冷热电联产系统的节能性分析 Summary：冷热电联产系统在能源高效利用、环境保护等方面具有显著的经济效益与社会效益，近年来引起了越来越多的关注，为评价冷热电联产与冷热电分产的节能性，笔者以一套以燃气轮机为原动力的楼宇式冷热电联产系统，采用一次能源节约率和一次能源利用率为评价指标，该指标具有合理、可行和简单实用的特点，适用于分析热电冷联产系统节能性，分析结果
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明冷热电联产具有一定的节能性而且有一定的提升空间。Keys：冷热电联产；节能性；一次能源节约率；一次能源利用率前言：冷热电联产系统实现了能源梯级利用，可以有效利用低品位热能并且具有很好的环境友好性，同时为合理高效利用天然气的问题提供了一条很好的途径，其模式有许多种，这主要取决于实际所需的能源结构，模式主要包括动力设备和发电机、制冷系统及余热回收装置等，动力设备主要有燃气轮机、内燃机、燃料电池等，制冷装置有压缩式、吸收式或其它热驱动制冷方式，主要采用溴化锂吸收式制冷机。正文：冷热电联产系统是在热电联产系统基础上发展起来的一种主要用于满足建筑能源需求的总能系统，是从能量转换的角度出发提出和发展有关的概念，利用发电排烟尾气后的低品位余热产生相对低品位的热量和冷量，从而使能源转换效率得到一定提高的联产组合，此系统是一种能源综合利用系统，分布于用户端，相对比较灵活。该系统系以燃气轮机为原动力的楼宇式冷热电联产系统，主要设备包含5个部分，一套微型燃气轮机及发电机组（含压气机、透平、发电机、燃烧室）；一台烟道式快装式余热锅炉，一台双效吸收式制冷机，一套容积式换热器，由于在冬季和夏季两个不同的季节，建筑用户对能量的需求存在巨大的差异，该系统也相应地有多种运行模式，即冬季供电+采暖、夏季供电+制冷、春秋两季只供电的多元化运行模式，在几种模式中有一些过程是类似的，比如天然气被注入燃气轮机的燃烧室中燃烧，产生的高温高压燃气在透平中膨胀，推动燃气透平驱动发电机对外输出电力；透平排气进入余热锅炉，回收余热生成蒸汽或高温热水，不同点在于余热锅炉的热媒输出，在冬季直接供暖，在夏季驱动吸收式制冷机组制冷。系统在燃气轮机停运或所需供热、制冷热量不足的情况下，在余热锅炉中补燃提供所需额外的热量，余热型双效溴化锂机组直接从燃气轮机的高温排气中回收中温热量并加以利用；换热器布置在溴化锂机组的下游，它进一步从溴化锂机组出口的排气中回收低温热量，用于提供热水；最后，燃气轮机的排气在经过系统的多次利用后被排向环境。系统中拟取的某住宅楼建筑面积5000平，全年平均电力负荷110KW，冬季采暖负荷为56W/m2，夏季供冷负荷为60W/m2，压气机冬季进出口温度303K、498K，夏季进出口温度273K、473K，春秋进出口温度288K、486K，空气的比热容比1.4，透平的等熵效率0.85，透平机械效率0.975，发电机效率0.8，天然气低位发热35369KJ/m3，容积式换热器的换热系数0.9，余热锅炉热效率0.85，分产系统供电效率0.35，双效吸收式制冷机制冷系数1.2。根据上述基础数据，可以得出联产系统、分产系统分别在冬季供电+取暖、夏季供电+供冷、春夏过渡期只供电模式下一次能源节约率和一次能源利用率（因篇幅有限，计算过程略）：1.冬季采暖期⑴联产系统一次能源节约率：=13.6%联产系统一次能源利用率==74.2%⑵分产系统一次能源利用率：=64.0%注：Q0为分产系统相对联产系统产生同样冷量(热量)+电量的状况下所消耗的燃料，Qfuel为驱动发动机对外供电W时燃料耗量，Qa为余热锅炉补燃量，W为发电量，Qc为冷量，Qh为热量，Q为对应系统所耗燃料；⑶冬季两种不同系统经济性的综合比较在冬季采暖期，联产系统一次能源节约率>0,而且一次能源利用率也大于分产系统,所以相对分产系统来说,联产系统节能!2.夏季制冷期⑴联产系统一次能源节约率=2.2%联产系统一次能源利用率==82.3%⑵分产系统一次能源利用率=73.0%⑶夏季两种不同系统经济性的综合比较在夏季制冷期，联产系统一次能源节约率>0,而且一次能源利用率也大于分产系统,所以相对分产系统来说,联产系统节能!3.春秋二季过渡时期系统一次能源利用率==22.7%在过渡时期内，既不供热又不制冷，燃气轮机含有较高热量的高温烟气白白排掉不经济，整个系统的一次能源利用率较低，所以为保证整体效益，在春节两季过度时期，燃气轮机暂停止运行，整个楼宇的电力负荷由外来电网供给。4.小结经上述分析可以看出，在冬季采暖期和夏季制冷器，整个联产系统运行的经济性还是挺高的，但在春秋过渡时期，系统运行经济性较低，故建议系统停止运行，所需电负荷由外来电网供给。本冷热电联产系统所建立的燃气轮机模型，发电机的发电效率只取了=80%，而一般燃气轮机发电机组所配置的发电机的发电效率能达到95%以上，所以，本系统的发电机的发电效率还有一定的改进性，另外，在吸收式制冷机的下游，可以再布置一段换热器，从制冷机组出口的排气中回收低温热量，用于提供热水，进一步回收余热，减少整个联产系统的热损失，总之，联产系统的节能性还有很大提升空间。另外，该楼宇式冷热电联产系统成本价格低廉、灵活性好、运行简单可靠高效，再加上我国目前正处于扩大清洁能源使用时期，天然气在我国是稀缺的能源资源，应用于冷热电联产技术，实现高品质能源的梯级利用，是高效利用天然气的一种方式，既能实现节能的目标又有利于环境保护，符合我国国情和世界能源技术的发展潮流，虽然冷热电联产系统目前还是个新兴的研究方向，但由于在提高能源利用率及降低温室效应和污染空气排放物方面具有很大潜力，已经在中国的某些地区得到了快速发展，随着人们对能源的需求的增加以及对全球环境问题认识程度的逐渐加深，冷热电联产系统将具有广阔的发展潜力。Reference[1]方宏楼宇分布式能源系统的运行优化20056[2]李永兵岳建华冷热电分布式供能系统的应用和发展20087[3]周风起冷热电三联供天然气利用新方向2006 -全文完-
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