燃氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能率的影響因素

余 梅

（貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008）

冷熱電聯(lián)產(chǎn)(Combined Cooling Heating and Power，簡稱CCHP)是指利用一種形式的一次能源同時生產(chǎn)冷量、熱量、電力三種不同形式的能量來滿足用戶用能需求的技術(shù)。與傳統(tǒng)的集中供能形式不同，CCHP屬于分布式能源系統(tǒng)，在用戶處進行三種形式能量的同時生產(chǎn)，可避免長距離輸送的損耗。CCHP通過能量的梯級利用——將高品質(zhì)的天然氣優(yōu)先做功，回收余熱生產(chǎn)冷量或熱量——大大提高了一次能源利用率。對于夏季需制冷、冬季需供熱的建筑，以及空調(diào)負荷很大的車間等用戶，CCHP系統(tǒng)可提供更大的供能靈活性。由于天然氣CCHP系統(tǒng)具有很高的能源效率、經(jīng)濟性和環(huán)保性能，近年來在全球范圍內(nèi)已獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

1 燃氣輪機冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

燃氣輪機是以氣體(或燃油)作為工作介質(zhì)，將燃料燃燒時釋放出來的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ囊环N動力機械 (或稱熱力機械)。燃氣輪機作為一種高技術(shù)含量的發(fā)電設(shè)備的優(yōu)點是：可使用多種燃料，具有高效率、低能耗、無環(huán)境污染、投資省、占地少、啟動快、用水極少、電力高峰性能優(yōu)越、自動化程度高、建設(shè)周期短、環(huán)境污染小等。

（1）系統(tǒng)工作過程。天然氣進入燃氣輪機做功，帶動發(fā)電機組發(fā)電；經(jīng)燃氣輪機做功后排出的高品位余熱進入余熱鍋爐(燃氣輪機的排氣溫度一般為500～600℃)。經(jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽并驅(qū)動吸收式冷水機，夏季供冷；另一部分鍋爐蒸汽通過汽——水熱交換器供應(yīng)全年生活熱水。冬季供熱水由天然氣熱水鍋爐供應(yīng)。

（2）應(yīng)用特點：①燃氣輪機發(fā)電，可作為樓宇夏季電力供應(yīng)的高峰負荷，補足電力的短缺。②燃氣輪機廢氣用于蒸汽型雙效吸收式冷水機的夏季供冷，起著電力削峰作用，且燃氣輪機余熱可充分利用；缺點是吸收式冷水機在冬季停用，全年設(shè)備利用率不高。③冬季供暖熱水按常規(guī)的天然氣熱水鍋爐單獨供應(yīng)，無廢(余)熱利用，因而熱水鍋爐容量大，熱負荷負擔(dān)重，設(shè)備投資較大。④由于采取“以電定熱”的設(shè)計原則，因而針對具體樓宇(或區(qū)域)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)全年冷、熱、電負荷變化，確定冷、熱、電設(shè)備的熱電化，是該項目設(shè)計和實施的關(guān)鍵。⑤采用天然氣為燃料的燃氣輪機單循環(huán)發(fā)電，其發(fā)電效率盡管可高達35%以上(單機容量300MW以上時)，但在樓宇(或區(qū)域)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，采用的是小型和微型燃氣輪機(單機容量在10kW～10MW之間或以下)設(shè)備，其單循環(huán)發(fā)電效率僅18%～32%。若采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)后，由于對小型燃氣輪機高溫(500～600℃)余熱的利用，其系統(tǒng)綜合供熱效率可達80%～85%以上。

2 影響燃氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能率的因素

熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的核心就是在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上配置吸收式制冷機。熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)規(guī)模和投資大，系統(tǒng)復(fù)雜，運行期間能源消耗多，因而對熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的能效和經(jīng)濟性進行全面深入地分析和研究是非常必要的。影響熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的能效和經(jīng)濟性的因素主要包括：熱電廠、熱力輸送系統(tǒng)、制冷站、蓄能裝置以及冷負荷特性等幾方面。

（1）熱電廠的影響。熱電廠的影響因素包括熱電廠機組的型式、容量、初蒸汽參數(shù)、抽汽或背壓排汽參數(shù)等。機組型式對系統(tǒng)初投資和運行費的影響很大。燃煤熱電廠主要包括背壓機或抽凝機兩種型式。由于背壓機組初投資低、能量轉(zhuǎn)換效率高，對于新建熱電廠來講，背壓機組經(jīng)濟性顯然好于抽凝機組。隨著人們現(xiàn)代文明和環(huán)境保護意識的不斷增強，以油、氣等相對清潔的燃料代替污染嚴重的煤而作為一次能源已成為一種趨勢，其中包括燃氣輪機、內(nèi)燃機等型式的熱電廠在城市供熱方面的應(yīng)用。這種熱電聯(lián)產(chǎn)裝置在西方國家使用較為普遍，其特點是熱電比小、發(fā)電效率高、單位容量投資少。如果燃料價格較為合理，這種熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟性。機組容量主要指系統(tǒng)熱化系數(shù)的合理選取。

（2）熱力輸送系統(tǒng)的影響因素。熱力輸送系統(tǒng)包括供熱管網(wǎng)和供冷管網(wǎng)，影響因素主要有輸送介質(zhì)種類及其熱力參數(shù)、輸送系統(tǒng)運行方式等。由于技術(shù)條件的限制，供冷管網(wǎng)的輸送介質(zhì)只能采用冷水，但該介質(zhì)輸送冷量的能力小，管網(wǎng)初投資及輸送電耗巨大。近年來國外正在研制以冰漿或在冷水中加入相變材料作為輸冷介質(zhì)，可使管網(wǎng)輸送冷量的能力大大提高，較大幅度地降低管網(wǎng)初投資，但這種輸送技術(shù)目前仍處于試驗階段。

（3）制冷站位置與規(guī)模的影響。由于冷水管道的供回水溫差通常在10℃以內(nèi)，供冷管道輸送能量的能力遠小于供熱管道，相同距離下供熱管道的投資要小于供冷管道。從這一點看，制冷站應(yīng)盡量靠近用戶。但用戶是分散的，位置靠近用戶會使單個制冷站規(guī)模變小，數(shù)量增多，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的制冷站占用空間增大，而且用戶附近的制冷站建筑造價往往更加昂貴。因此，位置靠近用戶又會使熱電冷系統(tǒng)制冷站的投資增大。合理選取制冷站位置與規(guī)模是一個較復(fù)雜的問題，應(yīng)從整體供冷系統(tǒng)考慮，全面加以優(yōu)化。

3 結(jié)語

熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)龐大，影響其能效和經(jīng)濟性的因素眾多。目前國內(nèi)對熱電冷系統(tǒng)的認識和研究還處于初級階段。是否采取熱電冷系統(tǒng)不能簡單地采取貼標(biāo)簽的辦法，因為任何一項先進技術(shù)都有其適用性的問題，熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)是否節(jié)能還與系統(tǒng)的先進性、控制性能和運行管理水平有著極大的關(guān)系。

[1]嚴銘卿.燃氣工程設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]戎衛(wèi)國.建筑節(jié)能原理與技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

[3]凌莉，鐘英杰，王巍巍.冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系的研究[J].輕工機械，2012，（2）：120-122.