某酒店天然氣冷熱電三聯供改造研究

楊 彬

（貴州燃氣集團股份有限公司，貴州貴陽 520100）

1 概述

冷熱電三聯供[1]，即CCHP（Combined Cooling，Heating and Power），是指以天然氣為主要燃料帶動燃氣輪機、微燃機或內燃機發電機等燃氣發電設備運行，產生的電力供應用戶的電力需求，系統發電后排出的余熱通過余熱回收利用設備（余熱鍋爐或者余熱直燃機等）向用戶供熱、供冷。通過這種方式大大提高整個系統的一次能源利用率，實現了能源的梯級利用。由于冷熱電三聯供主要安裝在用戶端的高效冷/熱電聯供系統，系統能夠在消費地點（或附近）發電且越來越偏向小型化，所以有時也稱為分布式能源。

2 分布式能源優勢

分布式能源具有“就地取能、資源利用、高效減排”的優越性[2]，分布式能源更有便于集中控制和管理，對用電、用冷（熱）負荷非常集中，時間長，單位面積負荷大的用戶，能源利用效率高，更有利于資金回收。

3 項目概況

本項目位于貴州省貴陽市觀山湖區某公司辦公大樓及其配套酒店。酒店和辦公樓相毗鄰，辦公樓 26 層，酒店 25 層，地下均為 2 層，地下室相互貫通。建筑總面積為121 530 m2，其中供熱（冷）面積為 90 040 m2（酒店52 550 m2、辦公樓37 490 m2）。建筑擁有不同風格的中西餐廳、酒吧、室內恒溫游泳池、水療中心、健身中心和商務中心等，能為客人提供不同需求的特色服務，是集住宿、餐飲、會議接待，健身娛樂為一體的大型綜合性國際高端品牌酒店。

3.1 供能現狀

本項目包含兩棟大樓的用能需求，一為辦公大樓，二為酒店大樓，兩棟樓相對比較獨立，各自都有蒸汽鍋爐、電制冷機組等動力設備，且余量較大，資源使用率低，且耗能較大。目前酒店現有3臺4t/h的雙良天然氣蒸汽鍋爐，3臺2 461kW和1臺1 048kW的約克制冷機組，19臺18kW空氣源熱泵；辦公樓現有2臺4t/h特富天然氣蒸汽鍋爐，3臺2 461kW的約克制冷機組。該區域現有兩路10.5kV市政電力進線，只為兩棟大樓供電，大電網配電站將線路分別接入兩棟大樓總配電柜，再分別下設若干變壓器。

辦公樓和酒店的用電特性不同，每天7時至17時，辦公樓用電比較集中，且比較平均，而酒店則從11時至23時用電比較集中，凌晨0時至7時辦公樓用電負荷較小，主要用電部位為大樓照明及少量其他設備，常年穩定約為100kW，酒店用電負荷也較小，但相較辦公樓還是用電負荷較大，通過調研，根據現有資料及同運行人員溝通，得知0時至7時酒店全年年最低用電負荷約為300kW。綜合計算分析可知在7時至23時，兩座大樓總用電負荷穩定在 800kW 以上，23 時至7時，總用電負荷基本穩定在400kW以上。建筑典型日逐時電負荷堆疊見圖1。

圖1 建筑典型日逐時電負荷堆疊圖

根據辦公樓2018—2019年度冬季的用能統計記錄，辦公樓、酒店在2018—2019年度供暖季的建筑總耗氣量統計分析建筑年供熱及供冷月用能需求見圖2。

圖2 建筑年供熱及供冷月用能需求圖

根據調研數據統計建筑典型日冷負荷及熱負荷見圖3-圖4所示。

圖3 建筑典型日冷負荷需求堆疊圖

圖4 建筑典型日熱負荷需求堆疊圖

3.2 改造方案

根據用戶用能數據及特性，本項目采用天然氣分布式能源系統，系統的發電總裝機容量為 800kW。系統主要由2 臺400kW 的內燃機發電機組、2臺煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組，制冷量872kW（COP 為 1.03），制熱量 798kW。剩余冷、熱負荷不夠部分采用補燃補充。

4 運行策略

本次分布式能源系統主要由2臺400kW的內燃機發電機組、2臺煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組制冷量872kW（COP為1.03時），制熱量798kW。全年運行時間按240d計。

采暖：每年11月15日至次年3月15日，共計120d，運行按全年每天24h計。

制冷：每年6月15日至10月15日，共計120d，運行按全年每天24h計。

4.1 電力供應方案

采取并網不上網的模式，并設置市電跟蹤、逆功保護，內燃機發電機與市電一同為兩棟大樓提供電力。圖5是制冷期及采暖期典型日機組供電負荷圖。

圖5 制冷期及采暖期典型日機組供電負荷圖

4.2 制冷供應方案

制冷季最小熱負荷約500kW左右，考慮燃氣發電機組的運行時段為全天24h，同時為保證燃氣發電機組的滿負荷率，因此制冷季考慮8：00—20：00運行兩套內燃機機組，20：00～次日7：00只運行單套內燃機機組（圖6）。

圖6 制冷期制冷負荷圖

4.3 采暖供應方案

采暖季辦公樓+酒店在采暖季典型日的最大熱負荷約4 500kW左右，最小熱負荷約400kW，考慮兩臺燃氣內燃機發電機組的運行時段為7：00—21：00，僅酒店所需熱量即能夠夠保證燃氣發電機組的滿負荷發電，在此時段內的酒店基本熱負荷穩定在800～2 000kW。因此，單套內燃機系統，煙氣熱水型溴化鋰冷溫水機組共能產生398kW的熱量，兩套內燃機系統總熱量798kW，7：00—21：00可基本完全消化所有余熱，因此采暖季7：00—21：00運行兩套內燃機機組，21：00—次日7：00只運行單套內燃機機組（圖7）。

圖7 采暖期采暖負荷圖

5 改造效果分析

分布式能源系統以其清潔低碳能源和能量梯級利用的特點，使得整體能效提高到 70%以上。將不同種類的能源按各自熱值折算成標準煤，電力折算因子[3]0.335 0kg，天然氣折算因子 1.228 3kg標準煤/m3（標）[天然氣的熱值取 34MJm3（標）]，考慮部分電網的輸電損失。分布式能源系統節能量計算見表1。

表1 分布式能源系統節能量計算

經過以上計算分析，改造后分布式能源系統相比傳統分產系統（市電+電動冷水機組+燃氣鍋爐）年節能 634.52t標準煤。

6 結論

1）該系統所發電力與供電部門協調可以上網運行。

2）采用冷熱電三聯供系統，在天然氣用氣和用電等方面需給予優惠政策，在發電裝機容量需給予補貼。

3）在具有特點特定性質的建筑應用燃氣三聯供技術，是提高能源利用效率，改善城市環境利用天然氣資源的最佳選擇。努力保護利用好天然氣資源，不僅自身經濟效益好，而且社會效益、環境效益也十分突出。