分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)集成優(yōu)化研究

姜宇嫻

濟南城投置業(yè)有限公司

1 三聯(lián)供系統(tǒng)介紹

1.1 三聯(lián)供系統(tǒng)及特點介紹

燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)供是區(qū)域型分布式能源的一種，具有節(jié)能降耗、提高能效、科技環(huán)保等優(yōu)勢，是提高能源利用率及減少污染物排放的必要手段之一，符合我國提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。從技術(shù)層面來看，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是以燃氣為能源，對其產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐再次利用，通過余熱供熱制冷，以達到冷熱電三聯(lián)供的一個能源供應(yīng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常由燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組、熱交換裝置及吸收式制冷裝置組成，三聯(lián)供使得燃氣的熱能被充分利用，大大提高了能源的綜合利用效率。

1.2 系統(tǒng)分類

分布式燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)主要由燃機發(fā)電機組、余熱鍋爐、汽機發(fā)電機組及吸收式制冷機組組成，有多種優(yōu)化組合形式，在應(yīng)用中根據(jù)用戶需求各有優(yōu)缺點，在推廣和規(guī)劃時應(yīng)予以充分考慮。

分布式天然氣冷熱電聯(lián)供的系統(tǒng)形式很多。根據(jù)燃氣發(fā)電機種類劃分，分為內(nèi)燃機聯(lián)供系統(tǒng)、燃氣輪機聯(lián)供系統(tǒng)、燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)等。根據(jù)發(fā)電機與電網(wǎng)的關(guān)系劃分，有發(fā)電機與市電并網(wǎng)運行方式和發(fā)電機與市電切網(wǎng)運行方式兩種規(guī)劃方案。根據(jù)余熱利用設(shè)備種類劃分，有余熱鍋爐+吸收式制冷機組系統(tǒng)、補燃型余熱鍋爐+吸收式制冷機組系統(tǒng)、余熱吸收式制冷機組系統(tǒng)等。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)原理

傳統(tǒng)燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)三聯(lián)供項目都采用擴大式省煤器余熱集中供熱、供冷，循環(huán)水系統(tǒng)公用及大溫差集中供冷等多項新技術(shù)、新工藝，體現(xiàn)了項目建設(shè)的新思路。以燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組為基礎(chǔ)，通過傳統(tǒng)的蒸汽輪機低壓缸抽氣，利用熱網(wǎng)系統(tǒng)加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，滿足供暖季用戶的基本需求。利用天然氣發(fā)電排煙中污染物含量低、不容易形成低溫腐蝕的特點，考慮進一步利用余熱鍋爐的尾部余熱，在余熱鍋爐尾部加裝擴大式省煤器，回收煙氣余熱；通過改造供熱系統(tǒng)，擴大式省煤器冬季可直接供熱，減少了冬季的抽氣供熱量；在夏季供熱期，充分利用擴大省煤器余熱制冷，降低制冷成本；采用集中冷站循環(huán)水系統(tǒng)與電廠循環(huán)水系統(tǒng)共用的方案，減少了冷站循環(huán)水冷卻塔及冷卻水泵的投資。吸收式制冷機與離心式制冷機前后串連工作，可實現(xiàn)“大溫差供冷”，擴大了集中供冷的服務(wù)半徑，使供熱供冷管徑相互匹配，“冷熱同網(wǎng)”得到實現(xiàn)。

2 建筑三聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化配置研究

2.1 優(yōu)化運行策略分析

隨著季節(jié)的變化，冷熱電負荷的變化都較為劇烈，所以優(yōu)化后的發(fā)電機組開啟時間也隨之發(fā)生改變。冬季發(fā)電機組的開啟時間是在18：00-22：00，這是由于在這段時間內(nèi)旅館建筑處于用電高峰期，且電價位于波峰處，根據(jù)優(yōu)化配置所選擇的機組在該時刻內(nèi)可以滿負荷運行；而夏季三聯(lián)供機組的開啟時間相對較長，從11：00-22：00左右。對比冬夏季發(fā)電機組的開啟時間可以看出，雖然冬夏季的熱電比都相對較高，平均值在3.3左右，但是由于冬季的熱負荷大都集中在用電量較小的時段，熱電逐時負荷不相匹配，因此從全年的機組運行時間上來看，冬季的三聯(lián)供機組開啟時間明顯少于夏季，所以導(dǎo)致冬季余熱的利用量低于夏季。由于在優(yōu)化運行模式中設(shè)置了余熱的優(yōu)化利用方式，所以在夏季典型日，雖然同時有冷負荷和熱水負荷的需求，但是大多數(shù)的余熱都被用于滿足熱水負荷需求。

2.2 不同發(fā)電機組配置時的集成優(yōu)化性能評價

在不同機組臺數(shù)配置下，各經(jīng)濟性和節(jié)能性指標(biāo)隨機組容量配置的變化趨勢大致相同。在機組發(fā)電量從滿足電力負荷10%-60%時，年運行費用節(jié)約率ACSR、年凈現(xiàn)值NPV和年一次能源節(jié)約率FESR均有較小幅度的增加；但是當(dāng)發(fā)電機組的容量繼續(xù)增大時，F(xiàn)ESR則急劇減小，相反ACSR和NPV則急劇增大。從對以上的優(yōu)化分析中可以看出，最優(yōu)化的機組配置是在滿足電力負荷分布頻率的90%處，在該處年運行費用節(jié)約率ACSR、年凈現(xiàn)值NPV均取得最大值，但是年一次能源節(jié)約率FESR卻低于滿足電力負荷分布頻率60%時的情景。故從以上的分析中可以看出，以經(jīng)濟性指標(biāo)NPV值為目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化配置方式并不一定就是最節(jié)能的配置方式。

2.3 CO2減排量分析

全球氣候變化給人類和生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大的系統(tǒng)性災(zāi)難，而這又與溫室氣體的排放有著直接而緊密的聯(lián)系。各國政府為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，紛紛開展了以發(fā)展低碳經(jīng)濟為目的的一系列減排措施。其中低碳建筑的建設(shè)與發(fā)展，已成為應(yīng)對全球氣候變化和促進人與自然規(guī)律和諧相處的重要領(lǐng)域和關(guān)注點。樓宇三聯(lián)供系統(tǒng)作為小型的分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)，被認為是減少CO2排放量的有效方式之一。本文在三聯(lián)供系統(tǒng)不同機組容量的配置下，針對CO2的減排量進行分析。隨著發(fā)電機組容量的增加，CO2的減排量也隨之增加。在機組滿足電力負荷分布頻率的10%-40%時，發(fā)電機組選擇一臺和兩臺時的CO2減排量相同。但是隨著發(fā)電機組容量的增加，兩臺機組配置下的CO2減排量大于一臺機組配置時的情景。

總而言之，在工業(yè)化和城市化的推進進程中，能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的主要矛盾。同時，一次能源的緊缺、環(huán)境持續(xù)惡化是目前人類共同面對的全球性問題。用天然氣替代燃煤發(fā)電供熱，其發(fā)電效率及環(huán)保效益顯著，但劣勢是燃氣成本過高同時缺少燃氣資源，大力促進天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，必將顯著改善我國，特別是城市的環(huán)境質(zhì)量及用能品質(zhì)。

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