天然氣三聯供節能淺析

朱俊鵬

【摘 要】隨著生態文明建設程度的不斷深入，對能源的清潔性、高效性以及多元性的利用成為建設的重點。為此，必須對傳統的能源利用方式進行優化。天然氣三聯供系統是一種新型能源利用系統，以能量的梯級利用概念為基礎，實現了對能源高效、清潔性的利用，極大地彌補了傳統能源利用方式的不足。論文主要對天然氣三聯供系統進行了介紹，同時重點分析該系統的節能性。

【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.

【關鍵詞】天然氣三聯供系統；節能；評價指標

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

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

1 引言

能源結構與方式的落后，使得我國能源浪費情況比較嚴重，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環境產生了嚴重影響，導致我國出現了經濟發展與能源利用形式嚴重不相符的局面。而天然氣三聯供系統的研發與應用，極大地改變了這一局面。該系統利用能量梯級利用形式，將能源燃燒產生的能量以梯度的形式進行分級利用，不僅極大地增強了能源利用率，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。可以說天然氣冷熱電三聯供系統的應用，為能源的科學利用開拓了一條新的途徑。

2 天然氣三聯供系統簡介

天然氣三聯供系統即冷熱電三聯供系統，其基本概念為能源梯級利用概念，是一種整合制冷、供熱與發電功能的多連供系統。天然氣三聯供系統的工作過程為：首先，利用燃料進行發電；其次，將發電過程中產生的高溫煙氣用于制冷；最后，將煙氣的殘余熱量用于加熱生活用水。由此可見，天然氣三聯供系統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約能源。與此同時，該系統也有著比較高的經濟效益與社會效益[1]。因此，天然氣三聯供系統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，該系統也可以在很大程度上緩解供電壓力。相比傳統的能量利用方式，節能性、環保性與經濟性是天然氣冷熱電三聯供系統的主要優勢，其不僅能夠增強能源利用效率，還可以降低環境污染，為我國能源利用行業指出了一條科學的發展道路。

3 該系統的節能性分析

節能性是天然氣三聯供系統的主要優勢，也是其先進性的重要評價指標。該系統的節能性主要是因為天然氣梯級利用的高效性，相比傳統供電方式，有著更好的供電效率。具體來說：在對同一個供電區域進行同等負荷的供電時，采取三聯供系統之后，一年之內節約的一次能源消耗量為：

其中，RPEC——節能率，%；TotPEC——天然氣三聯供系統一年內一次能源消耗量，MJ；TotPECcorw——傳統供能系統一年內一次能源消耗量，MJ。

為了更好地對天然氣冷熱電三聯供系統的節能性質進行評價，本文就以下六個方面為評價指標進行具體分析：

①發電效率。在對天然氣三聯供系統進行節能分析時，通常情況下是以年平均發電效率為評價指標[2]。特殊情況下，評價指標也可以采用除輔助設備外，系統耗電量的有效發電效率。

其中，RGen——發電效率，%；TotEGen——年發電量，MJ；TotEfuel——年燃料消耗量，MJ。

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

其中，RLoad——系統負荷率，%；EGen——發電量，MJ；GenInv——發電機的容量，kW；TGen——系統運行時間，h。

③余熱利用率。系統的余熱利用率即指在余熱的實際利用量與系統余熱回收量之間比值。簡單來說，即空調與生活用水加熱所利用的熱量占整個系統回收熱量的比值[3]。因此，在評價系統節能性與經濟性方面，均必須在設計系統設備容量、型號以及系統運行策略時，重點關注系統的余熱利用率。

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

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

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

⑤系統滿負荷運轉時間。系統滿負荷運轉時間即指在一年時間內，系統發電機滿負荷運轉的小時數。滿負荷運轉時間不僅是評價系統負荷率與年運行時間的重要指標，而且也直接影響著系統的經濟性與節能性[4]。該系統在一年的時間內，滿負荷運轉時間最多為8760h，而民用建筑物中三聯供系統的滿負荷運轉時間則為4000h左右，相比于長期處在運轉狀態下的工業或者商業用三聯供系統，其初期投資會有比較長的回收期。

⑥系統依存率。系統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的發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。但系統鉆機容量比較小時，盡管余熱利用率與綜合效率比較高，但系統依存率卻很小，導致系統整體的節能性較低[5]。所以，必須在確保系統發電效率、綜合效率與余熱利用率滿足建筑物需求的前提下，最大程度上增強系統依存率。

其中，η——系統電力依存率，%；ηheat——系統熱依存率，%；Lelec——一年內電力需求量，MJ；TotHused——一年內系統余熱利用量，MJ；Lheat——一年內熱需求量，MJ。

4 結語

本文在簡單介紹了天然氣冷熱電三聯供系統之后，分別就以下六個評價指標對三聯供系統的節能性進行了研究：發電效率、負荷率、余熱利用率、綜合效率、系統滿負荷運轉時間以及系統的電力依存率與熱依存率。總而言之，天然氣三聯供系統的應用，在極大地提高了我國能源利用效率的同時，實現了能源利用的科學性、清潔化。相比于傳統的能源利用方式，三聯供系統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，該系統還可以很好的保護生態環境。天然氣冷熱電三聯供系統的研發與應用，極大地改變了我國以往經濟發展與能源利用不匹配的局面，為我國經濟發展與生態建設提供了一定保障。

【參考文獻】

【1】孫雅瓊，阮應君，吳家正.不同天然氣價格下建筑冷熱電三聯供系統的經濟性分析[J].建筑節能，2014，42（12）：91-96.

【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供系統中的應用研究[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供系統的節能績效分析[J].山東工業技術，2016，25（19）：46.

【4】劉蕾，周萍，李鑫.分布式能源天然氣冷熱電三聯供系統10萬m2辦公建筑模擬分析[J].建筑節能，2013，41（01）：29-30.

【5】李樹旺，王創創，毛玲玲，等.采用燃氣—蒸汽聯合循環冷熱電三聯供能源系統在焦爐煤氣制液化天然氣工廠的應用研究[J].中國能源，2012，34（11）：21-26+16.