以三聯(lián)供為核心的天然氣分布式能源系統(tǒng)探討

周高杭

摘 要：相對(duì)于傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)， 以三聯(lián)供為核心的天然氣分布式能源系統(tǒng)能效更高，其直接分布在用戶端，在用戶端附近燃燒燃料用于發(fā)電，發(fā)電的余熱用于供熱和制冷，天然氣分布式能源系統(tǒng)可以同時(shí)向用戶提供電能、熱能以及制冷。

關(guān)鍵詞：天然氣；分布式；能源

分布式能源系統(tǒng)（DES）其特點(diǎn)是分散，模塊化以及小規(guī)模，可以單獨(dú)輸出電能、熱以及冷，分散在用戶附近，這一點(diǎn)和傳統(tǒng)的集中供電方式形成鮮明對(duì)比，分布式能源系統(tǒng)就是一個(gè)高效熱冷電且安裝在用戶端的三聯(lián)供系統(tǒng)。分布式能源涉及眾多技術(shù)，例如風(fēng)能技術(shù)，太陽(yáng)能技術(shù)、燃料電池技術(shù)以及燃?xì)饧夹g(shù)，相對(duì)而言，天然氣冷熱電三聯(lián)技術(shù)更成熟，且經(jīng)濟(jì)效益更優(yōu)，因而得到最為廣泛的應(yīng)用。

二十世紀(jì)七十年代，為了應(yīng)對(duì)當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的能源危機(jī)，美國(guó)率先開發(fā)和利用了冷熱電三聯(lián)供電，在當(dāng)今世界，美國(guó)依然是CCHP技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家，由于冷熱電三聯(lián)供電在美國(guó)的極大成功，二十世紀(jì)八十年代，很多發(fā)達(dá)國(guó)家也開始引入冷熱電三聯(lián)供電系統(tǒng)。

一、區(qū)域型和樓宇型天燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)

按照天熱氣分布式能源系統(tǒng)的供能范圍，可以將該類系統(tǒng)簡(jiǎn)單分類為區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)（DCHP）和樓宇型天熱氣分布能源系統(tǒng)（BCHP）兩種。

區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)（DCHP）供能的區(qū)域更廣，例如大學(xué)城、商業(yè)以及工業(yè)園區(qū)等等，由于供能的范圍比較大，區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)一般會(huì)建立相對(duì)獨(dú)立的能源供應(yīng)中心，使用容量較大的機(jī)組，在建設(shè)DCHP時(shí)，不僅要考慮冷熱電供應(yīng)的內(nèi)網(wǎng)設(shè)備，還需要考慮冷熱電供應(yīng)的外網(wǎng)設(shè)備。DCHP的裝機(jī)容量一般在MW級(jí)別。

樓宇型天熱氣分布能源系統(tǒng)（BCHP）顧名思義其供能范圍特定為樓宇也即建筑物，例如商廈、寫字樓和一些綜合性建筑，BCHP一般不需要建設(shè)單獨(dú)的能源供應(yīng)中心，能源供應(yīng)機(jī)房一般直接安置在建筑內(nèi)，使用容量較小的機(jī)組，樓宇型天熱氣分布能源系統(tǒng)（BCHP）裝機(jī)容量一般在KW級(jí)別。

區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)（DCHP）由于投資大，目前我國(guó)大型的DCHP并不多，大型區(qū)域DCHP其裝機(jī)容量往往是樓宇型天熱氣分布能源系統(tǒng)（BCHP）裝機(jī)容量的幾十倍甚至上百倍，因此其節(jié)能效果更佳，投資的經(jīng)濟(jì)效益更好。我國(guó)人口眾多，人均占有耕地較少，因此有必要大力發(fā)展城鎮(zhèn)化，提高居民的居住密度，目前我國(guó)大部分城市居民住在公寓，為了節(jié)約能源，提高能源的利用效率，有必要大力發(fā)展50MW甚至容量更大的區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)（DCHP），與大型住房的集中供冷系統(tǒng)（DCS）和集中供暖系統(tǒng)（DHS）相結(jié)合，走出一條高效節(jié)能的能源發(fā)展道路。

二、天然氣分布式能源系統(tǒng)模式

燃?xì)馕⑷紮C(jī)、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)以及燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)等是天然氣分布式能源系統(tǒng)的主要發(fā)電設(shè)備，而煙氣型吸收式制冷劑、余熱鍋爐、熱水型吸收制冷機(jī)以及蒸汽型吸收制冷機(jī)等是天然氣分布式能源系統(tǒng)的主要余熱利用設(shè)備。

根據(jù)天然氣分布式能源系統(tǒng)功能以及使用的發(fā)電設(shè)備的不同，天然氣分布式能源系統(tǒng)主要分為以下三類：

第一類是：汽輪發(fā)電機(jī)組+余熱鍋爐+燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組+熱水型/蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)組，該類系統(tǒng)有效利用了燃?xì)?蒸汽聯(lián)動(dòng)，因而發(fā)電效率高，能源轉(zhuǎn)換損耗少，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益比較好。采用該模式的然氣分布式能源系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)容量大，大都應(yīng)用在區(qū)域型的分布能源系統(tǒng)中，單機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)的容量在10MW級(jí)別，供冷范圍在2千米，供熱范圍則可達(dá)10千米。 在具體工程中是使用抽凝式汽輪機(jī)還是使用背壓式汽輪機(jī)，是使用不補(bǔ)燃還是使用補(bǔ)燃型的預(yù)熱鍋爐，需要綜合考慮上網(wǎng)用電量，熱冷負(fù)荷等因素。

第二類是：煙氣型溴化鋰型制冷機(jī)+燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)。該類型的天然氣分布式能源系統(tǒng)設(shè)備投資較小，配置較為簡(jiǎn)單，其特點(diǎn)是冷（熱）電比高，冷熱量輸出比例大，一般是燃機(jī)單循環(huán)運(yùn)行，相對(duì)于第一類天然氣分布式能源系統(tǒng)，該類系統(tǒng)單機(jī)容量較小，一般都小于6MW，供熱供冷范圍也較小，一般在1千米以內(nèi)。

第三類是熱氣型或煙氣型溴化鋰制冷機(jī)+燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)。該類型的天然氣分布式能源系統(tǒng)由于采用的是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，相對(duì)于汽輪機(jī)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的單機(jī)容量較小，一般介于200KW與3000KW，雖然容量較小，但在這個(gè)功率范圍，其發(fā)電效率能達(dá)到30%左右，發(fā)電效率是要高于同功率的燃?xì)廨啓C(jī)。內(nèi)燃機(jī)的缸套水以及煙氣余熱都可以被利用，該類型的天然氣分布式能源系統(tǒng)在樓宇型系統(tǒng)（BCHP）中較為常見。

三、天然氣分布式能源系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）能效更高。傳統(tǒng)集中供能方式由于離終端用戶較遠(yuǎn)，發(fā)電所產(chǎn)生的能量有近50%被浪費(fèi)，而冷熱電三聯(lián)供與終端用戶很近，我們除了可以利用40%左右的發(fā)電效率，還可以利用中溫廢熱，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)用用戶的供熱和制冷，其能量利用率可以達(dá)到百分之八十以上，較傳統(tǒng)的能源利用方式有較大的提高，具體比較見下表。

2）更佳的環(huán)保效益。相對(duì)于傳統(tǒng)的煤電，天然氣是更為清潔的能源，通過(guò)結(jié)合使用先進(jìn)燃燒技術(shù)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，SO2、NOx等污染物排放物更少，更容易達(dá)到相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。采用天熱分布式能源系統(tǒng)的寫字樓、商場(chǎng)、醫(yī)院、體育場(chǎng)館以及酒店溫室氣體排放將大大減少。

3）改善能源結(jié)構(gòu)，對(duì)電力和燃?xì)庥邢逄罟鹊淖饔?。在我?guó)北方，冬天冷，夏天熱，因此冬天要采暖，夏天要制冷。在傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)下，冬天供暖通過(guò)集中鍋爐供暖氣，夏天則使用空調(diào)，這樣就造成了夏天的用電負(fù)荷要遠(yuǎn)大于冬季，一方面造成了大量發(fā)電設(shè)備的閑置；另一方面則容易給電網(wǎng)造成壓力。燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)則可以很好地解決上述問(wèn)題，在夏季通過(guò)燃燒天然氣來(lái)制冷，減少空調(diào)的使用，提高天熱氣的使用量，降低夏季電網(wǎng)的用電壓力，減少集中供電中的閑置發(fā)電設(shè)備。

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