天然氣冷熱電三聯(lián)供應(yīng)用前景分析

1、摘要- #- I-摘要能源緊缺、環(huán)境惡化是日趨嚴(yán)重的全球性問(wèn)題。改變能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率和發(fā)展清潔能源是各個(gè)國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略的主要目標(biāo)。目前，為了適應(yīng)我國(guó)能源建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的需要，大力建設(shè)和實(shí)施天然氣冷熱電三聯(lián)供已成為發(fā)展趨勢(shì)之一。冷熱電三聯(lián)供是分布式能源的一種，是潔凈高效最具經(jīng)濟(jì)性的供能方式。具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、增加電力供應(yīng)、治理城市大氣污染和提高能源綜合利用率的必要手段之一，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本文介紹了分布式供能理念的發(fā)展、天然氣冷熱電三聯(lián)供近年來(lái)在國(guó)外市場(chǎng)的發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)而分析了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的狀況、政策環(huán)境及其前景，同時(shí)提出了自己對(duì)其發(fā)展的一些建議。關(guān)鍵詞：天然氣；特點(diǎn)；

2、問(wèn)題；冷熱電三聯(lián)供；解決方法；應(yīng)用前景AbstractAbstract- II- #-AbstractEnergyshortageandenvironmentaldegradationareincreasinglyseriousglobalproblems.Changingtheenergystructureimprovingenergyefficiencyanddevelopingcleanenergyarethemainobjectivesofthevariousnationalenergydevelopmentsstrategy.Atthemomentinordertoadapttoth

3、eneedsofChinasenergyconstructionandthegoalsofsustainabledevelopmentVigorouslydevelopandimplementationofnaturalgasCCHPhasbecomeoneofthedevelopmenttrend.Asonekindofdistributedenergy,CCHPisakindofclean,efficientandmosteconomicwayofenergysupply.Itisoneofthenecessarymeansofcontrolurbanairpollutionandimpr

4、ovethecomprehensiveutilizationofenergy,withenergyconservation,improvetheenvironment,increasetheelectricitysupplyandothercomprehensivebenefits.ThisarticledescribesthedevelopmentoftheconceptofdistributedenergysupplyandthedevelopmentofCCHPsdevelopmentinforeignmarkets.Byanalyzingthesituationofthedomesti

5、cmarket,policyenvironmentandbroadprospects,cometosomesuggestionsoffuturesdevelopment.KeyWords：gassupply;characteristics;questions;combinedcoolingheatingandpower;solutions;applicationprospect目錄目錄- #- III-摘要錯(cuò)誤！未定義書簽。Abstract錯(cuò)誤！未定義書簽。TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 第1章緒論1 HYPERLINK l bookmark4 1.1研

6、究背景1 HYPERLINK l bookmark6 1.2國(guó)外天然氣冷熱電三聯(lián)供發(fā)展現(xiàn)狀3 HYPERLINK l bookmark8 1.3我國(guó)天然氣冷熱電三聯(lián)供發(fā)展現(xiàn)狀4 HYPERLINK l bookmark10 1.4主要研究?jī)?nèi)容5 HYPERLINK l bookmark12 第2章形式多樣的天然氣冷熱電三聯(lián)供6 HYPERLINK l bookmark14 冷熱電三聯(lián)供的工作原理6 HYPERLINK l bookmark16 冷熱電三聯(lián)供與三分供的比較優(yōu)勢(shì)6 HYPERLINK l bookmark32 天然氣冷熱電三聯(lián)供與其它燃料相比的優(yōu)勢(shì)9天然氣冷熱電三聯(lián)供的主要形式10

7、 HYPERLINK l bookmark34 多樣的天然氣冷熱電發(fā)電機(jī)組形式11 HYPERLINK l bookmark36 2.5.1蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組11 HYPERLINK l bookmark38 2.5.2燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組12 HYPERLINK l bookmark40 2.5.3燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置12 HYPERLINK l bookmark42 2.5.4燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃燒式12 HYPERLINK l bookmark44 2.5.5燃?xì)怛?qū)動(dòng)的燃?xì)馔馊紮C(jī)13 HYPERLINK l bookmark46 多樣的天然氣冷熱電三聯(lián)供的制冷設(shè)備13 HYPERLINK

8、l bookmark48 2.6.1溴化鋰吸收式制冷機(jī)132.6.2氨吸收式制冷機(jī)14 HYPERLINK l bookmark50 第3章天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用案例分析16 HYPERLINK l bookmark52 3.1天然氣冷熱電三聯(lián)供工程實(shí)例介紹16 HYPERLINK l bookmark54 3.2實(shí)例工程實(shí)施情況163.3工程應(yīng)用評(píng)價(jià).17第4章天然氣冷熱電三聯(lián)供的應(yīng)用前景19 HYPERLINK l bookmark60 4.1天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)適用的范圍19 HYPERLINK l bookmark62 4.2目前存在的主要問(wèn)題19 HYPERLINK l b

9、ookmark64 4.3解決辦法20 HYPERLINK l bookmark66 4.4未來(lái)的應(yīng)用前景21結(jié)論23參考文獻(xiàn)24謝辭25- - -第1章緒論1.1研究背景我國(guó)現(xiàn)行的能源結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，這將成為制約可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能否順利實(shí)施的重要因素。能源價(jià)格、電網(wǎng)穩(wěn)定性、能量品質(zhì)、空氣質(zhì)量以及全球氣候改變，是21世紀(jì)面臨的重要問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，這些問(wèn)題將變得更加尖銳，因而節(jié)能和環(huán)保變得非常重要。我國(guó)需要對(duì)目前的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，大力發(fā)展包括天然氣在內(nèi)的清潔能源。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民用和商業(yè)用電比例將穩(wěn)步上升，用電峰谷差將越來(lái)越大，電網(wǎng)峰谷差不斷增大，但調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，這就

10、成為影響電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的隱患。在加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰能力方面，天然氣發(fā)電和微型、小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的熱電聯(lián)產(chǎn)分布式供電體系必有一席之地。我國(guó)“十一五”規(guī)劃提出單位GDP能源消耗要降低20%，污染物的排放要降低10%的目標(biāo)。作為高效、節(jié)能、環(huán)保的綜合用能方式，分布式能源將是我國(guó)改變能源利用方式的重要選擇，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保目標(biāo)的有效手段。目前，分布式能源已經(jīng)成為歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用的能源利用技術(shù)。分布式能源是一種建在用戶端的能源供應(yīng)方式，既可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)行，無(wú)論規(guī)模大小、使用什么燃料或應(yīng)用的技術(shù)。分布式能源高效、節(jié)能、環(huán)保，目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家已可以將分布式能源綜合利用效率提高到9

11、0%以上，大大超過(guò)傳統(tǒng)用能方式的效率。國(guó)際分布式能源聯(lián)盟是這樣定義“分布式能源”的：這些系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點(diǎn)或很近的地方發(fā)電，高效的利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能、生產(chǎn)熱和電，現(xiàn)場(chǎng)端為可再生能源系統(tǒng)，包括利用現(xiàn)場(chǎng)廢氣、廢熱以及多余壓差來(lái)發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)歸為分布式能源系統(tǒng)，而不考慮這些項(xiàng)目的規(guī)模、燃料或技術(shù)，及該系統(tǒng)是否聯(lián)網(wǎng)等條件。北京燃?xì)饧瘓F(tuán)給出的定義為：分布式能源是相對(duì)于傳統(tǒng)的集中供電方式而言，是指將冷熱電系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立地輸出冷、熱、電能的系統(tǒng)。分布式能源的先進(jìn)技術(shù)包括太陽(yáng)能利用、風(fēng)能利用、燃料電池和燃?xì)饫錈犭娙?lián)供等多種形式。分布式能源是

12、以資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益最大化為原則確定方式、容量和系統(tǒng)配置，根據(jù)終端能源利用效率最優(yōu)化確定分布式能源系統(tǒng)的解決方案。分布式能源是將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應(yīng)對(duì)式設(shè)計(jì)和模塊化配置的新型能源技術(shù)。它采用先進(jìn)的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，盡力減少污染物的排放，并使排放分散化，便于周邊植被的吸收。同時(shí)，分布式能源利用其排放量小，排放密度低的優(yōu)勢(shì)，可以將主要污染排放物和溫室氣體實(shí)現(xiàn)資源化再利用。并且它能依賴于最先進(jìn)的信息技術(shù)，采用智能化監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)化群控和遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人職守。同時(shí)，也依賴于能源服務(wù)公司、需求側(cè)管理服務(wù)機(jī)制和能效電廠等節(jié)能機(jī)制為主體的能源社會(huì)化服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)

13、運(yùn)行管理的專業(yè)化，以保障各分布式能源系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。分布式能源是近年來(lái)興起的利用小型設(shè)備向用戶提供能源供應(yīng)的新的能源利用方式。與傳統(tǒng)的集中式能源系統(tǒng)相比，分布式能源接近負(fù)荷，不需要建設(shè)大電網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓或超高壓輸電，可大大減少線損，節(jié)省輸配電建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用。由于兼具發(fā)電、供熱等多種能源服務(wù)功能，分布式源可以有效地實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，達(dá)到更高能源綜合利用效率。分布式能源設(shè)備起停方便，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活，各系統(tǒng)相互獨(dú)立，系統(tǒng)的可靠性和安全性較高。此外，分布式能源多采取天然氣、可再生能源等清潔能源為燃料，較之傳統(tǒng)的集中式能源系統(tǒng)更加環(huán)保。就目前國(guó)內(nèi)外總的形式來(lái)看，國(guó)際分布式能源系統(tǒng)主要以天然氣資

14、源為主，由于天然氣管網(wǎng)的發(fā)展和天然氣燃料的良好環(huán)保性能，以天然氣為燃料的天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展很快。火力發(fā)電廠能源利用率是35%左右，用煤發(fā)電并供熱的熱電廠能源利用率45%左右，改用天然氣為燃料來(lái)發(fā)電、供熱和供冷三方面服務(wù)，能源利用率達(dá)80%。從經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)說(shuō)，工業(yè)商業(yè)用電單位向供電局買電價(jià)格平均為0.7元左右，但在高峰期為1.3元左右，而分布式能源電站自己發(fā)電的成本只有0.4元左右，如果再算上同時(shí)供熱和制冷所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的供電供熱模式了。由此可見(jiàn)以天然氣冷熱電三聯(lián)供為主的分布式能源系統(tǒng)將是將來(lái)的主流方向1。冷熱電三聯(lián)供技術(shù)簡(jiǎn)稱為CCHP是指用天然氣驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)

15、電，回收余熱用于冬季供熱、夏季供冷的綜合能量系統(tǒng)，可用于單獨(dú)建筑或一個(gè)區(qū)域建筑物的能源供應(yīng)2。（1）天然氣發(fā)展?fàn)顩r天然氣冷熱電的發(fā)展必然離不開(kāi)為其動(dòng)力的支撐，于1992年1月1日起生效的關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書規(guī)定，由于CFCs對(duì)大氣臭氧層的嚴(yán)重破壞，已于1996年全面停止生產(chǎn)和使用。作為過(guò)渡性工質(zhì)的HCFC-22和HCFC-123也將于2020年和2030年被淘汰。HFC-134a雖說(shuō)使用年限不限并可代替使用，但也存在溫室效應(yīng)等不好效果。而天然氣屬于清潔型能源，作為驅(qū)動(dòng)能源，其各種污染物的排放量最少。表1-1給出了幾種常用能源污染物的排放情況3。表1-1幾種能源污染物的排放一覽表污

16、染物成分能源種類CO2(Kg/GJ)CH4(g/GJ)SOx(Kg/GJ)NOx(Kg/GJ)voc(g/GJ)CO2(g/GJ)天然氣56.415.10.0050.1111.513.1燃油82.420.20.990.1931.5914.7燃煤98.535.41.060.1912.74162.7燃煤電力232.670.32.570.476.3346.7同時(shí)中國(guó)的天然氣資源是比較豐富的，最新的油氣資源評(píng)價(jià)表明，全國(guó)天然氣資源量為47萬(wàn)億立方米，可探明的資源量為22萬(wàn)億立方米（按可探明率46.8%計(jì)）。經(jīng)評(píng)估，天然氣可采資源量為14萬(wàn)億立方米（按可采率63.6%計(jì)）。根據(jù)預(yù)測(cè)，從現(xiàn)在到2020年中

17、國(guó)可新增天然氣可采儲(chǔ)量3萬(wàn)億立方米以上，到2020年，中國(guó)累計(jì)天然氣探明可采儲(chǔ)量可達(dá)6萬(wàn)億立方米以上。天然氣年產(chǎn)量將從目前的700億立方米增加到1200億立方米或1500億立方米3。（2）冷熱電三聯(lián)供發(fā)展?fàn)顩r目前世界工業(yè)都很重視小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展。美國(guó)近年來(lái)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展迅速，在2010年美國(guó)就已有超過(guò)60個(gè)區(qū)域供冷系統(tǒng)。日本的區(qū)域供冷發(fā)展最快，同時(shí)歐洲已有多個(gè)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)投入使用。在我國(guó)，隨著改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)冷熱電聯(lián)產(chǎn)取得了巨大的發(fā)展，全國(guó)多個(gè)城市擁有在燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)基礎(chǔ)上建立的燃?xì)饫錈犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，如上海黃浦區(qū)中心醫(yī)院、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)和北京燃?xì)饧瘓F(tuán)大樓。雖然冷熱電聯(lián)產(chǎn)在我國(guó)已有廣

18、泛關(guān)注，且構(gòu)成冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的主要設(shè)備的產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟及完善，但是由于我國(guó)在能源結(jié)構(gòu)、價(jià)格、管理體制以及熱、電、冷負(fù)荷等外部條件與國(guó)外存在差異，這就造成冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在我國(guó)大中城市的推廣應(yīng)用，仍然有很長(zhǎng)的一段道路，而且需要對(duì)其技術(shù)、管理等方面進(jìn)行深入細(xì)致地研究。國(guó)外天然氣冷熱電三聯(lián)供發(fā)展現(xiàn)狀美國(guó)：電力公司必須收購(gòu)熱電聯(lián)產(chǎn)的電力產(chǎn)品，其電價(jià)和收購(gòu)電量以長(zhǎng)期合同形式固定，為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)提供稅收減免和簡(jiǎn)化審批等優(yōu)惠政策。截止到2002年末，美國(guó)分布式能源站建立已近6000座。美國(guó)政府把進(jìn)一步推進(jìn)“分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”的發(fā)展列為長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，并制定了明確的戰(zhàn)略目標(biāo)：力爭(zhēng)在2013年，20%的新建商用

19、或辦公建筑使用“分布式熱電聯(lián)產(chǎn)”供能模式；5%現(xiàn)有的商用寫字樓改建成“冷熱電聯(lián)產(chǎn)”的“分布式熱電聯(lián)產(chǎn)”模式。2020年在50%的新建辦公樓或商用樓群中，采用“分布式熱電聯(lián)產(chǎn)”模式，將15%現(xiàn)有建筑的供能系統(tǒng)改建成“分布式熱電聯(lián)產(chǎn)”模式。有報(bào)道稱，美國(guó)能源部計(jì)劃在2013年削減460億美元國(guó)家電力投資，采取的辦法是加快分布式能源發(fā)展。美國(guó)能源部計(jì)劃，2013年20%的新建商用建筑使用冷熱電三聯(lián)供發(fā)展計(jì)劃，2020年50%的新建商用建筑使用冷熱電三聯(lián)供發(fā)展計(jì)劃4。歐盟：據(jù)1997年資料統(tǒng)計(jì)，歐盟擁有9000多臺(tái)分布式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，占?xì)W洲總裝機(jī)容量的13%，其中工業(yè)系統(tǒng)中的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)總?cè)萘砍?/p>

20、過(guò)了33GW，約占熱電聯(lián)產(chǎn)總裝機(jī)容量的45%,歐盟決定到2013年將其熱電聯(lián)產(chǎn)的比例增加1倍，提高到總發(fā)電比例的18%。丹麥：1MW以上燃煤燃油鍋爐的天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)改造項(xiàng)目享受政府30%的補(bǔ)貼；對(duì)熱電工程給予低利率優(yōu)惠貸款；將環(huán)保所得稅作為投資款返還工商業(yè)；對(duì)工商業(yè)的天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目發(fā)電價(jià)格補(bǔ)貼。法國(guó)：對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的初始投資給予15%的政府補(bǔ)貼。英國(guó)：免除氣候變化稅、免除商務(wù)稅、高質(zhì)量的熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目可申請(qǐng)政府關(guān)于采用節(jié)約能源技術(shù)項(xiàng)目的補(bǔ)貼金。日本：重視節(jié)能工作，節(jié)能系統(tǒng)的研究程度很高，以天然氣為基礎(chǔ)的分布式冷熱電聯(lián)供項(xiàng)目發(fā)展最快，而且應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。日本政府從立法、政府補(bǔ)助、建立示范工程、低

21、利率融資以及給予建筑補(bǔ)助金等角度來(lái)促進(jìn)能源開(kāi)發(fā)及節(jié)能事業(yè)的發(fā)展，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目給予諸多減免稅。截止2000年底，已建熱電（冷）系統(tǒng)共1413個(gè)，平均容量477kW，主要是小型系統(tǒng)4】。總的來(lái)說(shuō)國(guó)外的天然氣冷熱電三聯(lián)供技術(shù)發(fā)展比較成熟。我國(guó)天然氣冷熱電三聯(lián)供發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)1998年起實(shí)施的中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法明確指出：“推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱，提高熱電機(jī)組的利用率，發(fā)展熱能梯級(jí)利用技術(shù)，熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣三聯(lián)供技術(shù)，提高熱能綜合利用率”。2000年原國(guó)家計(jì)委、原國(guó)家經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部、國(guó)家環(huán)?？偩致?lián)合發(fā)布的關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定指出：“以小型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組和余熱鍋爐等設(shè)備組成的小型熱電

22、聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，適用于廠礦企業(yè)、寫字樓、賓館、商場(chǎng)、醫(yī)院、銀行、學(xué)校等較分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保護(hù)環(huán)境、減少供電線損和應(yīng)急突發(fā)事件等綜合功能，在有條件的地區(qū)應(yīng)逐步推廣”。2005年起實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“具有充足的天然氣供應(yīng)的地區(qū)，宜推廣應(yīng)用分布式熱電冷聯(lián)供和燃?xì)饪諝庹{(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力和天然氣的削峰填谷，提高能源的綜合利用率”5。目前，我國(guó)天然氣供應(yīng)日趨增加，智能電網(wǎng)建設(shè)步伐加快，專業(yè)化服務(wù)公司方興未艾，天然氣分布式能源在我國(guó)已具備大規(guī)模發(fā)展的條件。按照規(guī)劃，“十二五”期間建設(shè)1000個(gè)左右天然氣分布式能源項(xiàng)目，并擬建設(shè)10個(gè)左右各類典型特征的分布式能源示范區(qū)域。

23、未來(lái)5-10年內(nèi)在分布式能源裝備核心能力和產(chǎn)品研制應(yīng)用方面取得實(shí)質(zhì)性突破。初步形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)體系6。我國(guó)政府將天然氣的開(kāi)發(fā)和利用作為改善能源結(jié)構(gòu)，提高環(huán)境質(zhì)量的重要措施。西氣東輸、廣東進(jìn)口液化天然氣、東海天然氣開(kāi)發(fā)等大型項(xiàng)目的全面實(shí)施，推動(dòng)了全國(guó)天然氣的建設(shè)。北京、上海等城市已經(jīng)采取一些優(yōu)惠政策鼓勵(lì)冷熱電三聯(lián)供項(xiàng)目的發(fā)展，到目前為止已建成上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、北京燃?xì)獯髽恰⒈本┤細(xì)饧瘓F(tuán)次渠門站大樓等的項(xiàng)目。由此可見(jiàn)，采用天然氣為一次能源的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)必將成為分布式能源主要的選擇方式之一，這就是我國(guó)天然氣為驅(qū)動(dòng)能源的冷熱電三聯(lián)供應(yīng)用方式所面臨的機(jī)遇，其前景十分廣闊。主要研究

24、內(nèi)容天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)其簡(jiǎn)稱為CCHP,是建立在能源梯級(jí)利用的基礎(chǔ)上，將制冷、供熱及發(fā)電過(guò)程一體化的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，目的在于提高能源利用率，減少碳化物及有害氣體的排放。與集中式發(fā)電、遠(yuǎn)程送電比較，CCHP可以大大提高能源利用率，CCHP的能源利用率可以達(dá)到90%，沒(méi)有輸電損耗。另外，CCHP在降低碳和污染空氣的污染物方面有很大潛力。專家估計(jì)，如果現(xiàn)有建筑實(shí)施CCHP的比例從4%提高到8%，到2020年二氧化碳的排放量將減少80%。天然氣冷熱電三聯(lián)供可以在生產(chǎn)電力的同時(shí)，同時(shí)滿足供熱、制冷方面的需求。本文具體研究?jī)?nèi)容分四部分：第一部分，天然氣冷熱電三聯(lián)供的特點(diǎn)及目前應(yīng)用狀況背景。第二部分，天然氣冷熱電

25、三聯(lián)供主要形式、原理以及其主要構(gòu)造的功能。通過(guò)冷熱電三聯(lián)供和三分供作比較，得出三聯(lián)供節(jié)能的條件，為是否采取三聯(lián)供系統(tǒng)提出依據(jù)。第三部分，北京燃?xì)獯髽侨粴饫錈犭娙?lián)供實(shí)際案例分析,與上海黃浦區(qū)中心中心醫(yī)院停用作比較，分析天然氣冷熱電三聯(lián)供易出問(wèn)題的情況及解決方法。第四部分，天然氣冷熱電三聯(lián)供出現(xiàn)的問(wèn)題、解決方式及應(yīng)用前景。第2章形式多樣的天然氣冷熱電三聯(lián)供冷熱電三聯(lián)供的工作原理冷熱電三聯(lián)供是一種建立在能量梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，將制冷、制熱及發(fā)電過(guò)程一體化的總能系統(tǒng)。其最大的特點(diǎn)就是對(duì)不同品質(zhì)的能量進(jìn)行梯級(jí)利用，溫度比較高的、具有較大可用能的熱能用來(lái)被發(fā)電，而溫度比較低的低品位熱能則被用來(lái)供熱或是制

26、冷。這樣做不僅提高了能源的利用效率，而且減少了碳化物和有害氣體的排放，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。典型的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)通常由發(fā)電設(shè)備、制冷系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)三部分組成。以天然氣為一次能源的內(nèi)燃機(jī)為例，說(shuō)明冷熱電三聯(lián)供的工作原理，原理如圖2.1所示。圖2.1冷熱電三聯(lián)供工作原理圖此系統(tǒng)以內(nèi)燃機(jī)為原動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和熱泵。內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的可用熱量分為兩部分，一部分用于驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)，一部分用來(lái)?yè)Q熱器加熱水。另外熱泵系統(tǒng)中冷凝散熱Qc也可用來(lái)加熱水。冷熱電三聯(lián)供與三分供的比較優(yōu)勢(shì)冷熱電三聯(lián)供是以熱電廠為中心，向外供應(yīng)冷、熱、電三種能量產(chǎn)品的系統(tǒng)。冷熱電三分供是指分別以鍋爐房對(duì)外供熱、純發(fā)電廠對(duì)外供電、電動(dòng)

27、制冷機(jī)對(duì)外供冷的能量系統(tǒng)。熱電冷三聯(lián)產(chǎn)與三分產(chǎn)能耗比較。三聯(lián)供與三分供能耗比較的基準(zhǔn)為供給用戶處的熱、電、冷相同，以煤為燃料的三分供與三聯(lián)供之間一次能耗差即煤耗差，可以反映二者的節(jié)能情況，以下內(nèi)容將圍繞著該煤耗差展開(kāi)分析。為分析問(wèn)題方便起見(jiàn)，本文將三分供與三聯(lián)供的煤耗差分解成供冷、供熱、供電三部分進(jìn)行分析討論。三聯(lián)供與三分供煤耗差。三聯(lián)供與三分供煤耗差等于兩者在供熱、供電、供冷三方面煤耗差(均以標(biāo)煤計(jì))之和，用公式表示為AB二AB+AB+AB(2.1)rdl式中AB鍋爐房與熱電廠供熱煤耗差，kg/h;rAB純發(fā)電廠與熱電廠供電煤耗差，kg/h;dAB電力供冷與聯(lián)產(chǎn)供冷煤耗差，kg/h;l以下對(duì)

28、供熱、供電、供冷三種煤耗差依次進(jìn)行分析討論7。鍋爐房與熱電廠供熱煤耗差。鍋爐房與熱電廠供熱煤耗差主要是由于鍋爐房與熱電廠供熱效率不同而產(chǎn)生的煤耗差，計(jì)算公式如下：AB=0.1228Q(2.2)rr葉葉葉葉grrwgrrw式中0.1228系數(shù)Q夏季(或冬季、全年)各供熱系統(tǒng)平均熱負(fù)荷，kw；r耳，耳分別為熱電廠和鍋爐房供熱效率；grgr耳，耳分別為熱電廠和鍋爐房熱網(wǎng)效率；rwrw由公式(2.2)可知，當(dāng)Q不變時(shí)，ABr隨耳耳的增大而增大，隨qq的rgrrwgrrw增大而減小。一般情況下熱電廠與鍋爐房相比具有優(yōu)勢(shì)7。純發(fā)電廠與熱電廠供電煤耗差。純發(fā)電廠與熱電廠均通過(guò)電網(wǎng)向用戶供電，供電效率按熱電廠

29、供電功率計(jì)算。純發(fā)電廠與熱電廠供電煤耗差計(jì)算公式如下：bbAB=P(1-)d-r(2.3)d1-1-ii式中P夏季(或冬季、全年)熱電廠平均發(fā)電功率，kw；熱電廠全廠自用電率，一般可取0.12-0.16；b，b分別為電廠和熱電廠供電煤耗，kg/(kw-h)；dr電廠至用戶間輸變電線耗損率；i熱電廠至用戶間輸變電線耗損率；i從公式(2.3)可知當(dāng)不考慮供電量p(1-)的變化和，的差別時(shí)ABiid主要取決于純發(fā)電廠與熱電廠的供電煤耗差（b-b）,由于目前作為比較標(biāo)準(zhǔn)的drb在某個(gè)地區(qū)某個(gè)時(shí)期內(nèi)為定值，當(dāng)b0，即熱電廠供電節(jié)能drdd7。供電煤耗差與熱電機(jī)組的形式，參數(shù)，容量有關(guān)，其中與熱、冷負(fù)荷有

30、著很大的關(guān)系。由于冷、熱負(fù)荷較小時(shí)熱電機(jī)組供電煤耗較高，而冷、熱負(fù)荷較大時(shí)供電煤耗較低，所以只有保持在一定的冷、熱負(fù)荷條件下才能使熱電組供電煤耗差b0。當(dāng)夏季熱負(fù)荷較小時(shí)，熱電機(jī)組供電煤耗較高，此時(shí)bb,b0。在夏季熱負(fù)荷為Q=0時(shí)，電冷聯(lián)產(chǎn)與電冷分產(chǎn)相比需要有較大的冷負(fù)dr荷才能使厶b0，具有節(jié)能性。當(dāng)冬季冷負(fù)荷Q=0時(shí)，熱電聯(lián)產(chǎn)與熱電分產(chǎn)相dl比也需要有較大的Q才能使b0。由此可知當(dāng)Q、Q都比較大時(shí)，熱電機(jī)組rdrl實(shí)行三聯(lián)產(chǎn)對(duì)供電節(jié)能特別有利。（3）電力供冷與聯(lián)供供冷煤耗差。聯(lián)供供冷與電力供冷的冷媒介質(zhì)均為冷水，其冷卻方式均為水冷式，并假定制冷站均位于與電廠或熱電廠保持一定距離的空調(diào)用戶

31、區(qū)。電力供冷與聯(lián)供供冷媒耗差計(jì)算公式如下:QbAn0.1228nbAB=AB-B-B=d甘-rdr（2.4）ll,dl,xr,d耳1-&gq耳gq耳lwigrrwlrwllz式中AB電力供冷與聯(lián)產(chǎn)供冷用電煤耗差，kg/h；l,dB溴化鋰制冷機(jī)用熱煤耗差，kg/h；l,xB熱電廠增加產(chǎn)汽用電煤耗差，kg/h；r,dQ夏季（或冬季、全年）各空調(diào)系統(tǒng)平均冷負(fù)荷，kw；lAn電力供冷與聯(lián)產(chǎn)供冷電耗率之差，kg/h；xtg溴化鋰制冷機(jī)熱力系數(shù)；q一次蒸汽熱網(wǎng)效率；rwlq制冷站熱效率；lzq冷網(wǎng)效率；lw供冷電耗率為單位冷負(fù)荷電耗。電力供冷與聯(lián)產(chǎn)供冷電耗率之差等于電力供冷電耗率減去聯(lián)產(chǎn)供冷電耗率。電力供

32、冷電耗率包括壓縮式制冷主機(jī)和冷卻水系統(tǒng)電耗率，通常平均值前者可取0.2135kw/kw（C0P=4.6838），后者（冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)）可取0.0317kw/kw；聯(lián)產(chǎn)供冷電耗率包括溴化鋰制冷主機(jī)和冷卻水系統(tǒng)電耗率，通常平均值前者可取0.0075kw/kw，后者可取0.0474kw/kw。兩者供冷方式的冷水系統(tǒng)電耗率基本相同，故計(jì)算電耗率之差時(shí)不必考慮。由此可得一般情況下兩種供冷方式電耗率平均之差A(yù)nxt=0.1903kw/kw。Anxt隨制冷系數(shù)、溴化鋰制冷主機(jī)電耗率、吸收式冷卻水系統(tǒng)電耗率的增大而減小，隨壓縮式冷卻水系統(tǒng)電耗率的增大而增大8。由以上分析可知一般情況下供熱節(jié)煤量Br0,且

33、隨Q的增大而增大，隨lQr的增大可能稍有增大；供電節(jié)煤量Bd0,且隨冷、熱負(fù)荷的增大而增大；供冷耗煤量BlVO,且隨冷負(fù)荷的增大而大幅度減小，但隨熱負(fù)荷的增大而稍有增大。所以，根據(jù)公式(2.1)有BO,BVO,B=0即三聯(lián)產(chǎn)與三分產(chǎn)相比有節(jié)能、耗能、不節(jié)能也不耗能三種情況。從AB)可得三聯(lián)產(chǎn)與三分產(chǎn)相比的節(jié)能條件為：(B+B)/B|rdl節(jié)能條件為供熱節(jié)煤量加供電節(jié)煤量之和大于供冷耗煤量。三聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能條件和判斷依據(jù)也是用于電冷聯(lián)產(chǎn)與電冷分產(chǎn)或熱電聯(lián)產(chǎn)與熱電分產(chǎn)相比的節(jié)能性分析。冷熱電三聯(lián)供能量流程如圖2.2。圖2.2冷熱電三聯(lián)供模型圖天然氣冷熱電三聯(lián)供與其它燃料相比的優(yōu)勢(shì)與燃煤相比,天然氣作為

34、能源利用的途徑有熱電聯(lián)合、熱電冷三聯(lián)供、民用炊事、商用直燃空調(diào)和鍋爐燃料四個(gè)方面。天然氣的熱電冷三聯(lián)供就是通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)先發(fā)電，然后當(dāng)溫度下降至700度，入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，這些蒸汽可以用來(lái)發(fā)電也可以用于工藝?yán)?。?dāng)余熱蒸汽再供熱或制冷叫冷熱電三聯(lián)供。天然氣能源利用的最高效率可達(dá)80%或更高，從熱力學(xué)第一定律來(lái)說(shuō)，由于天然氣的燃燒產(chǎn)物的排煙溫度可以降到40度，而燃煤鍋爐排煙溫度在130-160度以上。所以第一定律的效率比燃煤的熱電冷三聯(lián)供更高。從熱力學(xué)第二定律來(lái)說(shuō)，在燃?xì)廨啓C(jī)中有30%-40%的能量直接轉(zhuǎn)化為電能，一次的轉(zhuǎn)化效率就已經(jīng)高于一般火電廠的鍋爐蒸汽輪機(jī)機(jī)組了，再加上排氣的能量用于加熱或

35、制冷，使能量達(dá)到梯級(jí)利用，這就使能量利用效率達(dá)到最高，也就是天然氣熱電冷三聯(lián)供的供能價(jià)格比燃煤還有競(jìng)爭(zhēng)力的根本原因。此外，還具有輔助設(shè)備少，無(wú)需固體的制備設(shè)備、固體廢渣清除設(shè)備、除塵設(shè)備以及大功率的風(fēng)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)可以改善工作環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，省時(shí)省人力。天然氣在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的能影響人類呼吸系統(tǒng)健康的物質(zhì)極少，產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤的40%左右，產(chǎn)生的二氧化硫也很少。其在燃燒后無(wú)廢渣、廢水產(chǎn)生，相較于煤炭、石油等能源具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢(shì)。因此，其未來(lái)發(fā)展前景十分廣闊，且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，大有成為工業(yè)燃料支柱的可能。煤炭屬于不可再生資源，加之其自身能效低、污染大的缺點(diǎn)，其雖然一直

36、穩(wěn)坐工業(yè)燃料主力位置，但其未來(lái)發(fā)展空間不容樂(lè)觀，且大有走下坡路的趨勢(shì)。即便近年來(lái)煤炭技術(shù)得到不斷發(fā)展和推廣，也未能徹底解決該問(wèn)題。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，中國(guó)煤炭探明儲(chǔ)量?jī)H供開(kāi)采100年9。與燃油相比，2005到2006年間，燃料油消費(fèi)量攀升至頂峰后開(kāi)始逐年萎縮，尤其在2007到2008年兩年間，國(guó)際上受到不斷走高的國(guó)際油價(jià)和金融風(fēng)暴沖擊，加上國(guó)內(nèi)燃料油消費(fèi)稅的征收、人民幣升值和新勞動(dòng)法的出臺(tái)，使得中國(guó)珠江三角洲和長(zhǎng)江三角洲的出口型制造業(yè)逐漸進(jìn)入洗牌和轉(zhuǎn)型當(dāng)中，工業(yè)用戶對(duì)燃料油的需求明顯放緩。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2008年中國(guó)燃料油消費(fèi)量為3664萬(wàn)噸左右，相比2007年大幅下滑16%，2009年又在此基礎(chǔ)上

37、繼續(xù)下滑至3440萬(wàn)噸左右10。此外，2009年出臺(tái)的石化振興規(guī)劃，其中提到要“淘汰100萬(wàn)噸及以下低效低質(zhì)落后煉油裝置，積極引導(dǎo)100萬(wàn)-200萬(wàn)噸煉油裝置關(guān)停并轉(zhuǎn)，防止以瀝青、重油加工等名義新建煉油項(xiàng)目”，從中也可以看出國(guó)家對(duì)燃料油的打壓決心。而展望未來(lái)，受國(guó)際方面原油價(jià)格未來(lái)看漲和外部需求萎縮沖擊，以及國(guó)內(nèi)珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲等以外向型經(jīng)濟(jì)為主的東南沿海工業(yè)增速減弱和“北上西進(jìn)”新的工業(yè)格局形成的利空影響，未來(lái)5年中國(guó)燃料油需求預(yù)計(jì)平均每年將以56%的幅度遞減。而其中珠江三角洲地區(qū)，再受到“西氣東輸”二線開(kāi)通的沖擊，預(yù)計(jì)平均每年將以2030%的高速縮減a。2.4天然氣冷熱電三聯(lián)供的主要

38、形式天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)分類按照供應(yīng)范圍可以分為區(qū)域型（DCHP）和樓宇型（BCHP）兩種。區(qū)域型系統(tǒng)主要是針對(duì)各種工業(yè)、商業(yè)或科技園區(qū)等較大的區(qū)域，設(shè)備一般采用容量較大的機(jī)組，還要考慮冷熱電供應(yīng)的外網(wǎng)設(shè)備，往往是需要建設(shè)獨(dú)立的能源供應(yīng)中心。區(qū)域型冷熱電三聯(lián)供通常采用大中型燃?xì)廨啓C(jī)推動(dòng)燃?xì)馔钙桨l(fā)電，做完功后的燃?xì)馕矚膺€高達(dá)ioooc，進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，蒸汽再推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，并抽取中間再熱蒸汽進(jìn)行吸收式制冷，燃?xì)馕矚夂驼羝ζ苯蛹訜嵘顭崴Ｆ涮攸c(diǎn)是規(guī)模較大，一般在100MW以上，所發(fā)電力一般全部上網(wǎng)出售給電網(wǎng)公司。區(qū)域性冷熱電三聯(lián)供主要應(yīng)用于新建工業(yè)園區(qū)、電力及冷熱負(fù)荷高度集中商業(yè)區(qū)，

39、其應(yīng)該明確定位于調(diào)峰發(fā)電為主，結(jié)合區(qū)域規(guī)劃將余溫余熱合理利用。應(yīng)避免片面追求集中供冷、供熱，反而導(dǎo)致冷熱電匹配失衡，出現(xiàn)大馬拉小車問(wèn)題，最終整體效率降低，違背冷熱電三聯(lián)供實(shí)質(zhì)。樓宇型系統(tǒng)是針對(duì)具有特定功能的建筑物，如寫字樓、商廈、醫(yī)院及某些綜合性建筑所建設(shè)的冷熱電供應(yīng)系統(tǒng)，一般僅需容量較小的機(jī)組，機(jī)房往往布置在建筑物內(nèi)部，不需考慮外網(wǎng)建設(shè)。樓宇型冷熱電三聯(lián)供即通常所說(shuō)分布式能源系統(tǒng)，通常是針對(duì)某一棟或幾棟建筑物的能源供應(yīng)系統(tǒng)，典型的應(yīng)用場(chǎng)所包括大型商廈、酒店、醫(yī)院等。樓宇型冷熱電三聯(lián)供規(guī)模一般在幾十千瓦到五十千瓦，采用?。ㄎⅲ┬腿?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)作為發(fā)電動(dòng)力設(shè)備，燃機(jī)尾氣或內(nèi)燃機(jī)缸套循環(huán)水作

40、為吸收式制冷或供熱。樓宇型冷熱電三聯(lián)供應(yīng)定位于供熱（冷）為主、發(fā)電為輔的“以熱（冷）定電”模式，所發(fā)電量一般不超過(guò)總用電負(fù)荷的30%，所發(fā)電量全部自用，不足電量由電網(wǎng)補(bǔ)充11。2.5多樣的天然氣冷熱電發(fā)電機(jī)組形式2.5.1蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組原理是由高溫高壓蒸汽帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，做功后的低品位的汽輪機(jī)抽汽或背壓排汽用于供熱或制冷。由此機(jī)組也一般有兩種，一種是背壓式機(jī)組，另一種是抽汽式機(jī)組。背壓式機(jī)組不設(shè)冷凝器，用汽輪機(jī)尾部的余熱作為熱源，需要穩(wěn)定的熱負(fù)荷才能正常發(fā)電，其優(yōu)點(diǎn)是熱效率高。而抽汽式機(jī)組設(shè)置冷凝器，在汽輪機(jī)的中段抽取一定壓力（一般在1.0MPa左右）蒸汽作為熱源，其優(yōu)點(diǎn)是熱負(fù)荷可靈活

41、調(diào)節(jié)，但熱效率比背壓式機(jī)組低。機(jī)組充分利用了汽輪發(fā)電機(jī)梯級(jí)做功的原理，能夠提高發(fā)電機(jī)組的熱效率，純凝汽式發(fā)電機(jī)組的熱效率一般為25%30%,而熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總熱效率則在45%以上。由于蒸汽輪機(jī)機(jī)組需要用到鍋爐提供高溫高壓蒸汽，所以一般在煤改氣的熱電聯(lián)產(chǎn)中得以應(yīng)用。2.5.2燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室和汽輪機(jī)組成。壓氣機(jī)將空氣壓縮進(jìn)入燃燒室，在燃燒室內(nèi)與噴入的燃?xì)饣旌先紵笤谄啓C(jī)里膨脹，驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使其驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣溫度很高（一般在500C以上），是很好的驅(qū)動(dòng)熱源，可以用來(lái)制冷，也可以進(jìn)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽再供熱或制冷。另外，煙氣也可以不全部用來(lái)發(fā)電，而是部分

42、用于工藝，這樣它的總熱效率可達(dá)80%或更高。此外其工作效率高。富余的焦?fàn)t煤氣可帶動(dòng)2臺(tái)2000kW的燃?xì)廨啓C(jī)，其尾氣又可帶動(dòng)2臺(tái)6.5t/h的余熱鍋爐。燃?xì)獍l(fā)電效率21%,余熱鍋爐熱效率44%,總熱效率65%。相應(yīng)的蒸汽輪機(jī)方案發(fā)電熱電轉(zhuǎn)換率只有28%左右，裝機(jī)容量也只有3500kW；投資小，占地少，投資回收期短。2000年的單位投資為3492元/kW,而蒸汽輪機(jī)發(fā)電的單位投資為5500元/kW；啟動(dòng)迅速，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，維修工作量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，燃料適應(yīng)范圍廣；燃?xì)廨啓C(jī)的容量范圍也很寬，小有幾十到數(shù)百千瓦的微型燃?xì)廨啓C(jī)，大到300MW以上的大型燃?xì)廨啓C(jī)。因而燃?xì)廨啓C(jī)正日益取代

43、汽輪機(jī)在熱電聯(lián)產(chǎn)中的地位。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置除了燃?xì)廨啓C(jī)的簡(jiǎn)單循環(huán)形式外，還有一種聯(lián)合循環(huán)的形式，即燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)把具有較高平均吸熱溫度的燃?xì)廨啓C(jī)與具有較低平均放熱溫度的蒸汽輪機(jī)結(jié)合起來(lái)，使燃?xì)廨啓C(jī)的高溫尾氣進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并使蒸汽在汽輪機(jī)中繼續(xù)作功發(fā)電，其抽汽或背壓排汽用于供熱和制冷，達(dá)到揚(yáng)長(zhǎng)避短、相互彌補(bǔ)的目的，使整個(gè)聯(lián)合循環(huán)的熱能利用水平較簡(jiǎn)單循環(huán)有了明顯提高。從城市天然氣工程中可以看到，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的凈效率已達(dá)48%58%，并且正向著60%的目標(biāo)邁進(jìn)。燃?xì)廨啓C(jī)的這兩種循環(huán)形式都有各自的特點(diǎn)和適用范圍。聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)初投資較高，占地面積較大，但具有較強(qiáng)

44、的靈活性，熱電產(chǎn)出比可通過(guò)控制抽汽量方便地調(diào)節(jié)，故適用于大型的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單循環(huán)系統(tǒng)初投資低，占地面積小，熱電聯(lián)產(chǎn)可調(diào)性差，則適用于負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定、小型的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。2.5.4燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃燒式內(nèi)燃機(jī)將燃料天然氣與空氣注入汽缸混合，點(diǎn)火引發(fā)其爆炸做功，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，回收燃燒后的煙氣和各部件的冷卻水的熱量用于熱電聯(lián)產(chǎn)。當(dāng)其規(guī)模較小時(shí)，發(fā)電效率明顯比燃?xì)廨啓C(jī)高，一般在30以上，并且初投資較低，因而在一些小型的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中往往采用這種形式。但是，由于余熱回收復(fù)雜而品質(zhì)又不高，因此不適于供熱溫度要求高的場(chǎng)合。2.5.5燃?xì)怛?qū)動(dòng)的燃?xì)馔馊紮C(jī)外燃機(jī)是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)

45、，又名斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(Stirlingengine)。新型的外燃機(jī)使用氫氣作為工質(zhì)，在四圭寸閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室?nèi)連續(xù)燃燒，通過(guò)加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒，也不更換。外燃機(jī)的主要特點(diǎn)在于：發(fā)電效率高，部分負(fù)荷性能優(yōu)越。目前外燃機(jī)的發(fā)電效率可達(dá)40%，并有望提高到50%。對(duì)于微型的外燃機(jī)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)電效率可達(dá)到30%35%。出力和效率不受海拔高度影響，是一般高原地區(qū)柴油機(jī)效率的150%?？蛇x擇的燃料范圍十分廣泛，包括各種氣體、液體和固體燃料。燃料在汽缸外過(guò)氧連續(xù)燃燒，

46、運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小，排氣中有害成分較少，噪聲較低。余熱易于回收，熱電聯(lián)產(chǎn)綜合效率可達(dá)65%85%,熱電比在1.21.7的范圍。零部件少，活動(dòng)部件少，潤(rùn)滑油耗量少，無(wú)需維護(hù)保養(yǎng)而且保證長(zhǎng)期運(yùn)行。外燃機(jī)尚存在的主要問(wèn)題和缺點(diǎn)是制造成本較高，工質(zhì)密封技術(shù)較難，密封件的可靠性和壽命還存在問(wèn)題12。2.6多樣的天然氣冷熱電三聯(lián)供的制冷設(shè)備2.6.1溴化鋰吸收式制冷機(jī)冷水在蒸發(fā)器內(nèi)被來(lái)自冷凝器減壓節(jié)流后的低溫冷劑水冷卻，冷劑水自身吸收冷水熱量后蒸發(fā)，成為冷劑蒸汽，進(jìn)入吸收器內(nèi)，被濃溶液吸收，濃溶液變成稀溶液。吸收器里的稀溶液，由溶液泵送往熱交換器、熱回收器后溫度升高，最后進(jìn)入再生器，在再生器中稀溶液被加熱，

47、成為最終濃溶液。濃溶液流經(jīng)熱交換器，溫度被降低，進(jìn)入吸收器，滴淋在冷卻水管上，吸收來(lái)自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽，成為稀溶液。另一方面，在再生器內(nèi)，外部高溫水加熱溴化鋰溶液后產(chǎn)生的水蒸汽，進(jìn)入冷凝器被冷卻，經(jīng)減壓節(jié)流，變成低溫冷劑水，進(jìn)入蒸發(fā)器，滴淋在冷水管上，冷卻進(jìn)入蒸發(fā)器的冷水。該系統(tǒng)由兩組再生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、熱交換器、溶液泵及熱回收器組成，并且依靠熱源水、冷水的串聯(lián)將這兩組系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)對(duì)高溫側(cè)、低溫側(cè)溶液循環(huán)量和制冷量的最佳分配，實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、濃度等參數(shù)在兩個(gè)循環(huán)之間的優(yōu)化配置，并且最大限度的利用熱源水的熱量，使熱水溫度可降到66C。以上循環(huán)如此反復(fù)進(jìn)行，最終達(dá)到制取低

48、溫冷水的目的。溴化鋰的性質(zhì)與食鹽相似，屬鹽類。它的沸點(diǎn)為1265C，故在一般的高溫下對(duì)溴化鋰水溶液加熱時(shí)，可以認(rèn)為僅產(chǎn)生水蒸氣，因而系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單。溴化鋰具有極強(qiáng)的吸水性，但溴化鋰在水中的溶解度是隨溫度的降低而降低的，溶液的濃度不宜超過(guò)66，否則運(yùn)行中，當(dāng)溶液溫度降低時(shí)，將有溴化鋰結(jié)晶析出的危險(xiǎn)性，破壞循環(huán)的正常運(yùn)行。溴化鋰水溶液的水蒸氣分壓，比同溫度下純水的飽和蒸汽壓小得多，故在相同壓力下，溴化鋰水溶液具有吸收溫度比它低得多的水蒸氣的能力，這是溴化鋰吸收式制冷機(jī)的機(jī)理之一。由于溴化鋰吸收式制冷機(jī)對(duì)熱源參數(shù)要求低、適應(yīng)性強(qiáng)，而且消耗電能少，所以在我國(guó)現(xiàn)階段的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中最為常見(jiàn)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)熱源

49、的不同，可分為蒸汽型、直燃型、熱水型、余熱型和復(fù)合熱源型，可視熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)物選取不同機(jī)型。盡管如此，溴化鋰溶液易結(jié)晶的特性和機(jī)組能效比偏低的缺點(diǎn)卻在一定程度上制約了溴化鋰吸收式機(jī)組的發(fā)展。2.6.2氨吸收式制冷機(jī)氨吸收式制冷機(jī)以氨-水作為工質(zhì)時(shí)，其工作原理與溴化鋰式有相似之處?？梢岳玫推肺粺崮苁鼓茉吹玫胶侠砝?。氨吸收式制冷機(jī)所消耗的能量主要是熱能，而所需溫度只要在80C以上就能利用。其優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面：1、節(jié)電，氮吸收式制冷機(jī)除了為驅(qū)動(dòng)溶液泵要消耗極少量電能外，其它設(shè)備都不需要電能。2、設(shè)備制造容易，除泵以外，系統(tǒng)內(nèi)主要是一些熱質(zhì)交換設(shè)備，對(duì)加工工藝的要求不高，一般具有壓力容器制造許可

50、證的工廠都能生產(chǎn)，所以便于推廣。3、運(yùn)行平穩(wěn)可靠，操作簡(jiǎn)單，便于調(diào)節(jié)系統(tǒng)能在各種負(fù)荷條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)冷負(fù)荷在范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，設(shè)備的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能都能保持平穩(wěn)，即操作彈性大，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。4、嗓聲小，由于運(yùn)動(dòng)部件只有泵，系統(tǒng)內(nèi)也沒(méi)有高速氣流，所以運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)和噪音都較小，有益于操作工人的身心健康和環(huán)境保護(hù)。5、易于維修，因?yàn)槌靡酝?，沒(méi)有其它運(yùn)動(dòng)部件，容易維護(hù)，運(yùn)行周期長(zhǎng)，檢修次數(shù)少，潤(rùn)滑油等也可節(jié)省，因此維修費(fèi)用低。6、可以在一臺(tái)機(jī)組上實(shí)現(xiàn)多個(gè)蒸發(fā)結(jié)果，根據(jù)用戶對(duì)制冷溫度的不同要求，可在一套設(shè)備中產(chǎn)生多種溫度的冷量，使機(jī)組充分發(fā)揮作用，減少初投資。7、單臺(tái)機(jī)組的制冷量可以達(dá)到很大，迄今為止，世界上

51、最大的單臺(tái)機(jī)組安裝在蘇聯(lián)，為其它任何制冷系統(tǒng)所不及。8、系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有潤(rùn)滑油，有利于各換熱設(shè)備內(nèi)保持傳熱而的沽凈，增強(qiáng)傳熱13。9、能制取0C以下冷量而不易結(jié)晶，對(duì)除了銅以外的金屬基本無(wú)腐蝕性，系統(tǒng)的體積也較小。綜上所述，氨吸收式制冷機(jī)的最大特點(diǎn)在于可以利用低品位的余熱，使能源得到充分合理利用，并可大量節(jié)省電力，這對(duì)緩和電力供需矛盾意義重大。所以它在那些既需冷量較多，又有余熱或熱電聯(lián)產(chǎn)的企業(yè)中特別適用。第3章天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用案例分析天然氣冷熱電三聯(lián)供工程實(shí)例介紹北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)指揮調(diào)度中心大樓，位于北京市西直門南小街。北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)指揮調(diào)度中心大樓三聯(lián)供系統(tǒng)，是北京市第一個(gè)利用天然氣冷

52、、熱、電三聯(lián)供的示范工程。大樓建筑面積3.2萬(wàn)m2,建筑物高度42m，地上10層，地下2層。大樓的用電負(fù)荷1001000kW,平均用電負(fù)荷400800kW,需冷量5003000kW,采暖需熱量5502700kW。該系統(tǒng)配置480kW和725kW發(fā)電機(jī)各一臺(tái)，制冷量1163kW和2326KW余熱型直燃機(jī)各一臺(tái)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電供大樓自用,并聯(lián)直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī),回收利用內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的煙氣和缸套冷卻水中的余熱，冬季采暖，夏季制冷。由于回收的余熱量不能滿足系統(tǒng)最大供熱量/制冷量的需求，不足部分利用余熱直燃機(jī)組補(bǔ)燃解決。該樓不僅作為北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)的總部辦公樓，同時(shí)還是北京市天然氣管網(wǎng)監(jiān)控和調(diào)度中心，以

53、及天然氣用戶報(bào)裝、報(bào)修、IC卡結(jié)算中心。樓內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管新風(fēng)的中央空調(diào)系統(tǒng)，夏季用冷、冬季用熱的同時(shí)，也需要大量的電力供應(yīng)，其條件適合建設(shè)以燃?xì)獍l(fā)電為主的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。北京燃?xì)獯髽侨?lián)供系統(tǒng)是采用燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組與煙氣熱水型吸收式空調(diào)機(jī)組直接對(duì)接工藝的系統(tǒng)。從2004年8月北京燃?xì)獯髽抢錈犭娙?lián)供系統(tǒng)試運(yùn)行成功以后，在北京恩耐特分布能源技術(shù)有限公司的管理下，該項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定可靠，保證了燃?xì)獯髽侨甑睦洹?、電能源供?yīng)。實(shí)例工程實(shí)施情況工程進(jìn)程：1999年三聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了技術(shù)方案論證、系統(tǒng)設(shè)備招標(biāo)、工程設(shè)計(jì)及安裝施工。2003年8月系統(tǒng)安裝基本完成，開(kāi)始進(jìn)行設(shè)備及系統(tǒng)調(diào)試。2003年9

54、月燃?xì)饧瘓F(tuán)遷入新建的指揮調(diào)度中心大樓。2003年冬季發(fā)電設(shè)備調(diào)試期間，由余熱直燃機(jī)補(bǔ)燃供暖。2004年夏季三聯(lián)供系統(tǒng)開(kāi)始聯(lián)合運(yùn)行，夏季同時(shí)供電、供冷，冬季同時(shí)供電、供熱。本工程是北京市第一個(gè)利用天然氣進(jìn)行冷熱電三聯(lián)供并投入實(shí)際運(yùn)行的項(xiàng)目，采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)與余熱直燃機(jī)對(duì)接的新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)多種運(yùn)行模式和運(yùn)行工況。實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)的發(fā)電效率和能源綜合利用率均較高，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等方面取得了很好的效果，有力地推動(dòng)了首都燃?xì)饫錈犭娐?lián)供技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用14。通過(guò)對(duì)冬季供熱典型日的分析，北京燃?xì)獯髽侨?lián)供系統(tǒng)為大樓提供電力10050.1kWh，耗氣4286.7ms，供熱20058.9kWh，

55、其中余熱供熱約占65%；在夏季制冷季節(jié)典型日分析中，北京燃?xì)獯髽侨?lián)供系統(tǒng)為大樓提供電力11536kWh，耗氣4153.5ms，供冷19961.3kWh，其中余熱供冷約占到94%。燃?xì)獯髽侨細(xì)鈨?nèi)燃機(jī)與煙氣熱水型吸收式空調(diào)機(jī)組直接對(duì)接，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，整體系統(tǒng)效率較高，并能較好適應(yīng)負(fù)荷變化14。3.3工程應(yīng)用評(píng)價(jià)北京燃?xì)饧瘓F(tuán)生產(chǎn)指揮調(diào)度大樓是全北京市的天然氣管網(wǎng)監(jiān)控和指揮調(diào)度中心，同時(shí)是集團(tuán)總部辦公所在地。在建設(shè)初期，為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能、環(huán)保的能源政策，促進(jìn)先進(jìn)能源利用技術(shù)的發(fā)展，也為了開(kāi)發(fā)天然氣資源合理利用的途徑，經(jīng)多方論證，北京燃?xì)饧瘓F(tuán)決定在生產(chǎn)指揮調(diào)度大樓建設(shè)天然氣冷熱電三聯(lián)供系

56、統(tǒng)，滿足大樓用電、供熱、供冷的需要。經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行實(shí)踐，北京燃?xì)饧瘓F(tuán)生產(chǎn)指揮調(diào)度大樓三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，供電質(zhì)量較高，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行良好。運(yùn)行期間曾有數(shù)次中心大樓所在區(qū)域市網(wǎng)停電，但是在三聯(lián)供系統(tǒng)的支持下，大樓仍正常運(yùn)行。因此三聯(lián)供系統(tǒng)不僅為大樓內(nèi)的工作人員提供了舒適的工作環(huán)境，還保障了燃?xì)馍a(chǎn)指揮調(diào)度中心的安全運(yùn)行。本工程三聯(lián)供系統(tǒng)在發(fā)電的同時(shí)，利用余熱供熱制冷，應(yīng)計(jì)入節(jié)省的供熱制冷費(fèi)用。以此基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，無(wú)論與何種供熱方式相比，發(fā)電成本均低于市電價(jià)格。因此，三聯(lián)供系統(tǒng)，在采暖期和制冷期運(yùn)行，將余熱利用節(jié)省的費(fèi)用計(jì)入發(fā)電成本，經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的14。除了北京燃?xì)獯髽遣捎锰烊粴饫錈犭娙?lián)供系

57、統(tǒng)外，還有很多地方采用此系統(tǒng)，例如上海黃浦區(qū)中心醫(yī)院。上海黃浦區(qū)中心醫(yī)院選擇冷熱電三聯(lián)供方案是由于當(dāng)時(shí)上海地區(qū)電力緊張，作為醫(yī)院需要一個(gè)穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，故而選擇了自發(fā)電這種方式，發(fā)電的余熱充分利用的情況下，選擇了冷熱電三聯(lián)供的方案，運(yùn)行純商業(yè)行為。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不并網(wǎng)或上網(wǎng)，整個(gè)建筑物完全依靠自發(fā)電解決,市電作為備用電力。該系統(tǒng)于2001年就被迫停止運(yùn)行，原因歸結(jié)為以下四點(diǎn)：1、運(yùn)行隱患大。出現(xiàn)故障時(shí)，市網(wǎng)電與自發(fā)電切換，出現(xiàn)短暫的停電現(xiàn)象，不能保證使用方的用電品質(zhì)。2、設(shè)備檢修困難，檢修費(fèi)用昂貴。僅換四個(gè)銷子就要用800美元。機(jī)組簡(jiǎn)單的維修就要花去4萬(wàn)元人民幣。3、運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，使用方承受困難。

58、4、機(jī)組運(yùn)行時(shí)噪聲大，震動(dòng)大。對(duì)比上海黃浦區(qū)中心醫(yī)院，北京燃?xì)獯髽强梢猿掷m(xù)運(yùn)行原因歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：運(yùn)行期間電力并網(wǎng)。即除去用天然氣產(chǎn)生工作用電外還聯(lián)有電網(wǎng)，當(dāng)天然氣不足或者天然氣管道需要維修斷氣時(shí)，可以切換到外部電網(wǎng)，確保燃?xì)獯髽堑墓ぷ髡＿\(yùn)行；燃?xì)獯髽沁\(yùn)行不屬于商業(yè)運(yùn)行，不用考慮效益問(wèn)題，純屬于滿足自身的使用功能；管理模式正規(guī)化，專門有管理監(jiān)督此系統(tǒng)運(yùn)行的人員，確保此大樓運(yùn)行通暢。第4章天然氣冷熱電三聯(lián)供的應(yīng)用前景4.1天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)適用的范圍綜合上述分析熱電冷三聯(lián)供滿足以下場(chǎng)所：（1）有較穩(wěn)定的冷熱負(fù)荷；（2）有較高的電價(jià)和較低的天然氣價(jià)格；（3）較為嚴(yán)格的天然氣保護(hù)要求；（4

59、）需要有事故備用電源；（5）天然氣供應(yīng)充足；（6）電力緊張而有自發(fā)電的必要；（7）自發(fā)電力可以并網(wǎng)或上網(wǎng)；（8）本身建筑規(guī)模適宜使用該系統(tǒng)；三聯(lián)供系統(tǒng)主要應(yīng)用在醫(yī)院、超級(jí)市場(chǎng)、辦公大樓、機(jī)場(chǎng)、體育中心、酒店、部分高檔居民小區(qū)、學(xué)校以及部分工業(yè)用戶等。因?yàn)檫@些建筑物和場(chǎng)所的熱負(fù)荷相對(duì)比較穩(wěn)定，對(duì)供電穩(wěn)定性的要求很高。目前存在的主要問(wèn)題未來(lái)一段時(shí)期，經(jīng)濟(jì)社會(huì)將繼續(xù)保持平穩(wěn)快速增長(zhǎng)，城市化進(jìn)程加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，供熱的供需矛盾日益突出，資源環(huán)境對(duì)供熱發(fā)展的約束越來(lái)越大，改善民生對(duì)供熱發(fā)展的要求越來(lái)越高，運(yùn)行調(diào)控的難度進(jìn)一步加大。（一）供熱需求越來(lái)越大。按照城市發(fā)展規(guī)劃，到2020年達(dá)到9億平方米

60、，年均增長(zhǎng)2500萬(wàn)平方米。從實(shí)際發(fā)展情況看，2000-2006年全市城鎮(zhèn)供熱面積年均增加3200萬(wàn)平方米，年均增長(zhǎng)7.5%。特別是2005年以來(lái)，全市城鎮(zhèn)供熱面積年均增加超過(guò)4000萬(wàn)平方米。預(yù)計(jì)未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，我市用熱需求將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)15。（二）城市熱源能力不足。冬季集中供暖隨著城市化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，遭遇了熱源不足的問(wèn)題，去年這個(gè)問(wèn)題就比較突出，在今后的幾年中，這個(gè)問(wèn)題將會(huì)更加突出，熱源不足已經(jīng)嚴(yán)重影響了我國(guó)集中供暖事業(yè)的發(fā)展。（三）供熱設(shè)施運(yùn)行效率低下。目前，我國(guó)供熱設(shè)施存在的突出問(wèn)題是設(shè)施配置極不合理，供熱資源浪費(fèi)嚴(yán)重，以北京為例。北京的供熱是以單位后勤部門自行管理為主的管理體制