燃气轮机冷热电联供系统优化与节能经济性研究

摘 要：现如今，我国的能源利用率较高，天然气等能源在被应用的过程中，如果采用联供系统，可以从根本上提升运行的效率，最大限度地节约成本。这样才能够满足冷、热、电负荷需需求。另外，建立联供系统的经济性模型，可以实现运行模式和电价最优的双赢。因此，本文中，笔者主要从燃气轮机冷热电练功系统优化和节能经济性等方面进行研究和分析，希望能够给相关的工作人员提供借鉴和参考。

关键词：冷热电联供；燃气轮机；系统优化；经济性

城市在发展的过程中对资源和能源的应用率相对较广，对资源进行合理地应用是做好城市规划，促进城市发展的重要途径。在对天然气进行应用的过程中，主要采用的是联供系统的模式，将天然气和发电、制冷等技术相结合，不仅可以有效的提升资源的利用率，还可以实现能源消耗的平衡程度。在节能和环保方面做出重要的贡献。天然气冷热电练功系统的开发和应用是研究人员一直解决的问题。达到联供系统的优化和节能的目标是促进社会经济和能源发展的重要途径。

1 数学模型的建立

1.1 燃气轮机冷热电联供系统的描述

这一系统的构成部分比较简单，除了燃气轮机、制冷机之外，还保罗余热锅炉等等。燃气轮机冷热电联供系统见图1。

从图1中可以看出，利用天然气这一能源类型对燃气轮机产生一定的推动作用，从而提供一定量的电负荷。另外，燃气轮机所产生的高温烟如果进入到制冷机和锅炉中，可以提供相应的冷热负荷。如果冷负荷或者是热负荷不足，就可以采用天然气能源来供给。一般情况下，电负荷都是从公共电网中获取。传统的冷热电分工系统在运行的过程中，冷负荷作用的发挥都是以电制冷机来负责，热负荷则是由燃气锅炉来提供。

1.2 数学模型的建立

研究人员在对冷热点联供系统进行分析和研究的过程中，需要采用数学建模的形式来进行。数学建模所需要的专业性和技术性比较强，通常情况下，需要做出以下几种假设形式：

第一，假设燃气轮机以及预热锅炉等机械设备的温度适中保持在同一参数范围内。变化程度不变。第二，假设整个联供系统在运行的过程中，效率处于稳定不变的状态。

从整个系统中选择经济最优的模型，研究人员对燃气轮机的负荷率以及烟气的流量等进行分析和计算。将燃气轮机的运行以及停止工作的状态进行记录和分析。设定稳定的参数来计算出燃气轮机消耗天然气的含量。具体来说，这一结果受到燃气轮机额定功率，发电效率以及低位热值等因素的影响。另外，燃气轮机高温烟气余热量受到燃气轮机热损失效率的影响。在不同的状态下，燃气轮机会受到不同因素的影响，研究人员需要对这一问题加强重视。同时技术人员需要对各种动力因素、温度因素以及效率因素进行控制。保证燃气轮机在运行的过程中能够达到最佳的运行模式。在提升能源利用率的基础上，提升燃气轮机的工作效率。

2 计算机结果与分析

2.1 计算参数选择

燃气轮机的相关计算参数主要是由国外某一权威公司所提供的数据信息来进行选择。其中天然气发电率主要为24%左右，热损失比率为8%。除此之外，排烟温度控制在512℃。工作人员对制冷系数，发生器燃烧效率以及烟气温度和环境温度等因素的数据信息都进行了明确。根据这些因素，研究人员计算出了系统运行的初步投资额，将这一系统应用到实际的供热和制冷工作中，分别计算出冷、热以及负荷量等等。通过计算结果可以看出，电气的价格都被控制在了0.19元/kWh。通过具体的计算可以看出，燃气轮机部分负荷率和优化烟气的分配率和能源的最终价格没有任何关系。因此，在以后的研究中，无需考虑到电气价格。

2.2 联供系统节能性

工作人员在对联供系统的节能性和经济性进行分析的过程中，选择的主要参数需要按照一次能源的消耗量来进行。也就是说，各种设备所消耗的能源不同，系统运行的效率也不同。

随着燃气轮机功率增加，相对于分供系统，联供系统的一次能源节约百分率也增加，当燃气轮机功率大于2.0MW时，节约百分率随燃气轮机功率增加趋于定值19.1%。

2.3 联供系统经济性

分析联供系统相对分供系统的节能性选用的参数为年运行费用节约率和差价投资回收期。年运行费用节约百分率是指联供系统年运行费用节约与分供系统年运行费用的比值。差价投资回收期是指联供系统初投资增加与年节约运行费用的比值。联供系统年运行费用高于分供系统，故年节约运行费用和差价投资回收期均为负值，此时应用场合不适于采用联供系统。

年运行费用节约和节约百分率逐渐增加并趋于定值，并且后者与天然气价格无关。同样燃气轮机额定功率，年运行费用节约和节约百分率随电气价格比增大而增加。同样天然气价格和电气价格比时，差价投资回收期随燃气轮机额定功率增加而增加。

综合以上计算分析，对于本文分析的应用场合，选择燃气轮机额定功率2.0MW较为合适，当天然气价格为1.8元/m3，电气价格比为0.4（元/kWh）/（元/m3）时，联供系统年运行费用节约百分率约为27.5%，差价投资回收期3.32年。

随燃气锅炉效率和电制冷机制冷系数的增加，节约百分率逐渐降低；而随着其他5个设备运行参数（属于联供系统）数值的增加，节约百分率逐渐升高。在联供系统各设备中，节约百分率受燃气轮机发电效率的影响最大，发电效率从减少15%到增加15%的变化过程中，对应的运行费用节约百分率从20.3%增加到28.7%；其次是吸收式制冷机制冷系数，对应的运行费用节约百分率从22.7%升高至27.2%；然后是吸收式制冷机烟气余热回收效率和余热锅炉回收效率；吸收式制冷机燃烧效率的影响最小。

结束语

联供系统最优化运行模式与电气价格比有关。当电气价格比低于0.19（元/kWh）时，最优化运行模式是燃气轮机停止工作。燃气轮机的额定功率及能源价格对联供系统节能经济性有较大影响。燃气轮机发电效率对联供系统经济性影响最大，其次是吸收式制冷机的制冷系数和烟气余热回收效率。

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