燃气冷热电联产节能率的影响因素

2012-04-12余梅

时代农机 2012年9期

余梅

（贵州工业职业技术学院，贵州贵阳 550008）

冷热电联产(Combined Cooling Heating and Power，简称CCHP)是指利用一种形式的一次能源同时生产冷量、热量、电力三种不同形式的能量来满足用户用能需求的技术。与传统的集中供能形式不同，CCHP属于分布式能源系统，在用户处进行三种形式能量的同时生产，可避免长距离输送的损耗。CCHP通过能量的梯级利用——将高品质的天然气优先做功，回收余热生产冷量或热量——大大提高了一次能源利用率。对于夏季需制冷、冬季需供热的建筑，以及空调负荷很大的车间等用户，CCHP系统可提供更大的供能灵活性。由于天然气CCHP系统具有很高的能源效率、经济性和环保性能，近年来在全球范围内已获得越来越广泛的应用。

1 燃气轮机冷热电联产系统

燃气轮机是以气体(或燃油)作为工作介质，将燃料燃烧时释放出来的热量转变为有用功的一种动力机械 (或称热力机械)。燃气轮机作为一种高技术含量的发电设备的优点是：可使用多种燃料，具有高效率、低能耗、无环境污染、投资省、占地少、启动快、用水极少、电力高峰性能优越、自动化程度高、建设周期短、环境污染小等。

（1）系统工作过程。天然气进入燃气轮机做功，带动发电机组发电；经燃气轮机做功后排出的高品位余热进入余热锅炉(燃气轮机的排气温度一般为500～600℃)。经余热锅炉产生蒸汽并驱动吸收式冷水机，夏季供冷；另一部分锅炉蒸汽通过汽——水热交换器供应全年生活热水。冬季供热水由天然气热水锅炉供应。

（2）应用特点：①燃气轮机发电，可作为楼宇夏季电力供应的高峰负荷，补足电力的短缺。②燃气轮机废气用于蒸汽型双效吸收式冷水机的夏季供冷，起着电力削峰作用，且燃气轮机余热可充分利用；缺点是吸收式冷水机在冬季停用，全年设备利用率不高。③冬季供暖热水按常规的天然气热水锅炉单独供应，无废(余)热利用，因而热水锅炉容量大，热负荷负担重，设备投资较大。④由于采取“以电定热”的设计原则，因而针对具体楼宇(或区域)的冷热电联产系统，根据全年冷、热、电负荷变化，确定冷、热、电设备的热电化，是该项目设计和实施的关键。⑤采用天然气为燃料的燃气轮机单循环发电，其发电效率尽管可高达35%以上(单机容量300MW以上时)，但在楼宇(或区域)冷热电联产系统，采用的是小型和微型燃气轮机(单机容量在10kW～10MW之间或以下)设备，其单循环发电效率仅18%～32%。若采用冷热电联产系统后，由于对小型燃气轮机高温(500～600℃)余热的利用，其系统综合供热效率可达80%～85%以上。

2 影响燃气冷热电联产节能率的因素

热电冷联供系统的核心就是在热电联产的基础上配置吸收式制冷机。热电冷联供系统规模和投资大，系统复杂，运行期间能源消耗多，因而对热电冷联供系统的能效和经济性进行全面深入地分析和研究是非常必要的。影响热电冷联供系统的能效和经济性的因素主要包括：热电厂、热力输送系统、制冷站、蓄能装置以及冷负荷特性等几方面。

（1）热电厂的影响。热电厂的影响因素包括热电厂机组的型式、容量、初蒸汽参数、抽汽或背压排汽参数等。机组型式对系统初投资和运行费的影响很大。燃煤热电厂主要包括背压机或抽凝机两种型式。由于背压机组初投资低、能量转换效率高，对于新建热电厂来讲，背压机组经济性显然好于抽凝机组。随着人们现代文明和环境保护意识的不断增强，以油、气等相对清洁的燃料代替污染严重的煤而作为一次能源已成为一种趋势，其中包括燃气轮机、内燃机等型式的热电厂在城市供热方面的应用。这种热电联产装置在西方国家使用较为普遍，其特点是热电比小、发电效率高、单位容量投资少。如果燃料价格较为合理，这种热电冷联供系统有较好的经济性。机组容量主要指系统热化系数的合理选取。

（2）热力输送系统的影响因素。热力输送系统包括供热管网和供冷管网，影响因素主要有输送介质种类及其热力参数、输送系统运行方式等。由于技术条件的限制，供冷管网的输送介质只能采用冷水，但该介质输送冷量的能力小，管网初投资及输送电耗巨大。近年来国外正在研制以冰浆或在冷水中加入相变材料作为输冷介质，可使管网输送冷量的能力大大提高，较大幅度地降低管网初投资，但这种输送技术目前仍处于试验阶段。

（3）制冷站位置与规模的影响。由于冷水管道的供回水温差通常在10℃以内，供冷管道输送能量的能力远小于供热管道，相同距离下供热管道的投资要小于供冷管道。从这一点看，制冷站应尽量靠近用户。但用户是分散的，位置靠近用户会使单个制冷站规模变小，数量增多，导致整个系统的制冷站占用空间增大，而且用户附近的制冷站建筑造价往往更加昂贵。因此，位置靠近用户又会使热电冷系统制冷站的投资增大。合理选取制冷站位置与规模是一个较复杂的问题，应从整体供冷系统考虑，全面加以优化。