天然氣冷熱電三聯(lián)供在建筑樓宇中應(yīng)用與發(fā)展的探討

盧千里

摘 要：天然氣冷熱電三聯(lián)供是分布式能源的一種，該系統(tǒng)使用天然氣作為燃料，能夠高效循環(huán)利用能源，轉(zhuǎn)化能量的效率比較高，可以用于供冷或者供熱，保證能源的多層次供應(yīng)，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境，增加電力供應(yīng)等綜合效益，是城市治理大氣污染和提高能源綜合利用率的必要手段之一，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本文主要對(duì)天然氣冷熱電三聯(lián)供在建筑樓宇中的應(yīng)用進(jìn)行探討分析。

關(guān)鍵詞：天然氣分布式；能源站；冷熱電三聯(lián)供

引言：天然氣冷熱電三聯(lián)供是一種基于能源梯級(jí)利用概念上建立的，集發(fā)電、供熱和制冷過程為一體的多聯(lián)供系統(tǒng)。首先將天然氣用于發(fā)電，然后將發(fā)電過程中所生成的高溫?zé)煔饧訜嵴羝仩t產(chǎn)生蒸汽，供給業(yè)主方在生產(chǎn)過程中使用，最后將煙氣中還存有的余熱經(jīng)過溴化鋰機(jī)組進(jìn)行制冷或經(jīng)過換熱裝置產(chǎn)生生活熱水。整個(gè)能源利用過程能夠在很大程度上將能源加以充分利用，提高能源梯級(jí)利用效率，所產(chǎn)生的有害氣體排放量也很少，設(shè)備的利用率也會(huì)有所提高，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

一、天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)分類

天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)適用于多個(gè)領(lǐng)域，比如工業(yè)、家庭和商業(yè)等，一般情況下，可將其分為區(qū)域型和樓宇型兩種。樓宇型系統(tǒng)的規(guī)模相對(duì)比較小，它最大的功能就是能夠滿足和供應(yīng)單獨(dú)建筑的能量需求，比如，學(xué)校、醫(yī)院和商場(chǎng)中的一些設(shè)施等。單獨(dú)建筑物中的能量供應(yīng)有較大的變化，它分為低潮和高潮，而系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際情況不斷地調(diào)整，使其與具體的環(huán)境相適應(yīng)。因此，樓宇型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)對(duì)設(shè)備有很高的要求，特別是其開機(jī)和停機(jī)的變化較大。另外，系統(tǒng)中的熱源設(shè)備、發(fā)電設(shè)備和蓄能設(shè)備的設(shè)計(jì)和優(yōu)化在系統(tǒng)中占有非常重要的位置。區(qū)域型分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)與樓宇型最大的不同在于，它主要應(yīng)用于規(guī)定區(qū)域內(nèi)的建筑群中。

二、天然氣冷熱電三聯(lián)供的特點(diǎn)

1、節(jié)能性

在天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中，突出其節(jié)能性的一個(gè)重要指標(biāo)就是節(jié)能率，它從天然氣梯級(jí)利用的高效，到用戶端的供電效率，都占有較大的優(yōu)勢(shì)。節(jié)能性主要是指在滿足具體環(huán)境能源量的基礎(chǔ)上，將天然氣冷熱電三聯(lián)供與傳統(tǒng)供能系統(tǒng)相比，觀察它們?cè)谝欢〞r(shí)間內(nèi)一次能源消耗量的節(jié)約率。

2、經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性主要從初投資和運(yùn)行費(fèi)用兩方面考慮。與傳統(tǒng)的辦公樓空調(diào)方式對(duì)比，即冬季采用集中供熱，夏季依靠蒸汽壓縮式制冷機(jī)組。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)因素主要與燃料價(jià)格、供熱價(jià)格、電價(jià)、供熱時(shí)間等因素有關(guān)。燃料費(fèi)在DES/CCHP年運(yùn)行成本中占有相當(dāng)大的比例，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，最高的達(dá)到78%，最低的也有44%。因此，天然氣價(jià)格的波動(dòng)將直接影響到系統(tǒng)的年運(yùn)行成本。提高電價(jià)會(huì)增加系統(tǒng)投資收益，提高系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，發(fā)電效率越高的系統(tǒng)，其年收入中的供電收入所占的比例也越大。提高熱價(jià)也會(huì)增加系統(tǒng)投資收益，提高系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。供熱天數(shù)越長，供熱負(fù)荷越大，系統(tǒng)的能源利用率也就越高，一般要求供熱時(shí)間>4000h/a。只有供熱負(fù)荷充足，系統(tǒng)才能獲得可觀的熱收入。

3、環(huán)保性

三聯(lián)供系統(tǒng)以天然氣為燃料，眾所周知天然氣是優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的理想能源，天然氣燃燒后產(chǎn)生的煙氣溫室效應(yīng)只有煤炭的1/2，石油的2/3；同時(shí)以溴化鋰吸收式制冷機(jī)取代壓縮式制冷機(jī)，避免了CFC類氟利昂制冷劑的大量使用和排泄，降低了對(duì)大氣臭氧層的破壞及溫室效應(yīng)，起到了環(huán)保作用，歐洲委員會(huì)在“大氣改變對(duì)策的能源框架”中，將熱電聯(lián)產(chǎn)放在極其重要的位置，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)被認(rèn)為是對(duì)實(shí)現(xiàn)排放目標(biāo)貢獻(xiàn)最大的一項(xiàng)技術(shù)，其減少CO2排放量占總目標(biāo)的1/4。

三、供能形式

應(yīng)用最廣泛的常規(guī)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)備組成主要包括原動(dòng)機(jī)發(fā)電設(shè)備和余熱回收設(shè)備，它們與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。建筑物內(nèi)的負(fù)荷在很大程度上是由制冷負(fù)荷、熱水負(fù)荷和采暖負(fù)荷等組成的。其中，有一個(gè)電力負(fù)荷的運(yùn)行是由原動(dòng)機(jī)優(yōu)先發(fā)電的，如果發(fā)電量不能滿足實(shí)際需求，就要利用電網(wǎng)補(bǔ)充電能，在這個(gè)發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱量被熱水型吸收式溴化鋰制冷機(jī)吸收，用以制熱和制冷。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)主要包括內(nèi)燃機(jī)和燃料電池等。一般情況下，內(nèi)燃機(jī)在100kW～5MW，其發(fā)電效率與電網(wǎng)效率非常接近，但是，煙氣溫度和換熱效率不是很高。在小于1MW的三聯(lián)供系統(tǒng)中，內(nèi)燃機(jī)占主導(dǎo)位置，這主要是因?yàn)樵谝欢臻g內(nèi)，燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率較低，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效率不是很高。燃料電池在國外的應(yīng)用比較.廣泛，它與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比，具有很高的發(fā)電效率，對(duì)環(huán)境的污染小，這是占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的。如果熱電負(fù)荷與冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)電荷接近，就能夠增加能源的利用率。

四、燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供的工程應(yīng)用前景與展望

目前，天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)在我國應(yīng)用與發(fā)展的主要障礙是天然氣的價(jià)格。如果把天然氣單純用來發(fā)電，難以與燃煤電廠競爭；另一方面，天然氣價(jià)格按等熱值比較，要比煤炭高得多，也不具備替代煤炭的條件。為此，很多城市發(fā)改委等聯(lián)合制訂《分布式供能系統(tǒng)和燃?xì)饪照{(diào)發(fā)展專項(xiàng)扶持辦法》，發(fā)展分布式供能系統(tǒng)和燃?xì)饪照{(diào)，《扶持辦法》主要明確了資金來源、支持范圍、支持方式和標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備補(bǔ)貼資金申請(qǐng)程序、計(jì)劃編制程序和部門職責(zé)等事項(xiàng)。按照《扶持辦法》有關(guān)規(guī)定，近幾年對(duì)在城市范圍內(nèi)醫(yī)院、賓館、大型商場(chǎng)、商務(wù)樓宇、工廠等建筑物建成并投入使用，并納入市推進(jìn)計(jì)劃的單機(jī)規(guī)模1 萬千瓦及以下的分布式供能系統(tǒng)項(xiàng)目和燃?xì)饪照{(diào)項(xiàng)目的單位，給予設(shè)備資金補(bǔ)貼（燃?xì)饪照{(diào)按100元/千瓦制冷量補(bǔ)貼）、電網(wǎng)并網(wǎng)支持、天然氣價(jià)格和收費(fèi)優(yōu)惠等方面的政策支持，并要求政府投資的重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，優(yōu)先使用分布式供能系統(tǒng)。

結(jié)束語

綜上所述，天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是我國目前鼓勵(lì)發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)，具有節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于建筑供能系統(tǒng)而言，天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)是其有益的補(bǔ)充，和傳統(tǒng)供能系統(tǒng)一起為建筑服務(wù)。因此在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)該對(duì)整個(gè)建筑物業(yè)規(guī)模、物業(yè)業(yè)態(tài)、用能規(guī)模、用能結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)三聯(lián)供組合供能系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，才能確定合理的天然氣三聯(lián)供供能規(guī)模和天然氣三聯(lián)供組合供能系統(tǒng)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬一太，楊俊蘭，盧葦.天然氣熱電冷總能系統(tǒng)應(yīng)用模式的探討[J].能源研究與信息，2015，20（02）：86-92.

[2]城市建設(shè)研究院，北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司，等.CJJ145-2010燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3]秦朝葵，李偉奇，謝衛(wèi)華，等.微燃機(jī)天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)熱力學(xué)分析[J].天然氣工業(yè)，2015，28（01）：83-85.

[4]郭小琴，蔣松林，寧賀彪.天然氣冷熱電三聯(lián)供技術(shù)及其應(yīng)用情況[J].機(jī)電信息，2015（25）：66.69.