文章编号： 中图分类号：TM611.3 文献标识码：A 学科分类号：...

文章编号： 中图分类号：TM611.3 文献标识码：A 学科分类号：... 文章编号: 中图分类号:TM611.3 文献标识码:A 学科分类号:080702 冷热电三联供电厂等价电效率分析 武文杰1～李鹍2 (通用电气(中国)研发开发中心有限公司，上海 201203) 摘要:燃气——蒸汽联合循环冷热电三联供系统具有较高的能量利用率～已经得到广泛的应用～但 目前缺乏客观统一的效率定义。本文以热力学第二定律为基础～提出了冷热电三联供电厂等价电效 率的概念～用于评估不同品位能量的系统效率。结合电厂实例～对比电厂效率的几种不同定义～从 而为冷热电三联供电厂 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和技术改进提供参考。 关键词:联合循环,冷热电三联供,等价电效率 Second Law Efficiency Analysis for CCHP Power Plant 12WU Wen-jie, LI Kun (GE(China) Research and Development Center Co., Ltd，Shanghai 201203，China) Abstract: CCHP(Combined Cooling Heating and Power) system has been widely used for higher efficiency although there’re no universal definition of plant efficiency. Based on the second law of thermodynamics, second law efficiency is proposed to evaluate the system efficiency from different energy. Comparing with other efficiency definition, it is helpful for design and technical optimization of CCHP power plant. Key words: combined cycle; CCHP; second law efficiency 京、上海等城市已经采取一些优惠政策鼓励冷热电1 引言 三联供项目的发展。到目前为止已建成上海浦东国近年来，基于我国天然气能源的战略布局，国 际机场、北京燃气大楼、北京燃气集团次渠门站大家对冷热电三联供技术更加地重视。2011年全国能 楼等项目。 源工作会议上指出，今后要重点发展热电联产或冷 热电冷三联供电厂的产品主要是热能和电能，热电联供。我国政府将天然气的开发和利用作为改 其中热能产品包括处于不同温度、压力状态的蒸汽善能源结构，提高环境质量的重要措施。西气东 和热水，用于工业生产、区域供热或制冷。输、广东进口液化天然气、东海天然气开发等大型 CCHP(Combined Cooling Heating and Power) 在提项目的全面实施，推动了全国天然气的建设。北 高燃料利用率和减少排放方面已经得到广泛认可，和同一电厂不同设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的性能。 但由于热能和电能自身能源品位的不同，目前还没2 三联供系统及常见效率定义 有一种被普遍接受的CCHP电厂效率定义。由于缺燃气—蒸汽联合循环冷热电三联供系统乏客观统一的评价基准，在比较CCHP电厂不同效(CCHP)，是以天然气为主要燃料，在燃机内燃烧率定义时往往会产生误解，也影响了新技术的应用并膨胀做功，燃机排出的高温烟气通过余热锅炉加和开发。为了更加科学地定义CCHP电厂效率，同热水，产生的蒸汽带动蒸汽轮机做功。余热锅炉或时兼具实用性，本文在热力学第二定律的基础上，汽机生成的蒸汽和热水提供给用户的供热、供冷系提出了等价电效率的概念，用来评估比较不同电厂统。某三联供电厂系统简图如图1所示: 1-压气机;2-燃烧室;3-燃气透平;4-余热锅炉;5-蒸汽轮机;6-发电机;7-凝汽器;8-换热器;9-吸收式制冷机 图1 天然气冷热电三联供系统能源综合利用率较汽联合循环冷热电三联供系统的排放指标均能达到高。在目前的技术水平下集中供电方式发电效率最相关的环保 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，具有良好的环保效益。目前在评高可以达到40-50%，其余50-60%的能量很难充分估三联供电厂性能时，较为主流的几种效率定义方利用;而冷热电三联供不但可以获得28-40%的高法有发电效率、热效率、PURPA效率、火用效率品位电能，还能将高温废热回收用于供冷、供热，等。 其综合能源利用率一般可达80%以上。同时，对于发电效率将机组净电量作为收益，不考虑供冷我国大部分地区来说，冷热电三联供具 供热所获收益: 热效率将净电量、供冷和供热的热能作为收图2 益，不考虑两种能量品位的差别: 有双重削峰填谷作用，夏季通过吸收式制冷， 减少夏季电空调负荷，同时系统的自发电也可以降PURPA效率是美国为鼓励开发创新能源而提出低大电网的供电压力。冷热电三联供系统提高了天的效率定义，将净电量、供冷和供热的热能作为收然气能源的综合利用效率，节约能源，从而提高能益，并在计算过程中将热能折半: 源利用的经济效益。天然气是清洁能源，燃气—蒸 火用效率将净电量和热能火用作为收益: 是858.96 kJ/kg，总热力学火用为8.351 MW。也就 是说，相当于一个虚拟的卡诺机利用27.48 MW的 以上为目前较为常用的几种效率定义方法，但蒸汽作为单一热源，向温度为T0(15?C)的大气放前两种定义不能同时在数量和等级上对能量进行完热，将会产生8.351MW的功，最大理论效率为整的评价;PURPA效率是出于政策需要而定义的效30.4%。8.351MW和30.4%这两个数字来源于热力率，在评估CCHP电厂效率时不够科学;火用的概学第二定律。 念不易理解，且火用效率只是理论效率，具有一定实际上卡诺循环仅是理想循环，卡诺机是不存的局限性，不利于推广。 在的，因此需要用现实可行的能量转换装置来替代 为了解决上述效率定义存在的不足，下文将会虚拟的卡诺机。当工质为蒸汽时，可以用来进行能提出等价电效率的概念。等价电效率将热水和蒸汽量转换的装置是蒸汽轮机发电机组。为了便于说的热能转化为等价电能，从而以电能为共同基础评明，假定蒸汽轮机向压力为10kPa的冷凝器放热的估CCHP电厂性能，公式如下: 等熵效率为85%。利用12bar、205?C的蒸汽，流 量在35t/h的情况下，发电量为5.46MW，即等价 电能为5.46MW。热效率仅为19.9%。尽管数值偏3 等价电效率 低，但和理论最大功8.351相比，转换效率为3.1概念解释 19.9%/30.4%=65.4%。转换效率 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 述了一个概念， 等价电效率的概念就是以现实可行的方式，将就是以理论最佳效率即卡诺循环的效率作为基准。各种形式的能量在数值上最大程度地转换为电能，当工质为热水时，并不能直接用来发电，因此需要并以电能为共同基准评价冷热电三联供电厂的效对热水的最大可用功进行合理换算从而转换为电率。 能。例如，将57.18t/h、95?C的热水用于吸收式制 “现实可行的方式”是指现实存在的转换装置冷，最大有用功为0.477MW，假定其制冷系数为或合理化的换算方法;“转换为电能”是因为电能0.7，则最大制冷量为0.334MW，而电制冷系数为的能量品位最高，便于从质和量两个方面分析能量5，制取同样的冷量需要0.0668MW的电能，因此转化效率;“以电能为共同基准”是出于各种能量热水的等价电能为0.0668MW，转换效率为热水制同质化的需求，从而以统一的标准来评估电厂效冷系数与电制冷系数的比值。 率。 3.2计算方法 热力学第二定律限制了某些能量从一种形态向等价电效率以电能为共同基准来评估CCHP电另一种形态的转变，能量相互转换具有明显的方向厂的效率，不需要考虑电厂的具体构造，燃料种性。如机械能、电能等可全部转化为热能，在理论类，产品性质。CCHP等价电效率可以用下式表上转换效率可以达到100%，这类可无限转换的能示: 量称为最大有用功，也叫做火用。冷热电三联供电 (1) 厂产生的电能可以无限转化为其他形式的能量，所P是电厂产生的净电能，P’是蒸汽的等价电以这部分电能全部为火用。三联供电厂的其他产品能，P”是热水的等价电能;F是以净功率或总功率为特定温度、压力的蒸汽或热水，它们并不能无限为基础下锅炉，燃气轮机燃烧室和相似的燃烧室设转化为其他形式的能量，它们所能产生的最大有用备消耗的总燃料，即低位发热量(LHV)或高位发功即为热力学火用。根据热力学第二定律，卡诺机热量(HHV);N表示电厂共有N种产品，是第i是在温度界限相同时效率最高的能量转换装置，因种产品的理论最大功即火用，是将理论功转换为电此在数值上，某种工质的最大有用功(即火用)等能的转换效率。 于以其为高温热源的卡诺机向大气环境放热时所能用焓的形式来表达，公式(1)又可改写为: 产生的功。 (2) 举例说明，假设热电联供发电厂为用户提供式中，是第i种产品的焓，是火用与焓的比35t/h压力为12bar温度为205?C的蒸汽，蒸汽的焓值。 为2826.44 kJ/kg，总能为27.48 MW。蒸汽的火用对公式1的概念描述如图3所示，图3中的联 合循环电厂有三种产品:电、蒸汽和热水。在热力ST’，将最大有用功E转换为等价电能P’的过程学第二定律基础上评估能量品位时，大多采用火用中，存在转换效率ε ，MET为虚拟卡诺机的平均吸分析法，将工质通过虚拟的卡诺机所能做的最大有热温度。当工质为热水(HW)时，能量转换装置为虚用功(火用)E作为评估的标准。但卡诺机并不存拟的吸收式制冷机CHILLER，将热水的最大有用在，现实的能量转换装置存在一定的损耗。当工质功E转换为等价电能P”的过程中，同样存在转换效为蒸汽(STEAM)时，能量转换装置为虚拟的汽轮机率ε。 图3 蒸汽参数计算公式: 轮机技术水平，由参考4中的图4拟合简化所得。 热水参数中的吸收式制冷COP可采用以下经验公 式: 水温介于85?C 与100?C之间时: 热水参数计算公式: 水温介于100?C与110?C之间时: 4 工程分析应用 为了比较几种效率定义的差别，下面将会通过(下标“0”表示参考点) 四个联合循环电厂的算例来进行分析说明，四个电 厂的设计参数如表1所示: 其中，蒸汽参数的的计算公式是基于当前蒸汽 表1 电厂参数比较 电厂A 电厂B电厂C 电厂D (LM2500)(LM2500 )(LM2500 ) (GE 5371PA) 燃机发电量 (MW) 31.500 31.500 31.500 25.849 汽机发电量(MW) 6.370 8.480 6.370 8.630 燃料量(MW) 83.927 83.927 83.927 91.420 全厂发电量(MW) 37.870 39.980 37.870 34.479 全厂净发电量(MW) 37.002 39.073 37.002 33.681 抽汽量(t/h) 35 23 35 35 抽汽压力(bar) 12 12 12 12 抽汽温度(?C ) 205 205 205 205 抽汽焓(kJ/kg) 858.960 858.960 858.960 858.960 抽汽火用(kJ/kg) 6.614 6.614 6.614 6.610 抽汽β 0.304 0.304 0.304 0.304 抽汽MET(K) 413.735 413.735 413.735413.735 抽汽ε 0.654 0.654 0.654 0.654 热水流量(t/h) 0 55.930 53.700115.700 —— 热水进口温度(?C ) 70 70 70 —— 热水出口温度(?C ) 95 95 95 —— 热水焓(kJ/kg) 398.210 398.210 398.210 —— 热水火用(kJ/kg) 30.040 30.040 30.040 —— 热水 β 0.075 0.075 0.075 —— 热水 MET(K) 311.499 311.499311.499 —— 热水 ε 0.140 0.140 0.140 表2电厂效率 电厂A 电厂B 电厂C 电厂D 净电效率(%) 44.09% 46.56%44.09% 36.84% CCHP热效率 (%) 74.44% 68.44%76.30% 68.39% PURPA效率 (%) 59.26% 57.50%60.19% 52.62% 等价电效率(%) 50.60% 50.91%50.67% 42.97% 其中，电厂A、B、C均采用GE LM2500机虑到能量等级，等价电效率很好地反映了二者的较组，电厂D采用GE 5371PA机组。电厂A为热电大差距。 联供电厂，除了提供电力输出外，还输出压力为PURPA效率与CCHP热效率的趋势基本一12bar、温度为205C的蒸汽。电厂B、C、D为热致，但在一定程度上考虑了能量等级的不同，因此电冷三联供电厂，是在电厂B的基础上加入了烟囱各电厂PURPA率相对于CCHP热效率来说差值较换热装置，从而产生95C的热水用于吸收式制冷。小。然而，在PURPA效率的计算过程中，只是简各电厂的效率计算结果如表2所示。 单地将热能的价值等价于电能的二分之一，不能在 从表1和2可知，电厂,和电厂,相比，在不数值上准确地反映电能、蒸汽、热水的等级。 影响发电的情况下增加了热水制冷，所以二者电效等价电效率方面，由于电厂B将最多的能量用率一样，而电厂,的其他效率都比电厂,的高，这于生产能量等级最高的产品:电能，而且采用了电几个效率评价指标保持一致。但是电厂,和电厂,效率较高的燃气轮机，所以它的等价电效率最高。相比，少抽12吨蒸汽用于取暖或者制冷，导致电等价电效率的定义很好地解决了PURPA效率不能效率增加而热效率和PURPA效率下降。如果简单在数值上准确反映能量等级的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 从热效率或者PURPA效率评价，电厂,的三联供通过对上述计算结果的分析，应该注意到，传效率高。但是由于电厂,中少抽得蒸汽可用于产生统的效率定义方法将热能与电能混合在一起，忽略高品质的电能，实际上电厂B的三联供系统反而了两者能量等级的不同，而PURPA效率的定义方高，等效电效率科学地反映了这一事实。相对于电法虽然在这个方面有所体现，但在数值上不够精厂,，电厂,采用重型燃气轮机，虽然可以产生更确。等价电效率的定义则提出了一个共同基础，可多的热水，但是其热效率，PURPA效率和等价电效以将各种不同形式的能量转化为同一种等级，从而率都比电厂,低。 更加科学地评估电厂的效率。 从净电效率来看，电厂B的效率最高。因为电虽然用户在关注电厂性能时，考虑的主要是成厂B的抽汽量为23t/h，电厂A，,，,的抽汽量本和价格方面的因素，但这并不表示等价电效率的为30t/h，电厂B将更多的能量用于发电，因此净概念没有应用的意义。这种科学的定义方法可以为电效率稍高于电厂A，C和D。 监管评估和鼓励高效项目方面提供标准，从而推动 在CCHP热效率方面，表面上看电厂,和电厂最大程度地利用能源和减少排放，此外，在电厂设,很接近，但是电厂,的电效率远高于电厂,，只计过程中，也可以为优化设计提供参考。 是由于电厂,可以产生更多的热水，CCHP热效率,适用范围及其他 只是简单地用蒸汽和热水的焓来进行效率计算，没本文所提出的等效电效率的概念通过把三联供有考虑电能、蒸汽和热水能量等级的不同。如果考系统的不同产品(热水，蒸汽，电力)转化为电能 [3] 周大汉，柳建华，王瑾，邬志敏. 吸收式制冷应用于冷热电三连产系用于评价三联供系统的性能，包括但不局限于燃气 统的能耗特性分析[J]. 上海理工大学学报，2004，26(1): 98-102.轮机和内燃机三联供。但是这里的三联供系统没有 [4] S. Can Gülen. A Proposed Definition of CHP Efficiency[J]. POWER, 外延到客户端，只是包括能量输出端(如电厂)。 2010, June 1. 等效电效率的定义和计算中用到了虚拟的汽轮[5] 周晓彬，翟明. 新型燃气—蒸汽联合循环发电站的特点及循环效率分机和吸收式制冷机，对于无法用吸收式制冷循环来析[J]. 热电技术，2009(1): 9-12. 评价的低温热水(如65?C 热水)，将无法转化为等[6] 张光斌，肖立川. 燃气—蒸汽联合循环热效率的估算方法研究[J].湖效电能，也就无法使用等效电效率的概念。但是一北农业科学，2011，50(4): 842-844. 般情况下三联供系统中低温热水对系统总效率和经[7] 姚秀平. 燃气轮机及其联合循环发电[M].北京:中国电力出版社， 2004. 济性影响并不大。 [8] 徐明. 燃气—蒸汽联合循环发电装置的热力特性及燃气轮机热经济性,结论 分析 [J].能源技术，2003，24(3): 100-102. 根据冷热电三联供电厂产品的特性，提出了等[9] 项新耀.工程火用分析方法 [M].北京:石油工业出版社，1990. 价电效率的概念。通过工程实例计算分析，对比各[10] 应允朋，厉建栋. 燃气—蒸汽联合循环发电技术的应用[J].煤气与热电厂效率后可知，等价电效率可以在一个共同基础力，2003，23(9): 559-561. 上，较为科学地评估不同能量品位产品对电厂效率[11] 黄宗汉. 燃气—蒸汽联合循环的热平衡热效率计算及评价[J].青岛大的影响，并在理论上给出合理化的解释。等价电效学学报，2004，19(2): 10-13. 率的概念对于优化电厂设计具有极大的参考作用， 作者简介: 并有助于推动节能减排和资源合理利用。 武文杰(1981-)， 男， 山西忻州人，工程师，从事电厂系统优化和燃参考文献: 气轮机性能分析方面的工作; [1] 刘岩，葛斌，王培红. 联合循环热电冷三联供系统的热经济性分析[J]. 李鹍(1986-)，男，河南南阳人，硕士研究生，从事燃气轮机性能分析 燃气轮机技术，2007，20(2): 6-9. 和故障诊断方面的工作。 [2] 唐爱坤，魏琪，杨志坚，王贞涛. 燃气——蒸汽联合循环热电冷三联 供系统用分析[J]. 机电信息，2005(3):5-7.