天然氣冷、熱、電三聯供系統簡介1、背景天然氣是潔凈能源，在其完全燃燒后及采取一定的治理措施，煙氣中NOx等有害成分遠低于相關指標要求，具有良好的環保性能。美國有關專家預測如果將現有建筑實施冷、熱、電三聯供(Combinedcoolingheatingandpower，簡稱CCHP)的比例從4%提高到8%,至U2020年CO2的排放量將減少30%。2、概念與優勢燃氣冷、熱、電三聯供簡單地說即為：天然氣發電、余熱供熱、余熱制冷。相比于常規供能燃煤發電、燃氣供熱、電制冷，具有能源梯級利用，綜合能源利用率高；清潔環保，減少排放CO2，SO2；與大型電網互相支撐，供能安全性高的優勢及對燃氣和電力有雙重削峰填谷作用。以天然氣為燃料的動力裝置，例如燃氣輪機、燃氣內燃機、斯特林發動機、燃料電池等，在發電的同時，其排放的余熱被回收，用于供熱或驅動空調制冷裝置，如吸收式制冷機或除濕裝置等，這種以天然氣為燃料，同時具備發電、供熱和供冷功能的能源轉換和供應系統，就是天然氣冷、熱、電聯供系統。相比傳統的集中式供能，天然氣冷、熱、電三聯供系統是建立在用戶側的小型的、模塊化的能源供給系統，避免了長距離能源輸送的損失，為能源供應增加了安全性、可靠性和靈活性。3、天然氣冷、熱、電三聯供分類天然氣冷、熱、電三聯供系統應用于商業、工業等各個領域，一般分為樓宇型和區域型兩種。樓宇型冷、熱、電三聯供系統，規模較小，主要用于滿足單獨建筑物的能量需求（如醫院、學校、賓館、大型商場等公共設施）。單獨建筑物一天內的負荷變化較大，會出現高峰或低谷的情況，而系統的運行需要不斷進行調整，與負荷需求相匹配。因此，樓宇型冷、熱、電三聯供系統對設備的啟停機及變工況運行性能有較高的要求，同時在系統集成方面，發電設備、熱源設備、蓄能設備之間的優化設計以及與電網配合的優化運行模式也十分必要。區域型分布式冷、熱、電三聯供系統主要應用于一定區域內的由多棟建筑物組成的建筑群。區域內建筑物用途具有多樣性，各個建筑物對用能需求的時間段也不同，由于不同用途建筑物負荷之間的相互荊合，使得區域能源需求雖然比較大，但是供能曲線相對比較平穩，設備的變工況運行要求不高。當規模較大時，一般采用高效的燃氣蒸汽聯合循環機組。4、供能形式下圖為常規的冷、熱、電三聯供系統圖，該系統主要由原動機為核心的發電設備和余熱回收設備組成，與電網并網運行。建筑物的基礎負荷一般由電力負荷、制冷負荷、采暖負荷、熱水負荷組成，其中電力負荷優先由原動機發的電來提供，當原動機的發電量不能滿足需求時，從電網買電。發電過程中產生的余熱被蒸汽型、熱水型吸收式嗅化鏗制冷機等余熱吸收式熱源設備所利用來制冷制熱，或者通過熱交換的方式，提供采暖和熱水負荷。熱水負荷不能滿足需求時，由鍋爐進行補給。冷、熱、電三聯供系統的原動機形式主要有微型燃氣輪機、內燃機、燃料電池等。微燃機規模一般在25~400kW，發電效率比較低，而產熱品味較高，煙氣溫度可以達到500°C以上，適用于熱負荷比較高的用戶。內燃機規模一般在100kW?5MW,發電效率很容易與大電網的平均效率持平，但煙氣溫度低，換熱效率低。對于1MW以下的三聯供系統，內燃機占據了主導地位，這是由于燃氣輪機在此容量范圍內發電效率較低，節能和經濟效益不明顯。對于1?5MW的三聯供系統，燃氣輪機數量大約為燃氣內燃機的50%。對于5?10MW及以上范圍的三聯供系統，燃氣輪機占主要地位。燃料電池的應用在國外較為普及，相比傳統的發電方式具有發電效率高，環境性好的優勢。如果建筑物的熱電負荷比例與冷、熱、電三聯供系統的熱電比接近，系統能源利用效率還是非常高的，所帶來的經濟性回報也很高，投資回收期也較短。5、應用案例一：北京南站原理：冷、熱、電三聯供采用燃氣內燃發電機組。內燃發電機的余熱主要有兩部分，煙氣余熱和缸套水余熱。煙氣余熱可以有2種利用方式。發電機的高溫排氣進入余熱鍋爐，產生蒸汽，通過蒸汽吸收式制冷機，產生冷熱水供空調或采暖。這種系統是典型系統，特別適用于有蒸汽需求的情況。發電機的高溫排氣直接進入煙氣型溴化鋰吸收式冷熱水機組，產生冷熱水供空調或采暖。

I■并網點機厲總揑審鋼套水rPh……F ■1 ■r ■J ■ai "分水器汩水干渠I樓4I■并網點機厲總揑審鋼套水rPh……F ■1 ■r ■J ■ai "分水器汩水干渠I樓4熱）拱水智j旳俶冋水笹樂水菇圖1冷熱電三聯供十污水源熱駛系統原理應用特點：（1） 冷、熱、電三聯供系統通常采用的方法是通過燃氣輪機或內燃機技術，一方面發電，另一方面回收余熱，經過煙氣吸收式冷溫水機提供冷達到夏季制冷和冬季采暖效果。可以實現能源的梯級利用大幅提高整個系統的一次能源利用率。還可以提供并網電力作能源互補，整個系統的經濟收益及效率均相應增加。三聯供系統能充分利用天然氣的熱能，綜合用能效率可達90%以上。同時可降低以天然氣為燃料的供熱成本，把一部分成本攤到電費上，減輕運營成本負擔，設計合理時與常規系統相比，超出的初投資靠運行費用的節省5年內可收回。（2） 節能性分析對三聯供系統節能率與兩種對象進行比較，一是按照天然氣大型聯合循環系統發電效率50%進行比較，該比較對象目前節能性最高，經模擬計算結果表明北京南站能源系統全年運行節能率12%；二是按照北京用能的實際情況進行比較，與常規系統能源利用比較，冬季與夏季的節能率分別為67%和59%。（3）節水性采用污水源熱泵系統，取消冷卻塔可減少冷卻塔的飄水和蒸發補水量，每年節省用水量約7萬to（4）環保性分析三聯供系統以天然氣為燃料，天然氣是優質、高效、清潔的理想能源，天然氣燃燒后產生的溫室氣體只有煤炭的1/2，石油的,2/3；同時利用吸收式冷溫水機承擔部分冷熱負荷，減少氟里昂的排放量。三聯供系統被認為是對實現排放目標貢獻最大的一項技術，其減少CO2排放量占總目標的1/4。北京南站能源站三聯供系統與常規系統年節能約420萬kw。h節能量折合標準煤約為1600t/年,減排CO2約4000t/年,減排SO237t/年。（5）經濟性分析：預計5年內收回初投資。案例二：民用建筑辦公樓原理圖：

空弐圖I二聯供系統運行驚理閤補慮天然吒*熱出加荷$制冷負簡空弐圖I二聯供系統運行驚理閤補慮天然吒*熱出加荷$制冷負簡盤職顋Ti缸細K衆熱回收蕓逝=5黑曉加簡內愜機J電”負廿工燃氣i（m*i內燃機37矚捷電機電力輸出!余博13收利用販收式制冷機址11% 廠，-匱熱排走3圖?［咗供余統能啞梯級利用框閹建筑概況：該辦公樓建筑面積5.2萬m2,其中地下1.4萬m2用于停車庫，地上3.8萬m2主要用于辦公，建筑高度99m,地上23層。能源中心設于樓外，夏季供冷、冬季采暖面積為地上的3.8萬m2。經濟性分析：對電負荷、冷熱負荷、發電機組容量、配電系統主接線型式的確定后，對其經濟型進行分析。計算年產生發電量、年消耗天然氣費用、年運行費用（包括人員管理、機油消耗、設備折舊、維護、機組占地等費用），核算預計9年內回收成本。6、天然氣冷、熱、電三聯供系統應用的結論：（1）能源梯級利用，綜合利用率較高。冷熱電三聯供系統其綜合能源利用率可接近90%。從能量品質的角度看，燃氣鍋爐的熱效率雖然也能達到90%，但是它最終產出能量形式為低品位的熱能，而三聯供系統中將有37%左右的高品位電能產出，電能的做功能力是相同數量熱能的2倍以上，所以三聯供系統的綜合能源利用效率比燃氣鍋爐直接燃燒天然氣供熱高得多。另外，系統建設在用戶附近，與傳統長距離輸電相比，還能減少6%-7%的線損。（2）對燃氣和電力有削電力之峰填燃氣之谷的作用。我國大部分地區冬季需要采暖，夏季需要制冷。大量的空調用電使得夏季電負荷遠遠超過冬季，即電力使用的高峰出現在夏季。而目前50%以上的天然氣消費量用于冬季采暖，即燃氣使用的高峰出現在冬季。采用燃氣三聯供系統，夏季燃燒天然氣制冷，增加夏季的燃氣使用量，減少夏季空調的電力負荷，同時系統的自發電也可以降低電網的供電壓力（3）清潔環保，減少碳排放。天然氣是清潔能源，燃氣發電機組采用先進的燃燒技術，燃氣三聯供系統的排放指標均能達到相關的環保標準。根據美國的調查數據，采用冷熱電三聯供系統分布式能源，寫字樓類建筑可減少溫室氣體排放22.7%，商場類建筑可減少溫室氣體排放34.4