分布式冷热电三联供系统集成优化研究
2017-03-10姜宇娴
姜宇娴
济南城投置业有限公司
1 三联供系统介绍
1.1 三联供系统及特点介绍
燃气蒸汽联合循环冷热电三联供是区域型分布式能源的一种,具有节能降耗、提高能效、科技环保等优势,是提高能源利用率及减少污染物排放的必要手段之一,符合我国提出的可持续发展战略。从技术层面来看,冷热电三联供系统是以燃气为能源,对其产生的高温烟气通过余热锅炉再次利用,通过余热供热制冷,以达到冷热电三联供的一个能源供应系统。该系统通常由燃气蒸汽联合循环发电机组、热交换装置及吸收式制冷装置组成,三联供使得燃气的热能被充分利用,大大提高了能源的综合利用效率。
1.2 系统分类
分布式燃气冷热电三联供系统主要由燃机发电机组、余热锅炉、汽机发电机组及吸收式制冷机组组成,有多种优化组合形式,在应用中根据用户需求各有优缺点,在推广和规划时应予以充分考虑。
分布式天然气冷热电联供的系统形式很多。根据燃气发电机种类划分,分为内燃机联供系统、燃气轮机联供系统、燃料电池联供系统等。根据发电机与电网的关系划分,有发电机与市电并网运行方式和发电机与市电切网运行方式两种规划方案。根据余热利用设备种类划分,有余热锅炉+吸收式制冷机组系统、补燃型余热锅炉+吸收式制冷机组系统、余热吸收式制冷机组系统等。
1.3 关键技术原理
传统燃气蒸汽联合循环三联供项目都采用扩大式省煤器余热集中供热、供冷,循环水系统公用及大温差集中供冷等多项新技术、新工艺,体现了项目建设的新思路。以燃气-蒸汽联合循环机组为基础,通过传统的蒸汽轮机低压缸抽气,利用热网系统加热热网循环水,实现热电联产,满足供暖季用户的基本需求。利用天然气发电排烟中污染物含量低、不容易形成低温腐蚀的特点,考虑进一步利用余热锅炉的尾部余热,在余热锅炉尾部加装扩大式省煤器,回收烟气余热;通过改造供热系统,扩大式省煤器冬季可直接供热,减少了冬季的抽气供热量;在夏季供热期,充分利用扩大省煤器余热制冷,降低制冷成本;采用集中冷站循环水系统与电厂循环水系统共用的方案,减少了冷站循环水冷却塔及冷却水泵的投资。吸收式制冷机与离心式制冷机前后串连工作,可实现“大温差供冷”,扩大了集中供冷的服务半径,使供热供冷管径相互匹配,“冷热同网”得到实现。
2 建筑三联供系统优化配置研究
2.1 优化运行策略分析
随着季节的变化,冷热电负荷的变化都较为剧烈,所以优化后的发电机组开启时间也随之发生改变。冬季发电机组的开启时间是在18:00-22:00,这是由于在这段时间内旅馆建筑处于用电高峰期,且电价位于波峰处,根据优化配置所选择的机组在该时刻内可以满负荷运行;而夏季三联供机组的开启时间相对较长,从11:00-22:00左右。对比冬夏季发电机组的开启时间可以看出,虽然冬夏季的热电比都相对较高,平均值在3.3左右,但是由于冬季的热负荷大都集中在用电量较小的时段,热电逐时负荷不相匹配,因此从全年的机组运行时间上来看,冬季的三联供机组开启时间明显少于夏季,所以导致冬季余热的利用量低于夏季。由于在优化运行模式中设置了余热的优化利用方式,所以在夏季典型日,虽然同时有冷负荷和热水负荷的需求,但是大多数的余热都被用于满足热水负荷需求。
2.2 不同发电机组配置时的集成优化性能评价
在不同机组台数配置下,各经济性和节能性指标随机组容量配置的变化趋势大致相同。在机组发电量从满足电力负荷10%-60%时,年运行费用节约率ACSR、年净现值NPV和年一次能源节约率FESR均有较小幅度的增加;但是当发电机组的容量继续增大时,FESR则急剧减小,相反ACSR和NPV则急剧增大。从对以上的优化分析中可以看出,最优化的机组配置是在满足电力负荷分布频率的90%处,在该处年运行费用节约率ACSR、年净现值NPV均取得最大值,但是年一次能源节约率FESR却低于满足电力负荷分布频率60%时的情景。故从以上的分析中可以看出,以经济性指标NPV值为目标函数的最优化配置方式并不一定就是最节能的配置方式。
2.3 CO2减排量分析
全球气候变化给人类和生态系统带来了巨大的系统性灾难,而这又与温室气体的排放有着直接而紧密的联系。各国政府为了应对这一挑战,纷纷开展了以发展低碳经济为目的的一系列减排措施。其中低碳建筑的建设与发展,已成为应对全球气候变化和促进人与自然规律和谐相处的重要领域和关注点。楼宇三联供系统作为小型的分布式能源供应系统,被认为是减少CO2排放量的有效方式之一。本文在三联供系统不同机组容量的配置下,针对CO2的减排量进行分析。随着发电机组容量的增加,CO2的减排量也随之增加。在机组满足电力负荷分布频率的10%-40%时,发电机组选择一台和两台时的CO2减排量相同。但是随着发电机组容量的增加,两台机组配置下的CO2减排量大于一台机组配置时的情景。
总而言之,在工业化和城市化的推进进程中,能源与环境问题已经成为我国经济和社会发展的主要矛盾。同时,一次能源的紧缺、环境持续恶化是目前人类共同面对的全球性问题。用天然气替代燃煤发电供热,其发电效率及环保效益显著,但劣势是燃气成本过高同时缺少燃气资源,大力促进天然气冷热电联产技术的发展,必将显著改善我国,特别是城市的环境质量及用能品质。
[1]顾明,杜伟,刘磊磊.港区天然气分布式能源系统集成优化技术研究[J].绿色科技,2016(24):68-69.
[2]王维娜,任鸿远.冷热电联供系统燃机性能分析[J].产业与科技论坛,2016,15(24):40-42.
[3]朱金猛.冷热电联供型微网中微电源的优化配置研究[D].北方工业大学,2016.
[4]王惠.分布式能源系统多目标优化与敏感性分析[D].天津大学,2016.