門排空.4)煙氣型直燃機與發(fā)電機,在單機控制上無相互關聯(lián),互不影響.5)發(fā)電與制冷、制熱可同時或單獨提供,電力與冷熱負荷匹配靈活,可適應各種負荷需求.2.3.3適用于項目1)配套燃氣渦輪發(fā)電機.2)需要單獨提供制冷/制熱,即發(fā)電機不開時,也需要制冷/制熱.3)發(fā)電機的余熱制冷量低于建筑需要的制冷量.2.4冷溫水機與氣干燥加熱裝置相連2.4.1煙氣和煙氣回用制冷機回收熱水系統(tǒng)燃氣或燃油內燃發(fā)電機使用燃料,提供電力.制冷機利用380℃以上的煙氣、90℃以上的缸套熱水2種能源,雙效循環(huán)進行制冷、制熱和衛(wèi)生熱水.見圖42.4.2發(fā)電機和機組1)煙氣熱水型冷溫水機與發(fā)電機兩者同時運行時,電動煙氣閥和缸套水電動閥自動打開,冷溫水機同時利用發(fā)電機煙氣和缸套水2種能源,并根據(jù)負荷大小自動調節(jié)缸套水和煙氣量.2)電機單獨運行時,電動煙氣閥自動處于關閉狀態(tài),發(fā)電機煙氣不進入冷溫水機,由自開式風門排空,發(fā)電機缸套水不進入制冷機,由電動缸套水閥將缸套水切換至散熱水箱散熱.3)燃機利用發(fā)電機煙氣和缸套水余熱為能源,不發(fā)電時,煙氣熱水型冷溫水機不能運行.發(fā)電機煙氣缸套水流量和溫度決定制冷制熱能力大小.4)煙氣熱水型冷溫水機與發(fā)電機,在單機控制上無相互關聯(lián),互不影響.2.4.3發(fā)電機不需要單獨提供制冷/制冷1)配套國產(chǎn)、進口燃氣/燃油內燃發(fā)電機.2)不需要單獨提供制冷/制熱,即發(fā)電機不開時,不需要制冷/制熱.3)系統(tǒng)制冷/制熱量受發(fā)電機制約,并隨發(fā)電機負荷變化而變化.2.5三能源直燃機的配置2.5.1能源直燃機燃氣或燃油內燃發(fā)電機使用燃料,提供電力.三能源直燃機可利用內燃機380℃以上的尾氣、90℃以上的缸套熱水及燃料3種能源,進行制冷、制熱、衛(wèi)生熱水.見圖5.2.5.2燃料自動啟動1)三能源直燃機和發(fā)電機兩者同時運行時,電動煙氣閥和電動缸套水閥自動打開,三能源直燃機可同時利用發(fā)電機煙氣、缸套水和燃料3種能源,三能源直燃機根據(jù)空調負荷大小,優(yōu)先利用發(fā)電機余熱,當發(fā)電機余熱不足時,燃燒機自動啟動,利用燃料來補充熱量;當余熱量滿足空調負荷需要時,燃燒機自動停止,并自動調節(jié)煙氣量和缸套水量,多余煙氣通過自開式風門排出,缸套水旁通至散熱水箱散熱.2)三能源直燃機單獨運行,發(fā)電機不運行時,三能源直燃機運行與普通直燃機相同,三能源直燃機利用燃料一種能源進行制冷、制熱和衛(wèi)生熱水.3)發(fā)電機單獨運行時,電動煙氣閥自動處于關閉狀態(tài),發(fā)電機煙氣不進入三能源直燃機,由自開式風門排空,發(fā)電機缸套水不進入三能源直燃機,由電動缸套水閥將缸套水切換至散熱水箱散熱.4)三能源直燃機與發(fā)電機在單機控制上無相互關聯(lián),互不影響.發(fā)電與制冷制熱可同時或單獨提供,電力與冷熱負荷匹配靈活,可適應各種負荷需求.2.5.3發(fā)電機不帶單獨提供制冷/制冷1)配套國產(chǎn)、進口燃氣/燃油內燃發(fā)電機.2)需要單獨提供制冷/制熱,即發(fā)電機不開時,也需要制冷/制熱.3)發(fā)電機的余熱制冷量低于建筑需要的制冷量.2.6基于郝氏機的直燃機于低溫沼氣中相結合2.6.1以燃料為能源渦輪發(fā)電機使用燃料,提供電力.再燃型直燃機利用發(fā)電機較高含氧量(O2≥13%)、溫度小于300℃的煙氣代替空氣再燃,以燃料為能源,進行制冷、制熱、衛(wèi)生熱水.2.6.2發(fā)電機與燃型直燃機的關聯(lián)1)再燃型直燃機與發(fā)電機兩者同時運行時,再燃型直燃機根據(jù)空調負荷自動調節(jié)尾氣量和燃料量.2)再燃型直燃機單獨運行時,外部空氣由風門進入燃燒機助燃,運行與直燃機相同.3)發(fā)電機單獨運行時,發(fā)電機煙氣自動由自開式風門排出.4)再燃型直燃機與發(fā)電機在控制上沒有關聯(lián);兩者可以同時也可單獨運行,互不影響.5)發(fā)電與制冷制熱可同時或單獨提供,電力與冷熱負荷匹配靈活,可適應各種負荷需求.2.6.3發(fā)電機煙氣量1)配套微型、小型渦輪發(fā)電機.2)制冷量大于1163kW.3)需要單獨提供制冷/制熱,即發(fā)電機不開時,也需要制冷/制熱.4)發(fā)電機煙氣量基本滿足燃料需要的耗氧量.2.7基于電機的低溫香煙交換直驅油器2.7.1煙氣再燃型直燃機渦輪發(fā)電機使用燃料,提供電力.煙氣換熱再燃型直燃機利用發(fā)電機較高含氧量(O2≥13%)、溫度小于300℃的煙氣代替空氣再燃,煙氣換熱再燃型直燃機利用煙氣和燃料2種能源,進行制冷、制熱、衛(wèi)生熱水.2.7.2煙氣余熱回收1)煙氣換熱再燃型直燃機與發(fā)電機兩者同時運行時,煙氣換熱再燃型直燃機根據(jù)空調負荷自動調節(jié)燃燒機煙氣量和燃料量,多余煙氣進入發(fā)生器的另一個發(fā)生器換熱回收煙氣余熱.2)煙氣換熱再燃型直燃機單獨運行時,外部空氣自動由風門進入燃燒機助燃,運行與直燃機相同.3)發(fā)電機單獨運行時,發(fā)電機煙氣自動由自開式風門排出.4)煙氣換熱再燃型直燃機與發(fā)電機在控制上沒有關聯(lián);兩者可以同時也可單獨運行,互不影響.5)發(fā)電與制冷、制熱可以同時或單獨提供,冷、熱、電負荷匹配靈活,可適應各種負荷需求應.利用高溫煙氣再燃,多余煙氣再換熱器回收,余熱利用率高,可使煙氣換熱再燃型直燃機燃料消耗大幅降低.2.7.3發(fā)電機不帶單獨提供1)配套小型渦輪發(fā)電機.2)制冷量大于1163kW.3)需要單獨提供制冷/制熱,即發(fā)電機不開時,也需要制冷/制熱.4)發(fā)電機的煙氣量遠遠大于余熱直燃機燃料所需的空氣耗量.3項目計劃3.1功能決定的位置BCHP系統(tǒng)可提供制冷、制熱、衛(wèi)生熱水和發(fā)電4種功能,應根據(jù)不同建筑需要來確定系統(tǒng)需要滿足的功能要求.3.2發(fā)電余熱利用原則合理選擇發(fā)電機組容量的大小,對BCHP系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性至關重要.確定發(fā)電機組容量時,應從以下幾方面考慮.1)發(fā)電機組的發(fā)電量能就地消化,盡量避免發(fā)電機組低負荷運行,發(fā)電機組低負荷運行時,其發(fā)電效率會顯著降低.2)發(fā)電機組的余熱能全部得到利用,以確保系統(tǒng)最高的能源綜合利用效率.3)樓宇冷、熱、電負荷大小及其變化特性.對于用電負荷大且相對穩(wěn)定的場所,發(fā)電機組可適當配大一些,但其可供利用的余熱量不要大于空調滿負荷運行所需的余熱量.4)業(yè)主準備投入資金的多少.發(fā)電機組特別是進口發(fā)電機組價格都比較昂貴,在BCHP系統(tǒng)的成本構成中,發(fā)電機組往往占大頭.5)發(fā)電機組合理的運行時間和檢修周期.6)發(fā)電機組是否并網(wǎng)運行.在我國,目前小型發(fā)電機組還不能上網(wǎng)售電,除上海有技術規(guī)程規(guī)定可以并網(wǎng)外,其他地區(qū)并網(wǎng)運行都比較困難.選擇發(fā)電機組容量時,可按樓宇基本電力負荷和發(fā)電機組余熱能夠被全部利用的原則來確定,不足電力由電網(wǎng)提供.3.3發(fā)電類型的確定3.3.1表1顯示了一臺氣式耳機和一輛汽式耳機的性能比較通過對燃氣渦輪發(fā)電機組與內燃機發(fā)電機組的性能比較,能了解2種類型發(fā)電機組的性能差別,以便于能根據(jù)不同的應用場合選擇合適的發(fā)電機組.3.3.2發(fā)電機及發(fā)電機選擇發(fā)電機類型時,可以從以下幾點考慮.1)樓宇的熱電負荷比,當熱電比小于1.3∶1時,宜選內燃機組;當熱電比介于1.3∶1和6∶1之間時,宜選擇燃氣輪機.2)發(fā)電機組年內運行在4000h以下時,宜選擇內燃機,否則,宜選擇燃氣輪機.3)單臺發(fā)電機功率小于2000kW時,宜選擇內燃機組,大于2000kW時,宜選擇燃氣輪機.4)在高海拔、環(huán)境溫度炎熱的地區(qū),宜選擇內燃發(fā)電機組.3.3.3空調機組的配置根據(jù)系統(tǒng)冷熱電負荷匹配、運行模式、功能、占地、投資、維護等綜合因素確定發(fā)電機和吸收機的臺數(shù)與單機功率,一般采用1臺發(fā)電機配套1臺吸收式空調機組,必要時也可設計為1臺吸收式空調機組配套多臺發(fā)電機或者1臺發(fā)電機配套多臺吸收式空調機組.當1臺吸收式空調機組配套多臺發(fā)電機時,要考慮發(fā)電機組之間背壓的相互影響以及煙氣回流帶來的安全問題.3.3.4發(fā)電機余熱回收在BCHP系統(tǒng)設計時,確定發(fā)電機類型、容量和臺數(shù)后,必須選擇發(fā)電機廠商,確認發(fā)電機的技術參數(shù),然后計算發(fā)電機組可供利用的余熱量.見表2.根據(jù)上述發(fā)電機技術參數(shù)可以計算余熱回收量:Q=G×ρ×C×(t1-t2)/3600式中,Q為可回收熱量,kW;G為熱源流量,m3/h;ρ為密度,kg/m3;C為定壓比熱,kJ/kg·℃;t1為熱源進吸收式空調機組溫度,℃;t2為熱源出吸收式空調機組溫度,℃.3.4待冷機組的選擇根據(jù)空調負荷的大小和發(fā)電機組的類型來確定溴化鋰機組的類型和臺數(shù).如果是內燃發(fā)電機組,則選擇煙氣熱水型機組,當余熱制冷量不足以滿足需求時,則可以選擇帶補燃的溴化鋰機組,或不足冷量另外選擇直燃機組來滿足;如果是渦輪發(fā)電機組,則選擇煙氣型機組,當余熱制冷量不足以滿足需求時,則可以選擇帶補燃的溴化鋰機組,或不足冷量另外選擇直燃機組來滿足.需要常年不間斷運行的場所,溴化鋰機組不宜少于2臺,但一般不設備用機組.3.5發(fā)電機模式選型1)發(fā)電機運行方式.①孤島運行,即發(fā)電機單獨提供建筑全部電力負荷,樓宇用電與電網(wǎng)無關聯(lián).②并網(wǎng)運行,發(fā)電機提供基本電力負荷,不足電力由電網(wǎng)補充.2)吸收式冷溫水機運行方式.吸收式冷溫水機能提供制冷、制熱、衛(wèi)生熱水3種功能,可單獨或同時提供.前述7種BCHP配套模式,可以滿足不同類型發(fā)電機和不同建筑功能、負荷要求.模式1、2、4是“以電定冷”的配套方式,即確定了用電負荷則制冷、制熱能力就確定了,發(fā)電機不運行時,吸收式空調機組不能制冷/制熱.模式3、5、6、7由于配備了補燃燃燒機,則