冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能分析

劉莉娜/哈爾濱東安發(fā)動機（集團(tuán)）有限公司

冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能分析

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世界各國都非常重視能源問題，因為它是人類社會生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)的基本支撐。分布式能源系統(tǒng)作為節(jié)能降耗的有效途徑受到普遍的關(guān)注。冷熱電聯(lián)供（CCHP）系統(tǒng)作為分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)的一種，以其獨立供能、綜合效率高等特點，逐漸成為能源領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點。本文介紹了冷熱電聯(lián)供（CCHP）系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)，從一次能耗的角度與分產(chǎn)系統(tǒng)相比，提出節(jié)能率的概念，并分析了冷、熱、電三聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能性。

冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；一次能耗;節(jié)能率

一、前言

能源是人類社會生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)的基本支撐。中國的一次能源生產(chǎn)居世界第三位，成為世界能源大國，但是我們也應(yīng)清醒地看到，中國能源還存在許多重大問題，其中能源效率低就是其中之一。

分布式能源系統(tǒng)作為節(jié)能降耗、保證可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的有效途徑受到普遍的關(guān)注。冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)是集制冷、供熱及發(fā)電過程一體化，是建立在能的梯級利用原理基礎(chǔ)上的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)。在三聯(lián)產(chǎn)中，燃料燃燒產(chǎn)生的高品位能量通過汽輪機或燃?xì)廨啓C發(fā)電，低品位的能量可以根據(jù)用戶的需求直接供熱或者通過吸收式制冷系統(tǒng)制冷，實現(xiàn)冷、熱、電的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，從而有效利用能源，提高能源的節(jié)能率。

二、冷熱電聯(lián)產(chǎn)

1.冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)組成。冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括由蒸汽輪機、燃?xì)廨啓C或柴油機發(fā)動機帶動的發(fā)電機組，抽汽、排氣或工業(yè)過程余熱驅(qū)動的制冷機組，及抽汽、排氣或工業(yè)過程余熱提供的供熱及生活熱水系統(tǒng)。冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)按照各部分的功能分為五個部分，即驅(qū)動系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。將不同的設(shè)備進(jìn)行不同的組合就組成不同型式的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

2.熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。冷熱電聯(lián)產(chǎn)是在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。熱電聯(lián)產(chǎn)顧名思義就是將電能和熱能聯(lián)合生產(chǎn)。燃料燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為高品位的熱能用來發(fā)電，同時將已經(jīng)做過功的低品位熱能回收，用于對外供熱。這不僅符合了能源梯次化的原則，而且提高了經(jīng)濟(jì)性，從而節(jié)約了能源。

以微型燃?xì)廨啓C為例，利用燃料產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電的同時，將渦輪排出的高溫燃?xì)饧右岳脤ν夤幔ㄖ评洌榱颂岣呶⑿腿細(xì)廨啓C的發(fā)電效率，通常利用回?zé)崞骰厥杖細(xì)廨啓C渦輪排煙的熱量。如圖1。

圖1 帶有回?zé)崞鞯奈⑿腿細(xì)廨啓C熱電聯(lián)供系統(tǒng)

1發(fā)電機；2空氣進(jìn)口；3壓氣機；4進(jìn)入回?zé)崞鞯目諝猓?燃燒室；6渦輪；

7回?zé)崞鳎?排氣出口；9余熱鍋爐；10冷水進(jìn)口；11熱水出口；12系統(tǒng)排氣出口。

下面我們從一次能耗地角度來分析熱電聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能性，從而引入冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能分析。圖2，熱電聯(lián)產(chǎn)簡化模型。兩個系統(tǒng)有相同地發(fā)電量 E 和供熱量 Q。

圖2 熱電聯(lián)產(chǎn)簡化模型

微型燃機的發(fā)電效率為0.3，供熱效率為0.6；常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率為0.36，對于現(xiàn)代發(fā)電廠，鍋爐的供熱效率為0.90～0.92。熱電聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能性顯而易見。

3.冷熱電聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能性。冷熱電聯(lián)產(chǎn)是在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上加入了制冷系統(tǒng)。通常應(yīng)用較廣泛的制冷方式主要是壓縮式制冷和吸收式制冷。吸收式制冷機消耗的能量形式是低品位的熱能，因此冷熱電聯(lián)產(chǎn)中吸收式制冷起著不可取代的作用。

本文以微型燃?xì)廨啓C和吸收式制冷為例，如圖3為熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與分產(chǎn)的一次能耗比較模型。

圖3 熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與分產(chǎn)的一次能耗比較模型

冷熱電聯(lián)產(chǎn)一次能耗P

COP--吸收式制冷的制冷系數(shù)

4.節(jié)能率I

三聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能率是指三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的一次能耗與分產(chǎn)相比時的一次能耗的相對節(jié)約率，用I表示，因此：

將上面的相關(guān)公式代入上式得

在同一制冷溫度下，給定吸收式制冷機的制冷系數(shù) 為0.8，壓縮式制冷機的制冷系數(shù)為3，則

由此可見節(jié)能率恒大于零。

三、結(jié)論

系統(tǒng)一次能耗越小，該系統(tǒng)越節(jié)能。因此當(dāng)所需供電量、制冷量，供熱量相同時，冷熱電聯(lián)產(chǎn)相對冷熱電分產(chǎn)來說是節(jié)能的。

【1】嚴(yán)俊杰，黃錦濤，何茂剛編著。冷熱電聯(lián)供技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社。2006年第一版.