热电冷联供系统设计探讨

【摘要】热电冷联供系统，对能源的综合利用率较高，可以实现有效的能源节约，减轻大电网压力。热电冷联供系统设计的核心在于对热、电、冷负荷进行精确的逐时测算，确定出科学合理的热、电、冷比例，从而实现提高燃料的利用效率。

【关键词】热电冷联供，系统设计，经济型分析

中图分类号：O462.1 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

热电冷联供系统，对能源的综合利用率较高，可达80％以上，该系统为分布式能源供应系统，以天然气为能源，同时提供热、冷、电服务，大大减轻大电网压力，高效节约空调用电。在进行系统设计时，需要对建筑物的热、电、冷负荷进行精确的逐时测算，确定出拥有合理热、电、冷比例的系统方案，同时以此为依据合理配置机组，或采用补燃技术提高燃料的利用效率，确保热电冷联供系统的经济性和节能效果。

二、系统设计中的关键点

1.合理选择发电机组

对于热电冷联供系统，可选用的发电机组有燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组、外燃机发电机组以及燃料电池。后二者则因为单机发电功率较小且价格过高的原因，多用于试验研究系统，并没能实现产业化生产，没有广泛投入实践工程中。前二者在国外早已实现产业生产化，实践应用广泛，它们虽都是燃气发电机组，但在价格和性能上有着各自的优劣差异，性能差异主要体现在发电效率、发电质量、噪声等级、余热排放参数等方面。

燃气轮机发电机组价格比燃气内燃机发电机组高出30％以上，发电效率不高，在28％与34％之间，如果是无回热装置的微燃机，发电效率则仅有17％，不过发电质量交稿，输出电压和频率具有比较好的稳定性。带回热装置的微燃机除外，排烟温度通常情况下高于450℃，有利于余热回收利用。

燃气内燃机发电机组则有较高的发电效率，排放烟气余热以及缸套水余热，缸套水温度通常情况下低于100℃，余热回收利用系统因此比较复杂。

原则上，如果系统中的冷、热负荷比较大，电负荷比较小，则适宜选择采用燃气轮机发电机组，否则，适宜选择采用内燃机发电机组。

另，在燃气轮机一蒸汽轮机联合循环发电系统中还需配置蒸汽轮机发电机组。

在工程实例中，需要综合考虑总的建设规模和供电质量要求、系统中冷、热、电负荷的比例和变化情况、当地的气价和电价、投资费用、运行费用等诸多因素，合理选择发电机组。

2.确定发电机组的容量

只有对系统中热、冷、电的负荷匹配进行合理确定，才能准确确定发电机组的配置容量。发电机组排放的余热应尽量实现全部回收利用，才能实现系统中能源的梯级利用和经济运行，尽量避免或减少系统单独发电的运行工况。在以热、冷定电的系统中。发电机组进行欠负荷匹配时，通常情况下应满足基本空调负荷要求，即最大负荷的50％到70％，适当减小发电机组容量，降低设备费用，有利于提高发电机组的满负荷运传率，确保系统运行的经济性。可通过采取配置其他供热、供冷设备的方式对峰值热、冷负荷进行调节，不足电力则从电网购电进行补充。

3.运转模式的确定

运转模式对于热电冷联供系统的能源利用效率有着决定性的影响。通常情况下都是以建筑物的电负荷或冷暖负荷为依据进行发电，两种方式有其各自优劣差异。前者，此运转模式的系统中所产生的余热只有部分得到利用，能源利用效率比较低。后者，此运转模式的系统中不会产生多余热量，因此能源利用效率相对比较高，往往用于热、冷负荷比较稳定的建筑中。

在实践工程应用中，应当按照所服务的对象电力、冷暖负荷的实际需求变化情况，对热电冷联供系统运转模式进行灵活调整，有效实现节能和节省运行成本。

4.余热回收装置的配置

目前主要有两种方式进行余热回收装置的配置。

一是，配置余热锅炉，把发电机组排放的余热转化成蒸汽或热水，然后通过蒸汽型或温水型溴化锂吸收式冷水机执行供冷，同时配置汽水转化器，可提供空调采暖热水。这种方式安全可靠，操作简单，但是占用空间较大，投资费用比较高。

二是，配置余热型溴化锂吸收式制冷机，发电机组排放的余热被直接用来驱动溴化锂吸收式制冷机，执行制冷或供热。这种方式占用空间小，投资费用较少，但是集中控制相对较复杂，而且安全性和可靠性不高，供热范围比较窄。

在实践工程应用中，应当根据系统中是否有空调冷(热)水外的量大且负荷稳定的用热需求，来决定系统中是否需要配置余热锅炉。

三、实际案例分析

1.项目概述

某商城进行热电冷联供项目建设，各类商铺总面积达35万平方米，办公建造面积3万平方米，采暖面积包括地下车库，有38万平方米。空调的供热负荷23800kW，供冷负荷26600kW。按最初方案论证报告所计算的用电量所确定的用电需求为：最大供电负荷即夏季供冷期27.43MW，最小供电负荷即非供冷供热期5.45MW。

2.设备配置

系统中设计配置的设备包括2台发电功率为4430KW的Centaur50燃气轮机发电机组、2台供热量和制冷量分别为7733KW和9300KW的YX-930M烟气型溴化锂吸收式冷热水机组、1台ZX-930HM直燃型溴化锂吸收式冷热水机组，其中，烟气型溴化锂吸收式冷热水机组与燃气轮机发电机组实现一对一的直接连接。

发电机组满负荷发电运行所排放的烟气温度为500℃到525℃的高温烟气，加热YX-930M烟气型溴化锂吸收式冷热水机组进行制冷、制热运行时，2台YX-930M烟气型机组的最大总制冷量占空调冷负荷的65.6％，最大总供热量占空调热负荷的68.7％。ZX-930HM直燃机的额定制冷量为9300kW，额定供热量为7442kW。

当系统中的空调负荷小于2台YX-930M机组的供热、供冷能力时，发电机组变负荷运行，其发电负荷进行调节控制，确保930M机组的制冷量、供热量满足空调需求。反之，则ZX-930HM机组启动运行，确保空调需求。

这个系统中，由于YX-930M机组与Centaur50燃气轮机发电机组直接连接，烟气系统的设计以及安装有着关键影响，其烟气流动阻力必须控制在燃气轮机的允许排烟背压以内，烟气系统控制部件的运行则应当满足系统的控制要求和安全运行要求。

此系统中，在发电机组与烟气型机组的连接烟道上，设置了直排烟囱和烟气电动调节阀，以切实保证满足设备调试和发电机组单独发电运行的需要。进烟管道和直排烟囱则同时设置了膨胀节，在烟气进出口管则设置了支撑，以避免管道受热膨胀给设备增加压力。

3.系统的经济性分析

Centaur50燃气轮机发电机组在满负荷发电运行时，天然气耗气量为1561.7Nm³/h，发电效率为28.7％。另外，烟气型机组的热量回收利用也提高了能源的综合利用。系统中热电联供时的能量综合利用率可以达到81％。在冷电联供和热电联供时，其能源的消耗，比全部使用电网供电的此部分消耗，小8%到25%。

运行费用上，按该系统每年冷电联供运行4.5个月，热电联供4.5个月，每月30天，每天8小时来计算。发电机组以及烟气型机组满负荷运行时间占总运行时间的41.2％；机组75％负荷运行时间占总运行时间的46.8％来计算；按燃气价商用1.75元/Nm³，电价0.85元/(kW•h)来计算，与3台ZX-930HM直燃型机组组成的供热、供冷系统(用电全部从电网购买)相比，实例中的热电冷联供系统每年可节约运行费用766.65万元，而在主机设备投资方面，高3500万元左右，因此，此系统所增加的设备投资回收期则为4.5年。综上所述，热电冷联供系统可以有效节约能源，降低运营成本，拥有更为合理的投资回收期。

四、结语

合理的热电冷联供系统，可以有效提高能源的利用率，在环保的同时确保建筑能源的良好供应。热电冷联供系统设计的关键在于是否对机组进行了合理配置，而配置机组的依据则在于是否对热、电、冷负荷进行了精确严格的逐时计算。系统中，只有切实提高了设备负荷率以及设备投运率，才能有效实现设备的高运行效率和低管理成本，才能实现最佳的经济效益。

参考文献：

[1]孙永星 热电冷联供系统设计探讨 [期刊论文] 《科技创新导报》 2011

[2]张长江 热电冷联产技术及其应用 [期刊论文] 《制冷技术》 2005