天然氣三聯(lián)供節(jié)能淺析

朱俊鵬

【摘 要】隨著生態(tài)文明建設(shè)程度的不斷深入，對能源的清潔性、高效性以及多元性的利用成為建設(shè)的重點。為此，必須對傳統(tǒng)的能源利用方式進(jìn)行優(yōu)化。天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)是一種新型能源利用系統(tǒng)，以能量的梯級利用概念為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對能源高效、清潔性的利用，極大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)能源利用方式的不足。論文主要對天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，同時重點分析該系統(tǒng)的節(jié)能性。

【Abstract】 With the deepening of ecological civilization construction， the utilization of clean， high efficiency and diversity of energy has become the focus of construction. Therefore， the traditional way of using energy must be optimized. Natural gas CCHP system is a new energy system， based on the concept of cascade utilization of energy， the efficiency and clean utilization is realized， which greatly compensates for the shortage of traditional energy utilization methods. This paper mainly introduces the natural gas CCHP system， and analyzes the energy saving characteristic of the system.

【關(guān)鍵詞】天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)；節(jié)能；評價指標(biāo)

【Keywords】natural gas CCHP system； energy saving； evaluation index

【中圖分類號】U473.2+4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）10-0167-02

1 引言

能源結(jié)構(gòu)與方式的落后，使得我國能源浪費情況比較嚴(yán)重，極大地降低了能源利用效率。同時，化石能源的燃燒也對我國的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，導(dǎo)致我國出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源利用形式嚴(yán)重不相符的局面。而天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，極大地改變了這一局面。該系統(tǒng)利用能量梯級利用形式，將能源燃燒產(chǎn)生的能量以梯度的形式進(jìn)行分級利用，不僅極大地增強(qiáng)了能源利用率，同時也提高了能源利用的清潔性，降低了二氧化碳等污染物的排放量?？梢哉f天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用，為能源的科學(xué)利用開拓了一條新的途徑。

2 天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)簡介

天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)即冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，其基本概念為能源梯級利用概念，是一種整合制冷、供熱與發(fā)電功能的多連供系統(tǒng)。天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的工作過程為：首先，利用燃料進(jìn)行發(fā)電；其次，將發(fā)電過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜谥评?；最后，將煙氣的殘余熱量用于加熱生活用水。由此可見，天然氣三?lián)供系統(tǒng)對能源的利用比較徹底，利用效率較高，而且能夠在很大程度上節(jié)約能源。與此同時，該系統(tǒng)也有著比較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益[1]。因此，天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)對于有著同時使用冷熱電需求的場所十分適用。例如：居民樓、賓館等。此外，在用電高峰期，該系統(tǒng)也可以在很大程度上緩解供電壓力。相比傳統(tǒng)的能量利用方式，節(jié)能性、環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性是天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的主要優(yōu)勢，其不僅能夠增強(qiáng)能源利用效率，還可以降低環(huán)境污染，為我國能源利用行業(yè)指出了一條科學(xué)的發(fā)展道路。

3 該系統(tǒng)的節(jié)能性分析

節(jié)能性是天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的主要優(yōu)勢，也是其先進(jìn)性的重要評價指標(biāo)。該系統(tǒng)的節(jié)能性主要是因為天然氣梯級利用的高效性，相比傳統(tǒng)供電方式，有著更好的供電效率。具體來說：在對同一個供電區(qū)域進(jìn)行同等負(fù)荷的供電時，采取三聯(lián)供系統(tǒng)之后，一年之內(nèi)節(jié)約的一次能源消耗量為：

其中，RPEC——節(jié)能率，%；TotPEC——天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)一年內(nèi)一次能源消耗量，MJ；TotPECcorw——傳統(tǒng)供能系統(tǒng)一年內(nèi)一次能源消耗量，MJ。

為了更好地對天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能性質(zhì)進(jìn)行評價，本文就以下六個方面為評價指標(biāo)進(jìn)行具體分析：

①發(fā)電效率。在對天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析時，通常情況下是以年平均發(fā)電效率為評價指標(biāo)[2]。特殊情況下，評價指標(biāo)也可以采用除輔助設(shè)備外，系統(tǒng)耗電量的有效發(fā)電效率。

其中，RGen——發(fā)電效率，%；TotEGen——年發(fā)電量，MJ；TotEfuel——年燃料消耗量，MJ。

②負(fù)荷率。天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的負(fù)荷率即指其實際發(fā)電量與額定發(fā)電量二者的比例。通常情況下，在系統(tǒng)運行的負(fù)荷率比較低時，其發(fā)電效率也會受影響而降低。因此，不提倡該系統(tǒng)長期處在低負(fù)荷運行的狀態(tài)下。

其中，RLoad——系統(tǒng)負(fù)荷率，%；EGen——發(fā)電量，MJ；GenInv——發(fā)電機(jī)的容量，kW；TGen——系統(tǒng)運行時間，h。

③余熱利用率。系統(tǒng)的余熱利用率即指在余熱的實際利用量與系統(tǒng)余熱回收量之間比值。簡單來說，即空調(diào)與生活用水加熱所利用的熱量占整個系統(tǒng)回收熱量的比值[3]。因此，在評價系統(tǒng)節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性方面，均必須在設(shè)計系統(tǒng)設(shè)備容量、型號以及系統(tǒng)運行策略時，重點關(guān)注系統(tǒng)的余熱利用率。

其中，RHeat——系統(tǒng)余熱利用率，%；Hused——系統(tǒng)余熱實際利用量，MJ；Hrecovery——系統(tǒng)余熱的回收量，MJ。

④綜合效率。系統(tǒng)綜合效率即指系統(tǒng)的一次能源利用率，是系統(tǒng)總輸出能量與一次能源消耗量之間的比重，而系統(tǒng)總輸出能量包括發(fā)電量與余熱回收量。普通的發(fā)電供電系統(tǒng)，其一次能源利用率通常在41%左右，而三聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源利用率能夠達(dá)到72%甚至以上。由此可見，天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的綜合效率相較于普通發(fā)電系統(tǒng)要更高。系統(tǒng)綜合效率這一評價指標(biāo)，主要取決于發(fā)電效率與系統(tǒng)余熱的實際利用率。其中，系統(tǒng)的0余熱利用效率取決于系統(tǒng)中余熱利用設(shè)備的效率，而系統(tǒng)回收熱能的品位制約又直接影響著余熱利用設(shè)備的效率，尤其是制冷過程，熱能品位直接影響著系統(tǒng)余熱回收設(shè)備的COP。

其中，Roverall——綜合效率，%；Efuel——系統(tǒng)能源消耗量，MJ。

⑤系統(tǒng)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時間。系統(tǒng)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時間即指在一年時間內(nèi)，系統(tǒng)發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)的小時數(shù)。滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時間不僅是評價系統(tǒng)負(fù)荷率與年運行時間的重要指標(biāo)，而且也直接影響著系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性[4]。該系統(tǒng)在一年的時間內(nèi)，滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時間最多為8760h，而民用建筑物中三聯(lián)供系統(tǒng)的滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時間則為4000h左右，相比于長期處在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的工業(yè)或者商業(yè)用三聯(lián)供系統(tǒng)，其初期投資會有比較長的回收期。

⑥系統(tǒng)依存率。系統(tǒng)依存率主要包括電力依存率與熱依存率，其中電力依存率指的是該系統(tǒng)的發(fā)電量在建筑物用電需求總量中的占比，而熱依存率即指系統(tǒng)余熱的實際利用量在建筑物用熱需求總量中的占比。但系統(tǒng)鉆機(jī)容量比較小時，盡管余熱利用率與綜合效率比較高，但系統(tǒng)依存率卻很小，導(dǎo)致系統(tǒng)整體的節(jié)能性較低[5]。所以，必須在確保系統(tǒng)發(fā)電效率、綜合效率與余熱利用率滿足建筑物需求的前提下，最大程度上增強(qiáng)系統(tǒng)依存率。

其中，η——系統(tǒng)電力依存率，%；ηheat——系統(tǒng)熱依存率，%；Lelec——一年內(nèi)電力需求量，MJ；TotHused——一年內(nèi)系統(tǒng)余熱利用量，MJ；Lheat——一年內(nèi)熱需求量，MJ。

4 結(jié)語

本文在簡單介紹了天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)之后，分別就以下六個評價指標(biāo)對三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能性進(jìn)行了研究：發(fā)電效率、負(fù)荷率、余熱利用率、綜合效率、系統(tǒng)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時間以及系統(tǒng)的電力依存率與熱依存率?？偠灾烊粴馊?lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用，在極大地提高了我國能源利用效率的同時，實現(xiàn)了能源利用的科學(xué)性、清潔化。相比于傳統(tǒng)的能源利用方式，三聯(lián)供系統(tǒng)能夠在同等能源的情況下，制造更多的可用能量，緩解高峰期用電壓力，減少能源浪費。除此之外，該系統(tǒng)還可以很好的保護(hù)生態(tài)環(huán)境。天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，極大地改變了我國以往經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源利用不匹配的局面，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)提供了一定保障。

【參考文獻(xiàn)】

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【2】胡孟起，肖俊峰，種道彤，等.噴射式熱泵在天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].中國電力，2015，48（12）：54-58.

【3】劉建勛，王榮印.天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能績效分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，25（19）：46.

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