冷热电三联供综合阐述.docx

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冷热电三联供综合阐述

一、冷热电三联供概念：

  冷热电联产是指使用一种燃料，在发电的同时将产生的余热回收利用,做到能源阶梯级利用；

冷热电联供系统一般由动力系统、燃气供应系统、供配电系统、余热利用系统、监控系统等组成。

按燃气原动机的类型不同，分为燃气轮机联供系统和内燃机联供系统。

    与传统的击中式供电相比，这种小型化、分布式的供能方式。

可以使能源的综台使用率提高到85％以上。

一般情况可以节约能源成本的30—50％以上；

    由于使用天然气等清洁能源，降低了二氧化硫、氨氧化物和二氧化碳等温室气体的排放量，从而实现了能源的高效利用与环保的统一，减低了碳排放。

   二、 冷热电三联供技术优点

    1、系统整体能源利用效率非常高；

    2、自行笈电，提高了用电的可靠性；

    3、减少了电同的投资；

    4、降低了输配电网的输配电负荷；

    5、减少了长途输电的输电损失；

    6、节能环保、经济高效、安全可靠。

  三、 冷热电联供系统与传统制冷技术的对比优势

（1）、使用热力运行，利用了低价的”多余能源”；

（2）、吸收式冷水机组内没有移动件，节省了维修成本；

    （3）、冰水机组运行无噪音；

    （4）、运行和使用周期成本低；

    （5）、采用水为冷却介质，没有使用对大气层有害的物质。

四、采用冷热电联供的意义

1.实现能量综合梯级利用，提高能源利用效率

具有发电、供热、制冷、能量梯级利用等优势，年平均能量的综合

利用率高达80～90％

图4.6-2燃气热能的梯级综合利用流程关系示意图

2.集成供能技术，系统运行灵活可靠

三联供系统是供冷、供热、供电的技术集成，设备优化配置，集成优化运行，实现既按需供应，又可靠运行。

3.用电用气峰谷负荷互补，利于电网、气网移峰填谷

对于电网、气网，负荷峰谷差越小，越有利于系统稳定、安全、节能运行。

五、冷热电联供的使用条件

天然气近似为一种清洁能源，燃气冷热电三联供系统为主要的应用形式。

1.应具备的能源供应条件

（1）保证天然气供应量，并且供气参数比较稳定；

（2）燃气发出的电量，既可自发自用，亦可并入市电网运行，燃气发电停止运行时又可实现市电网供电；

（3）市电网供电施行峰谷分时电价；

（4）电网供电难以实施时，用户供电、供冷、供热负荷使用规律相似，用电负荷较稳定，发电机可采用孤网运行方式。

孤网运行的联供系统，发电机组应自动跟踪用户用电负荷；并网运行的联供系统，发电机组应与公共电网自动同步。

2.应具备的联供负荷条件

（1）燃气轮发动机的总容量≤15MW;

（2）用户全年有冷、热负荷需求，且电力负荷与冷、热负荷使用规律相似；

（3）联供系统运行时间不宜小于3500h。

3．能源站站址条件

（1）宜靠近供电区域主配电室，供冷、供热半径不宜太大；

（2）便于与市政燃气管道连接，入站燃气管道压力符合相关规定；

（3）燃气发电机设置在地下层或首层时，单台容量≤3MW;设置在屋顶时，单台容量≤2MW.

（4）应符合环保、防爆、防火等要求。

4.能效条件

（1）符合能效指标规定

燃气冷热电联供系统的年平均能源综合利用率应＞70％。

年平均能源综合利用率=年输出能量（冷、热、电）/年输入能量（燃气热量）×100％

 年平均能源综合利用率=（3.6W+Q1+Q2）/BQL×100％

（2）配置指标要求

燃气冷热电联供系统的年平均余热利用率宜＞60％。

年平均余热利用率=（年余热供热量+年余热供冷量）/（排烟温度降至120℃可利用热量+冷却水温度降至85℃可利用热量）×100％ 

5.工程技术条件

设计、施工、验收、和运行管理应符合《燃气冷热电三联供工程技术规程》CJJ145的规定。

六、冷热电联供系统的设备选择

1.设计原则

（1）按分布式能源站设计

（2）应符合《燃气冷热电三联供工程技术规程》CJJ145的规定

（3）设计方案应进行节能、环保和技术经济综合分析比较优化确定

（4）设备择优选配

2.设备选择

（1）负荷计算

（2）形式确定

1）根据燃气供应条件和冷、热、电、气价格经技术经济比较确定

2）采用燃气轮机时，充分利用烟气余热

3）采用燃气内燃机时，充分利用烟气、缸套水余热

4）采用微型燃气轮机发电机

发电量小，功率一般＜300Kw。

采用回热循环，发电效率可

达≥30％，排烟温度200～300℃，宜采用补燃或加电制冷；

5）系统运行方式的确定

①宜采用发电机组与市电并网方式；

②根据冷热负荷规律及数量，综合考虑冷热电联供系统的运行时间；

③系统运行时，用电负荷应大于发电机组的最低运行负荷，余热应能充分利用；

④发电产生的余热未能保证全部被利用，宜设置辅助放热装置；

（3）发电设备的选择

1）如采用并网运行，按基本用电负荷确定发电容量；如采用孤网运行方式，发电容量应满足所带电负荷的峰值需求；

2）以冷（热）定电的系统，发电机组按满足基础空调负荷欠负荷匹配，并网运行约为最大负荷的50～70％；峰值冷（热）负荷采用配置其他供冷（热）设备取得，不足电力从电网补充。

3）应保证系统运行期间较高的余热利用率；

4）确定是否需要设置燃气压缩机；

5）常用燃气发电机组的特点

燃气发电机组类型：

燃气轮机驱动发电机和内燃机驱动发电机和微燃机驱动发电机等。

性能机组

燃气轮机

内燃机

微燃机

容量范围（kW）

500～25000

2～10000

28～300

发电效率

20～38

25～45

12～32

余热来源

400～650℃烟气

400～600℃烟气，80～110℃缸套水，40～65℃润滑油冷却水

250～650℃烟气

所需燃气压力（MPa）

1.0～2.2

≤0.2

0.4～0.8

NOx排放水平（ppm）

65～300（无控制时）

250～500（无控制时）

8～25

特点

发电效率较低，高温烟气大，余热利用空间大

发电效率高，高温烟气较少，余热利用空间大

容量小，发电效率低，烟气余热量回收范围大，污染物排放少

（4）余热利用设备的选择

1）余热利用设备的容量不应低于发电机组满负荷运行是产生的余热量，根据余热温度和用户使用冷热负荷相关要求确定。

补充冷热源设备可选用吸收式冷（热）水机组、压缩式冷水机组、热泵、锅炉等；必要时采用蓄冷、蓄热装置；

2）当主要为空调冷、热负荷时，联供系统余热利用设备宜采用吸收式冷（热）水机组，直接利用烟气和高温热水热量；当热负荷主要为蒸汽或热水负荷时，宜采用余热锅炉，将发电余热转化为蒸汽或热水再利用；

3）余热利用设备不能满足需求时，由系统辅助冷热源补充；

三联供背景

    在传统的供电、供冷和供热等能源利用方式大规模的发展过程中，大电网供电及传统冷热供应手段逐渐暴露一些问题，如一次能源利用率低、能源利用结构不合理、热力系统长距离输送损耗过大等，现有电网结构的安全性、经济性等均不足以应付突发事件。

因此以分布式能源为核心的第二代能源供应系统越来越受到重视。

    以德国等为主的西方发达国家，分布式能源供应系统已经成为重要的能源供应系统之一，部分欧洲国家分布式能源供应量达到了国内用能总量的10%以上。

在国内，分布式能源从2001年开始起步发展，目前在北京、上海和广州等地已经建成了多个示范项目，但前一阶段国内分布式能源产业发展比较缓慢，影响其发展的主要有：

    1、前些年天然气供应量不充足。

    2、发电并网问题没有得到较好的解决。

    3、相对煤电为主的能源供应模式，天然气作为能源主体缺乏效益。

    4、设计理念偏差，三种能量方式匹配不合理。

    5、国产发电机组技术不够成熟，进口设备投资大，回收期长。

    随着天然气能源供应充足，国家电网公司分布式能源并网标准的发布，国产设备技术提升，示范项目的运行，匹配设计逐步完善，部分区域的相应补贴政策实施，分布式能源系统的经济效益越来越明显，规模化发展的基础条件逐步成熟。

二、系统流程

    1、系统主体设备。

    三联供系统（CCHP）是分布式能源利用的先进技术之一，系统主要由燃料供应单元、燃气发动机、发电机、溴化锂直燃机、热泵系统（可选）、电力分配单元、终端和中控系统组成。

    燃气发动机是三联供系统的核心，在电力负荷200—5000kW功率段，燃气内燃机是最优的动力源，其具有功率范围合适，发电效率高，启动时间短，造价相对较低等优势。

电力的应用包括独立负荷、挂网运行和网上售电三种模式。

电力负荷在5000kW以上的区域型（DCHP）三联供系统，燃气轮机更适宜作为原动机，在电力负荷300kW以下时，可以选取微燃机作为动力源，本文重点讨论楼宇型三联供，以燃气内燃机为核心的系统。

    燃气发电的余热利用溴化锂冷暖直燃机，进行制冷和换热，直燃机设计包括三个独立的发生器，低温发生器的温度在85度，充分利用燃气内燃机的缸套高温冷却水，烟气发生器直接利用内燃机排出的530度的烟气，另外可根据需要设置一个天然气补燃器，用于平衡系统冷热负荷。

内燃机的45度左右的低温水用于热水的供应。

    中控系统动态的分析系统电力、冷能、热能以及各种能源的峰谷价格等因素，实时的调整系统的运行模式，保证系统可靠运行的基础上实现合理的能源匹配和最高的经济收益。

CCHP系统流程示意图

2、能量分布。

    系统以一次能源天然气作为基础能源，通过燃气内燃机将燃料能量的40%左右转化为高品质的电能，剩余60%左右的能源，利用直燃机和板式换热器转化为冷能和热能，通过合理的配置燃气内燃机的多梯级余热和溴化锂直燃机的发生系统，最高可以利用达45-50%左右，剩余不可利用的一次能源仅占10-15%左右，一次能源利用率（COP）最高可达85-90%。

CCHP系统能量分布图

3、商务办公楼电、冷负荷工况和运行模式图。

     模拟一个商务公楼的实际负荷条件，依照夏季时电力和制冷同时供应，系统电力部分采用挂网运行的模式，根据不同时段各类能源价格的不同，按照经济效益最大化原则，负荷工况和运行策略模式为：

在电价最低的谷段，发电机组全部停止运行，系统通过补燃保证少量冷负荷的需求，电价为平段时，发电和余热利用基本持平，多余部分的冷负荷依靠补燃，电力为峰段时，机组满负荷输出电力，少部分无法利用的余热采取蓄冰或排放处理。

三、总结和展望

    根据发达国家的发展经验，分布式能源是我国未来一定时期的重要能源供应系统，按照我国“十二五|的发展规划，天然气供应能力将达到2600亿立方米，以天然气为能源的三联供系统比例可达到能源系统总量的3-5%，将作为集中能源供应系统的重要补充。

    目前分布式能源利用技术已经十分成熟，前期困扰该模式在国内实施的问题已经大部分得到解决：

    1、天然气供应逐步充足，在北京、上海和广州等城市天然气可保证应用，部分沿海和西部城市天然气已经转为买方市场，各大天然气公司需要竞争销售。

    2、2013年2月27日国家电网公司颁布的并网意见，给三联供并网提供的前所未有的机遇，允许从用户侧接入，先自发自用，余电上网。

    3、以北京、上海等为先导的一线城市发布了补贴标准，如北京三联供的天然气价格为2.28元/m³，相比燃烧锅炉的2.84元/m³有较大的优惠，上海队每kW三联供项目投资给予3000元补贴，济南、石家庄、西安和青岛等城市也正在制定补贴政策，部分区域三联供项目已经具备较好的经济效益。

   4、经过10多年的应用和研究，三联供的匹配技术逐步成熟。

   5、国内燃气发动机机组已经有较大突破，特别是内燃机模式的发动机，发电效率达到38-40%，自动化程度和可靠性大幅提升，具备了在三联供领域稳定应用的制造能力。

    随着国家鼓励政策和电网公司相关并网标准的出台，相关制约逐步得到解决，以天然气为能源核心的冷热电三联供系统必将在中国进入快速的发展期。

七、企业：

泰州市太发新能源科技有限公司

远大控股（北京达远能源管理有限公司）

江阴双良集团

扬子石化有限责任公司热电厂

瑞阳热电联产供热有限责任公司

卓资县热电联产供热公司

常州市震华热电联产公司

商洛市石煤综合利用热电联产公司