以三聯供為核心的天然氣分布式能源系統探討

周高杭

摘 要：相對于傳統熱電聯產， 以三聯供為核心的天然氣分布式能源系統能效更高，其直接分布在用戶端，在用戶端附近燃燒燃料用于發電，發電的余熱用于供熱和制冷，天然氣分布式能源系統可以同時向用戶提供電能、熱能以及制冷。

關鍵詞：天然氣；分布式；能源

分布式能源系統（DES）其特點是分散，模塊化以及小規模，可以單獨輸出電能、熱以及冷，分散在用戶附近，這一點和傳統的集中供電方式形成鮮明對比，分布式能源系統就是一個高效熱冷電且安裝在用戶端的三聯供系統。分布式能源涉及眾多技術，例如風能技術，太陽能技術、燃料電池技術以及燃氣技術，相對而言，天然氣冷熱電三聯技術更成熟，且經濟效益更優，因而得到最為廣泛的應用。

二十世紀七十年代，為了應對當時出現的能源危機，美國率先開發和利用了冷熱電三聯供電，在當今世界，美國依然是CCHP技術最先進的國家，由于冷熱電三聯供電在美國的極大成功，二十世紀八十年代，很多發達國家也開始引入冷熱電三聯供電系統。

一、區域型和樓宇型天燃氣分布式能源系統

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

區域型天熱氣分布式能源系統（DCHP）供能的區域更廣，例如大學城、商業以及工業園區等等，由于供能的范圍比較大，區域型天熱氣分布式能源系統一般會建立相對獨立的能源供應中心，使用容量較大的機組，在建設DCHP時，不僅要考慮冷熱電供應的內網設備，還需要考慮冷熱電供應的外網設備。DCHP的裝機容量一般在MW級別。

樓宇型天熱氣分布能源系統（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一般不需要建設單獨的能源供應中心，能源供應機房一般直接安置在建筑內，使用容量較小的機組，樓宇型天熱氣分布能源系統（BCHP）裝機容量一般在KW級別。

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

二、天然氣分布式能源系統模式

燃氣微燃機、蒸汽輪機、燃氣輪機以及燃氣內燃機等是天然氣分布式能源系統的主要發電設備，而煙氣型吸收式制冷劑、余熱鍋爐、熱水型吸收制冷機以及蒸汽型吸收制冷機等是天然氣分布式能源系統的主要余熱利用設備。

根據天然氣分布式能源系統功能以及使用的發電設備的不同，天然氣分布式能源系統主要分為以下三類：

第一類是：汽輪發電機組+余熱鍋爐+燃氣輪機發電機組+熱水型/蒸汽型溴化鋰制冷機組，該類系統有效利用了燃氣-蒸汽聯動，因而發電效率高，能源轉換損耗少，系統的經濟效益比較好。采用該模式的然氣分布式能源系統一般來說容量大，大都應用在區域型的分布能源系統中，單機燃氣輪機的容量在10MW級別，供冷范圍在2千米，供熱范圍則可達10千米。 在具體工程中是使用抽凝式汽輪機還是使用背壓式汽輪機，是使用不補燃還是使用補燃型的預熱鍋爐，需要綜合考慮上網用電量，熱冷負荷等因素。

第二類是：煙氣型溴化鋰型制冷機+燃氣輪機發電機。該類型的天然氣分布式能源系統設備投資較小，配置較為簡單，其特點是冷（熱）電比高，冷熱量輸出比例大，一般是燃機單循環運行，相對于第一類天然氣分布式能源系統，該類系統單機容量較小，一般都小于6MW，供熱供冷范圍也較小，一般在1千米以內。

第三類是熱氣型或煙氣型溴化鋰制冷機+燃氣內燃發電機。該類型的天然氣分布式能源系統由于采用的是燃氣內燃機，相對于汽輪機，燃氣內燃機的單機容量較小，一般介于200KW與3000KW，雖然容量較小，但在這個功率范圍，其發電效率能達到30%左右，發電效率是要高于同功率的燃氣輪機。內燃機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在樓宇型系統（BCHP）中較為常見。

三、天然氣分布式能源系統優點

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

2）更佳的環保效益。相對于傳統的煤電，天然氣是更為清潔的能源，通過結合使用先進燃燒技術的燃氣發電機組，SO2、NOx等污染物排放物更少，更容易達到相關的環保標準。采用天熱分布式能源系統的寫字樓、商場、醫院、體育場館以及酒店溫室氣體排放將大大減少。

3）改善能源結構，對電力和燃氣有消峰填谷的作用。在我國北方，冬天冷，夏天熱，因此冬天要采暖，夏天要制冷。在傳統的能源結構下，冬天供暖通過集中鍋爐供暖氣，夏天則使用空調，這樣就造成了夏天的用電負荷要遠大于冬季，一方面造成了大量發電設備的閑置；另一方面則容易給電網造成壓力。燃氣分布式能源系統則可以很好地解決上述問題，在夏季通過燃燒天然氣來制冷，減少空調的使用，提高天熱氣的使用量，降低夏季電網的用電壓力，減少集中供電中的閑置發電設備。

參考文獻：

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