天然氣分布式冷熱電三聯供系統的節能績效分析

劉建勛，王榮印

（山東理工大學，山東 淄博 255000）

天然氣分布式冷熱電三聯供系統的節能績效分析

劉建勛，王榮印

（山東理工大學，山東 淄博 255000）

分布式冷熱電三聯供系統可以實現能源的階梯利用，提高能源利用效率。為揭示其節能的實際效益，以天然氣分布式冷熱電三聯供系統為例，與傳統分供系統進行比較，建立能源消耗數學模型，并結合實際工程案例加以分析得出了天然氣分布式冷熱電三聯供系統與傳統分供系統相比，節能優勢顯著。

天然氣分布式冷熱電三聯供；節能減排 ；能源消耗；對比分析

0 引言

在過去幾十年里，我國的經濟得到了快速發展，但煤炭是主要能源，其造成的資源消耗與環境污染問題不容忽視［1-2］，我國政府進行能源戰略重大調整，先后做出了西氣東輸，加快引進天然氣的決定［3］。截止到2015年，全球天然氣的年消耗量已與石油相當，成為了繼煤炭和石油的第三大能源。

1 天然氣分布式冷熱電三聯供系統的含義及重要意義

1.1 天然氣分布式冷熱電三聯供系統的含義

以天然氣為代表的第二代能源技術具有清潔度高，能源利用效率高，體積小，靈活高等特點。天然氣分布式能源系統結構復雜，以天然氣為燃料，以冷熱電聯供技術為基礎，與大電網和天然氣管網相連，可向一定范圍內的用戶同時提供電能、熱能、以及冷能等。

1.2 重要意義

發電投資與輸配電投資在我國電力投資當中所占比重很大，大電網線損率為5%～10%，而在用戶附近建設分布式能源系統則可有效緩解輸電線路電能損失，并節約大量輸配電投資。分布式能源系統的能源利用效率可達60～80%，而傳統燃煤發電機組熱效率最高為45%。

2 天然氣分布式冷熱電三聯供系統節能績效數學模型

本文選取最為廣泛的火電廠分供系統作為參照系統來反映聯供系統與傳統分供系統的能效差異，火電廠、鍋爐、電壓縮式制冷系統分別為電能輸出，熱能輸出，冷能輸出的參照系統。以產生相同的冷能為Qc（MJ），熱能為Qh（MJ），電能為E（MJ）來對比天然氣冷熱電三聯供系統耗能量Qdes（MJ）與傳統分供系統耗能量Qf（MJ）（其中電壓縮機耗能量為Q1（MJ），鍋爐耗能為Q2（MJ），火電廠耗能為Q3（MJ））。

考慮到天然氣冷熱電三聯供系統設與實際應用的兼容性，其部分能源需從分供系統進行補充，因此，在此引入參量Qb作為聯供系統的補充能量。由上述公式可得天然氣冷熱電三聯供系統與傳統分供系統相比之下節能公式為

3 案例分析

3.1 案例概述

以某寫字樓冷熱電三聯供工程項目為例，分析天然氣冷熱電三聯供系統與傳統的分供系統，對比其節能績效。該大樓冷負荷為2569 kW，熱負荷為2248kW，電負荷為1285kW。該大樓所需電負荷的75%來自聯供系統，不足的電能由傳統分供系統大電網補充，熱能不足部分由機組補燃。溴化鋰機組供能效率取85%。該大樓天然氣冷熱電三聯供系統工作時間為供電期1061h，制冷及供電889h，供暖及供電期586h，總計2536h。該系統采用G3516E型燃氣內燃機機組，技術參數如下所示，發電功率975kW，單位燃耗10130（ kJ·kW-1·h-1），發電效率 35.54%，余熱回收量1103 kW，熱電綜合效率 73.12%。

3.2 案例耗能計算

根據公式（1）—（7），折算出聯供系統與傳統分供系統在出力相同的情況下能源消耗量。

（1）聯供方案能源消耗計算。1）機組發電耗能參數及數值如下所示，電負荷1285 kW，年需用電量3557475kW·h，聯供系統可提供電量2471722kW·h（折合8.90×106MJ），內燃機發電效率35.54%，聯供系統一次能源消耗量（Qdes）25.05×106MJ，天然氣熱值33.50MJ/ m3，全年天然氣消耗量74.74×104m3（折合標煤854.2t）。2）聯供系統能量為，機組余熱1103kW，大樓熱負荷2248kW，大樓冷負荷2569kW，補充熱負荷1145kW，補充冷負荷1466kW，供暖期需補充熱量4.34×106MJ，制冷期需補充冷量4.65×106MJ，溴化鋰機組熱力系數85%，補充天然氣31.5×104m3（折合標煤360.2t）。3）外電網補充電量參數及數值如下所示，電負荷1285kW，內燃機組電功率975kW，外電網補充電負荷310kW，分供系統外電網補充電量760454kW·h，火電廠的終端利用效率35%，需耗標煤267.3t/a。4）聯供方案一年總能耗. 根據表4、表5、表6，聯供方案全年上述計算，采用聯供方案全年消耗天然氣117.5×104m3，折合標煤1481.7t。

（2）分供方案能耗參數及數值如下所示火電廠的發電效率35%，鍋爐效率80%，年需電能3557475kW·h，火電廠一次能源消耗量33.50×106MJ（折合標煤1143.23t），提供熱能2391777kW·h，鍋爐一次能源消耗量10.76×106MJ（折合標煤367.24t），電壓縮式制冷機一次能源消耗量4.64×106MJ（折合標煤158.52t），分供系統全年能耗總量48.90×106MJ（折合標煤1669.0t）。

（3） 能耗比較。通過對比分析可以得出，相比傳統聯供系統，三聯供系統節能優勢顯著，可達到年節約標煤187.3t，根據公式（7）計算可得，相比傳統聯供系統，三聯供系統年節能率達11.22%。

4 結語

通過建立數學模型并結合實踐對比分析了天然氣分布式冷熱電三聯供系統與傳統分供系統相同出力情況下的的能源利用狀況。通過計算，對比，分析，由于三聯供系統在供電，供暖，制冷等方面很好的實現了能量階梯利用，其在節能方面的優勢顯著。因此，大力推廣分布式電源將是我國電力發展的方向，同時也是我國電力系統節能減排的重要措施。

［1］錢伯章.2002年全球能源消費結構［J］.中國能源，2003，25（07）∶2-4.

［2］煤炭信息研究院潔凈能源與環境中心.中國煤炭開發與利用的環境影響研究［R］.2003.

［3］羅文君，陳四祥.2003年中國天然氣行業發展綜述［J］.國際石油經濟，2004，12（06）∶32-36

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.038

劉建勛（1989-），男，山東魚臺人，在讀研究生，研究方向∶分布式電源節能減排。