燃氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能率的影響因素

余 梅

（貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008）

冷熱電聯(lián)產(chǎn)(Combined Cooling Heating and Power，簡稱CCHP)是指利用一種形式的一次能源同時生產(chǎn)冷量、熱量、電力三種不同形式的能量來滿足用戶用能需求的技術(shù)。與傳統(tǒng)的集中供能形式不同，CCHP屬于分布式能源系統(tǒng)，在用戶處進行三種形式能量的同時生產(chǎn)，可避免長距離輸送的損耗。CCHP通過能量的梯級利用——將高品質(zhì)的天然氣優(yōu)先做功，回收余熱生產(chǎn)冷量或熱量——大大提高了一次能源利用率。對于夏季需制冷、冬季需供熱的建筑，以及空調(diào)負荷很大的車間等用戶，CCHP系統(tǒng)可提供更大的供能靈活性。由于天然氣CCHP系統(tǒng)具有很高的能源效率、經(jīng)濟性和環(huán)保性能，近年來在全球范圍內(nèi)已獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

1 燃氣輪機冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

燃氣輪機是以氣體(或燃油)作為工作介質(zhì)，將燃料燃燒時釋放出來的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ囊环N動力機械 (或稱熱力機械)。燃氣輪機作為一種高技術(shù)含量的發(fā)電設(shè)備的優(yōu)點是：可使用多種燃料，具有高效率、低能耗、無環(huán)境污染、投資省、占地少、啟動快、用水極少、電力高峰性能優(yōu)越、自動化程度高、建設(shè)周期短、環(huán)境污染小等。

（1）系統(tǒng)工作過程。天然氣進入燃氣輪機做功，帶動發(fā)電機組發(fā)電；經(jīng)燃氣輪機做功后排出的高品位余熱進入余熱鍋爐(燃氣輪機的排氣溫度一般為500～600℃)。經(jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽并驅(qū)動吸收式冷水機，夏季供冷；另一部分鍋爐蒸汽通過汽——水熱交換器供應(yīng)全年生活熱水。冬季供熱水由天然氣熱水鍋爐供應(yīng)。

（2）應(yīng)用特點：①燃氣輪機發(fā)電，可作為樓宇夏季電力供應(yīng)的高峰負荷，補足電力的短缺。②燃氣輪機廢氣用于蒸汽型雙效吸收式冷水機的夏季供冷，起著電力削峰作用，且燃氣輪機余熱可充分利用；缺點是吸收式冷水機在冬季停用，全年設(shè)備利用率不高。③冬季供暖熱水按常規(guī)的天然氣熱水鍋爐單獨供應(yīng)，無廢(余)熱利用，因而熱水鍋爐容量大，熱負荷負擔(dān)重，設(shè)備投資較大。④由于采取“以電定熱”的設(shè)計原則，因而針對具體樓宇(或區(qū)域)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)全年冷、熱、電負荷變化，確定冷、熱、電設(shè)備的熱電化，是該項目設(shè)計和實施的關(guān)鍵。⑤采用天然氣為燃料的燃氣輪機單循環(huán)發(fā)電，其發(fā)電效率盡管可高達35%以上(單機容量300MW以上時)，但在樓宇(或區(qū)域)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，采用的是小型和微型燃氣輪機(單機容量在10kW～10MW之間或以下)設(shè)備，其單循環(huán)發(fā)電效率僅18%～32%。若采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)后，由于對小型燃氣輪機高溫(500～600℃)余熱的利用，其系統(tǒng)綜合供熱效率可達80%～85%以上。

2 影響燃氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能率的因素

熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的核心就是在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上配置吸收式制冷機。熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)規(guī)模和投資大，系統(tǒng)復(fù)雜，運行期間能源消耗多，因而對熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的能效和經(jīng)濟性進行全面深入地分析和研究是非常必要的。影響熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的能效和經(jīng)濟性的因素主要包括：熱電廠、熱力輸送系統(tǒng)、制冷站、蓄能裝置以及冷負荷特性等幾方面。

（1）熱電廠的影響。熱電廠的影響因素包括熱電廠機組的型式、容量、初蒸汽參數(shù)、抽汽或背壓排汽參數(shù)等。機組型式對系統(tǒng)初投資和運行費的影響很大。燃煤熱電廠主要包括背壓機或抽凝機兩種型式。由于背壓機組初投資低、能量轉(zhuǎn)換效率高，對于新建熱電廠來講，背壓機組經(jīng)濟性顯然好于抽凝機組。隨著人們現(xiàn)代文明和環(huán)境保護意識的不斷增強，以油、氣等相對清潔的燃料代替污染嚴(yán)重的煤而作為一次能源已成為一種趨勢，其中包括燃氣輪機、內(nèi)燃機等型式的熱電廠在城市供熱方面的應(yīng)用。這種熱電聯(lián)產(chǎn)裝置在西方國家使用較為普遍，其特點是熱電比小、發(fā)電效率高、單位容量投資少。如果燃料價格較為合理，這種熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟性。機組容量主要指系統(tǒng)熱化系數(shù)的合理選取。

（2）熱力輸送系統(tǒng)的影響因素。熱力輸送系統(tǒng)包括供熱管網(wǎng)和供冷管網(wǎng)，影響因素主要有輸送介質(zhì)種類及其熱力參數(shù)、輸送系統(tǒng)運行方式等。由于技術(shù)條件的限制，供冷管網(wǎng)的輸送介質(zhì)只能采用冷水，但該介質(zhì)輸送冷量的能力小，管網(wǎng)初投資及輸送電耗巨大。近年來國外正在研制以冰漿或在冷水中加入相變材料作為輸冷介質(zhì)，可使管網(wǎng)輸送冷量的能力大大提高，較大幅度地降低管網(wǎng)初投資，但這種輸送技術(shù)目前仍處于試驗階段。

（3）制冷站位置與規(guī)模的影響。由于冷水管道的供回水溫差通常在10℃以內(nèi)，供冷管道輸送能量的能力遠小于供熱管道，相同距離下供熱管道的投資要小于供冷管道。從這一點看，制冷站應(yīng)盡量靠近用戶。但用戶是分散的，位置靠近用戶會使單個制冷站規(guī)模變小，數(shù)量增多，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的制冷站占用空間增大，而且用戶附近的制冷站建筑造價往往更加昂貴。因此，位置靠近用戶又會使熱電冷系統(tǒng)制冷站的投資增大。合理選取制冷站位置與規(guī)模是一個較復(fù)雜的問題，應(yīng)從整體供冷系統(tǒng)考慮，全面加以優(yōu)化。

3 結(jié)語

熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)龐大，影響其能效和經(jīng)濟性的因素眾多。目前國內(nèi)對熱電冷系統(tǒng)的認識和研究還處于初級階段。是否采取熱電冷系統(tǒng)不能簡單地采取貼標(biāo)簽的辦法，因為任何一項先進技術(shù)都有其適用性的問題，熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)是否節(jié)能還與系統(tǒng)的先進性、控制性能和運行管理水平有著極大的關(guān)系。

[1]嚴(yán)銘卿.燃氣工程設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]戎衛(wèi)國.建筑節(jié)能原理與技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

[3]凌莉，鐘英杰，王巍巍.冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系的研究[J].輕工機械，2012，（2）：120-122.