冷热电三联供系统在民用建筑中的应用

文/林东超、刘亚威 杭州华电华源环境工程有限公司 浙江杭州 310030

由于环保意识的提高，以及不可再生能源的大量使用，使人们认识到了节源能源、提高能源利用率的重要性。为了在节约能源的基础上解决人们日常的供暖、供电、供冷问题，人们开始了冷热电三联供的方式，该方式以天然气为能源支撑，燃烧能源清洁，多梯度的进行利用，最大程度的提高利用率，对此本文进行相关分析，并以某具体的民用建筑为例进行相关介绍。

1、冷热电三联供的相关概念

冷热电三联供，即CCHP（Combined Cooling, Heating and Power），该供能以天然气为主，通过天然气的燃烧带动内燃机发电机等设备运行[1]，进行发电工作，产生的电能供给用户使用，其发电量足够用户的电量消耗，剩余的电量还可以并入电网。天然气燃烧会产生余热，将系统排出的余热进行在利用，即通过余热锅炉等设备进行余热的回收，充分利用余热的能量向用户进行供冷、供热。该功能方式通过一次能源燃烧就满足了整个供能系统的需求，利用率极高，大大节约了能源，实现的分梯度的能源利用方式。

自1998年1月1日起实施的《中华人民共和国节约能源法》第三十九条就明确指出“国家鼓励发展下列通用节能技术：发展热能梯级利用技术，热、电，冷联产技术，提高热能综合利用率”[2]。此后技术不断发展革新，逐渐走进人们的生活之中。

2、冷热电三联供的优点

2.1 节能环保

冷热电三联供是分布式能源的一种，一次燃烧可以多阶段分梯度供能，其综合利用率能够达到90%，较普通的燃烧供能相比，利用率大大提高，并且燃烧的是天然气，燃烧后产生二氧化碳和水，较为纯净，没有有害气体。

2.2 安全可靠

冷热电三联供系统的满足自身建筑的供能外，剩余的热量产生电能可以并入电网，供其他建筑使用。由于是建筑自己燃烧发电，所以不用担心雷雨天气破坏外部电网，建筑内部的电能供应将不受影响。

2.3 平衡能源消费

冷热电三联供的应用可以减少供能的用电量，增加天然气的使用量，使消费比例趋向合理化，减少了空调的消耗以及管路的消耗，提高利用率。

3、民用建筑冷热电三联供方案分析

冷热电三联供有两种工作方式，一个是根据建筑的电力需求来确定热的供应，另一个是根据建筑的热量需求来确定电的供应，不同的建筑有着不同的需求，因此在实际搭建该系统时要进行相应的考虑，本文以某民用建筑进行相关分析。

3.1 民用建筑的具体情况

该建筑面积为4.6万m2，地下停车场1万m2，地面建筑3.4 万m2，总高82m。该建筑采用冷热电三联供进行供能，将系统置于楼的外部，楼内需要分季节进行供冷和供热。供能面积为3.4万m2。

3.2 建筑内用电分析

当季节性用电时，即夏季需要供冷，冬季需要供暖，都配有相关的设施，冷热电三联供的工作系统负荷比较小，此部分不需要外部电能的接入。

当非季节性用电时，即春季和秋季既不需要供冷，也不需要供热，此时冷热电三联供并不工作，所以该部分需要向接入电网的电量。

通过以上的分析，在需要供能的季节电能由自身燃烧天然气所得，多余的电能可并入电网，不足的电能从电网引入，灵活控制。

3.3 建筑内负荷分析

建筑内需要功能的面积为3.4万m2，其中夏季供冷需要4500kW，若这些能量全部通过剩余的能量，则持续输出的功率大约为3027kW。若是供热的话，需要3200KW，经过计算，需要供能2960kW。以上所述为季节性供能，当非季节性时，楼内耗电大概为1700kW，此时若是发电组工作的话，则会造成浪费，因为消耗量无法吸收掉全部的能量。因此楼内供能需要根据发电量来确定。

4、民用建筑冷热电三联供经济分析

对于中国的城市而言，大部分需要在夏季进行供冷，在冬季进行供热，对于民用建筑而言，有两种方案可以选择。一种为全部利用国家电网的电能进行供冷和供热，使用较为便利；另一种则是通过天然气燃烧，即冷热电三联供。将两种方案进行经济对比，短期来看，若是采用冷热电三联供的方案，前期需要投入一笔不小的资金来运行设备，这需要一定的经济能力支撑；而直接使用电网的电能则仅仅花费使用的电费，成本相对较低。从长期来看，冷热电三联供搭建完成后，在未来的时间内，可以采用自身的燃烧热进行供电、供暖和供冷，将大大降低电费的使用，并且并入电网的电还能盈利，并且从长远来看，该系统的环保效果、节能效果以及社会效益都远高于第一种方案。

4.1 冷热电三联供年发电量计算

本次设计的建筑采用两台机组进行供能，以每日8小时的工作时间，每年200天的供能日期，则每年工作的时间则为1600个小时，设备工况按700kW计算，则每年发电224万kW。

并且通过余热进行供冷供热，所节约的电能折算为发电量，则大约为83万kW，因此总计的发电量可以视为两者之和，即83+224=307万kW。

4.2 天然气的消耗量

目前天然气每立方米可产生36MJ的能量，并且电能转化率为37%，根据上述发电量的计算，大约需要天然气60.5万立方米，以单价3.61计算，则需218.4万元。

4.3 设备运行的相关费用

设备的运行需要维护，则需要相应的投入，其费用包含以下几个方面：设备维护的费用，工作人员的费用，设备的占有的场地费，相应的折旧费等，所用的费用综合考虑，算入发电单价，可得出大概为0.8元/kW，而当地一般商用电价为0.89元/kW。

通过以上的分析，采用冷热电三联供的方式，其用电价格比国家电网较低，但是差价并不是特别明显，总体优势并不能完全体现出来，并且投入回报相对较慢。但是该功能方式的具有很高的社会意义，若是政府能给予相应的补助，则社会效益将会很好的显现出来。

总结：

冷热电三联供是一种很好供能体系，具有能源利用率高，燃烧的能源较为清洁，具有极高的社会价值。应有于民用建筑的话，长远来看具有较好的效益。对于该供能系统，政府等相关组织应给予相应的支持，来进一步发展该供能方式，不仅对民用建筑有好处，而且能够减轻电网的负担，缓解用电高峰时期电网的压力，还能给予相应的电能供应。