摘要：分析了天然氣三聯(lián)供方式的主要技術(shù)特征、介紹了國外的應(yīng)用情況同時對應(yīng)用情況的綜合效率進行了技術(shù)經(jīng)濟分析。
關(guān)鍵詞：天然氣；冷熱電三聯(lián)供；技術(shù)經(jīng)濟分析
Simple Analysis of Combined Cooling，Heating and Power of Natural Gas
Wang ge，Zhang haisheng
(Foshan Gas Corporation，F(xiàn)oshan 528000，CHina) Abstract: The primary technique characteristics of CCHP of natural gas are analyzed and the applications of overseas are introduced.The sythesis efficiency of CCHP is discussed in the aspects of technology and economy.
Key words: natural gas;CCHP；analysis in the aspects of technology and economy.
0、引言
天然氣冷熱電三聯(lián)供，又稱CCHP(Combined Cooling ，Heating & Power)，它主要是利用十分先進的燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機燃燒潔凈的天然氣進行發(fā)電，對發(fā)電做功后的余熱進一步進行回收，用來制冷、供暖和供應(yīng)生活熱水。這是一種高效節(jié)能環(huán)保的新型能源利用方案，在歐美已有約十年的發(fā)展時期，并方興未艾，被確認是能源將來的發(fā)展方向。
冷熱電三聯(lián)供主要由兩部分組成——發(fā)電系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)，發(fā)電部分以燃氣內(nèi)燃機、燃氣輪機或微燃機為主，近年來還發(fā)展有外燃機和燃料電池。余熱回收部分包括余熱鍋爐和余熱直燃機等。
小型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中的燃氣輪機或其他發(fā)電裝置燃燒天然氣做功，首先是將其中約35%的能量轉(zhuǎn)化為電能，這部分自發(fā)電和市電同時向自身用戶供電；其余大部分能量是在煙氣余熱和缸套水介質(zhì)中，這些熱量被余熱系統(tǒng)回收用來產(chǎn)生所需冷和熱。
系統(tǒng)可由高度智能化的控制系統(tǒng)集中控制，實現(xiàn)發(fā)電機組和余熱回收系統(tǒng)的連鎖運行，對不同的冷熱電負荷情況下按不同的運行方式運行，同時還可接入樓棟控制系統(tǒng)；也可實現(xiàn)無人值守，通過電話線與遠程控制站相連，實現(xiàn)遠程控制。
1、國外應(yīng)用情況介紹
美國是全球發(fā)展新型能源系統(tǒng)的先鋒，1978年開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)，目前除了繼續(xù)堅持發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)之外，正在走向高效利用能源的小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)。美國能源部已經(jīng)提出了小型冷熱電聯(lián)供規(guī)劃。根據(jù)這項規(guī)劃，2005年要建立200個示范點；2010年20%的新建商用、寫字樓類建筑物使用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)；2020年50%新建商用、寫字樓建筑采用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)。
三聯(lián)供系統(tǒng)主要應(yīng)用在醫(yī)院、超級市場、辦公大樓、機場、體育中心、酒店等場所。
目前冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要的燃燒動力裝置以燃氣輪機、燃氣渦輪機為主。燃氣輪機在裝機容量為30～100KW的機組型號和市場方面占絕對優(yōu)勢； 100KW～1MW的市場方面，以燃氣輪機為主，燃氣渦輪機占較小比例；1MW～5MW方面，燃氣輪機和燃氣渦輪機各占一半的比例；裝機容量超過5MW的機組，以燃氣渦輪機為主。
2、技術(shù)特征與效益分析
⑴ 綜合效率高
一般普通的火力發(fā)電系統(tǒng)，輸入熱量按100%計算，扣除送電損失約2%、未利用的排熱約60%、其發(fā)電效率約38%。而對清潔能源天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，同樣輸入熱量按100%，發(fā)電占25%～40%，排熱利用占40%～50%，如果把用電和用熱分配好，綜合效率可以達到70%～80%，而沒利用的排放熱僅為20%～30%。因此，天然氣冷電熱聯(lián)供系統(tǒng)由于增加了排放余熱的利用，其綜合效率比普通的火力發(fā)電系統(tǒng)高約30%～40%。
⑵ 節(jié)省能源
天然氣燃燒可得到1500℃的高溫能源，將這部分能源由高到低進行多階段的利用，可以把制冷、采暖、電力和衛(wèi)生熱水等優(yōu)化整合為一個新的、統(tǒng)一的能源系統(tǒng)，可實現(xiàn)不同形式、不同能量的梯級利用，以獲得整個系統(tǒng)最佳能量綜合利用效果。
⑶ 有利于環(huán)保
天然氣是一種清潔、優(yōu)質(zhì)的能源，特別在環(huán)境方面，不會產(chǎn)生造成酸雨的SOx和灰塵等，和其他化石燃料相比，產(chǎn)生CO2和NOx的量也少。采用天然氣三聯(lián)供的環(huán)保效益是非常明顯的。
⑷ 有利于電力負荷的調(diào)峰
天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可作為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的補充調(diào)峰，更好地保證電力供應(yīng)。在用電高峰時，能使電力負荷平均化。夏季城市大量使用電力空調(diào)時，電力負荷會在一段時間內(nèi)出現(xiàn)負荷高峰，同時夏季也是用氣的低谷時期，有富余的供氣能力。通過利用天然氣冷熱電聯(lián)供可在滿足高峰用電的同時，還可以利用排放余熱來制冷，也可減少電力調(diào)峰裝置投資和運行費用，用電負荷得以改善，更好更充分地發(fā)揮天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的功能。
⑸ 經(jīng)濟性較好
配備有冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的單位，可以減少對電網(wǎng)電力的使用量。雖然天然氣費隨著天然氣用于發(fā)電的需求量的增加而增加，但由于排放余熱的利用使其他熱源設(shè)備減少，整體來說能源費用大大降低。
另外冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)雖然比原來系統(tǒng)設(shè)備費用增加了，但可減少變電設(shè)備，并可兼作應(yīng)急用發(fā)電設(shè)備，也減少了自備應(yīng)急用電設(shè)備的費用。
⑹ 增強了能源供給的可靠性
冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在保證商業(yè)電力電源的同時，也可保證供冷供熱設(shè)備的多渠道，并且天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可作為防災(zāi)設(shè)施使用。對原來的用電系統(tǒng)，需配備應(yīng)急發(fā)電機。而天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備便可作為電力公司供電的應(yīng)急發(fā)電機。在供熱方面，天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的排放余熱利用可作為供熱熱源，增加了供給的可靠性。
在看到冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)點的同時，也不可忽略它本身不可避免的缺點：一是燃料的限制，只能使用天然氣或輕質(zhì)油品，費用受市場影響；二是冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)規(guī)模小，只能滿足小區(qū)域用戶的需要，同時又不如家庭用戶用電那么方便。
3、國內(nèi)的應(yīng)用情況
近幾年，中國電機工程學(xué)會、中國能源研究會、中國能源網(wǎng)等都紛紛發(fā)出倡議，倡導(dǎo)利用天然氣發(fā)展小型冷熱電聯(lián)供?，F(xiàn)在，這種小型的燃氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)已經(jīng)在我國出現(xiàn)了，如上海黃埔區(qū)中心醫(yī)院、浦東國際機場、北京燃氣集團大樓等都建立了這種系統(tǒng)。與此同時，為了緩解現(xiàn)今電力緊張的局面，廣東省也決定將天然氣發(fā)電同分布式能源站冷熱電聯(lián)供相結(jié)合，在廣州大學(xué)城建設(shè)廣東省首個分布式能源站。
4、經(jīng)濟技術(shù)分析
采用燃氣輪機冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的建設(shè)投資費用大于單獨購買電空調(diào)、單獨購買電集中供熱蒸汽空調(diào)或單獨購買直燃機等進行供熱、制冷的技術(shù)解決方案的費用；但它的優(yōu)勢在于運行起來的經(jīng)濟性明顯優(yōu)于其他方式。經(jīng)濟技術(shù)方案對比后發(fā)現(xiàn)，新增的投資費用主要發(fā)生在聯(lián)產(chǎn)后集中制冷設(shè)備投資、燃氣輪機投資等方面。但是采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)方式以后，項目可在自發(fā)電費用中節(jié)支；制冷、供熱節(jié)支等方面取得良好的經(jīng)濟效益。整個工程項目即使不采用燃氣輪機，也是需要投資建設(shè)制冷和供熱系統(tǒng)的。所以實際上，真正增加的費用只是燃氣輪機等的設(shè)備費用。
以容量為1MW級的索拉土星20號小型燃氣輪機，與BHRS250Ⅶ型的遠大余熱型溴化鋰空調(diào)機組配套進行冷熱電聯(lián)產(chǎn)為例進行分析，該機組可保證供熱/制冷面積為50000m2，制冷設(shè)計應(yīng)用指標(biāo)為44～60w/m2，供熱設(shè)計應(yīng)用指標(biāo)為34～50w/m2，供電設(shè)計指標(biāo)為50～80w/m2，系統(tǒng)工況變化出力進行比較如下表：
關(guān)鍵詞：天然氣；冷熱電三聯(lián)供；技術(shù)經(jīng)濟分析
(Foshan Gas Corporation，F(xiàn)oshan 528000，CHina)
Key words: natural gas;CCHP；analysis in the aspects of technology and economy.
0、引言
天然氣冷熱電三聯(lián)供，又稱CCHP(Combined Cooling ，Heating & Power)，它主要是利用十分先進的燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機燃燒潔凈的天然氣進行發(fā)電，對發(fā)電做功后的余熱進一步進行回收，用來制冷、供暖和供應(yīng)生活熱水。這是一種高效節(jié)能環(huán)保的新型能源利用方案，在歐美已有約十年的發(fā)展時期，并方興未艾，被確認是能源將來的發(fā)展方向。
冷熱電三聯(lián)供主要由兩部分組成——發(fā)電系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)，發(fā)電部分以燃氣內(nèi)燃機、燃氣輪機或微燃機為主，近年來還發(fā)展有外燃機和燃料電池。余熱回收部分包括余熱鍋爐和余熱直燃機等。
小型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中的燃氣輪機或其他發(fā)電裝置燃燒天然氣做功，首先是將其中約35%的能量轉(zhuǎn)化為電能，這部分自發(fā)電和市電同時向自身用戶供電；其余大部分能量是在煙氣余熱和缸套水介質(zhì)中，這些熱量被余熱系統(tǒng)回收用來產(chǎn)生所需冷和熱。
系統(tǒng)可由高度智能化的控制系統(tǒng)集中控制，實現(xiàn)發(fā)電機組和余熱回收系統(tǒng)的連鎖運行，對不同的冷熱電負荷情況下按不同的運行方式運行，同時還可接入樓棟控制系統(tǒng)；也可實現(xiàn)無人值守，通過電話線與遠程控制站相連，實現(xiàn)遠程控制。
1、國外應(yīng)用情況介紹
美國是全球發(fā)展新型能源系統(tǒng)的先鋒，1978年開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)，目前除了繼續(xù)堅持發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)之外，正在走向高效利用能源的小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)。美國能源部已經(jīng)提出了小型冷熱電聯(lián)供規(guī)劃。根據(jù)這項規(guī)劃，2005年要建立200個示范點；2010年20%的新建商用、寫字樓類建筑物使用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)；2020年50%新建商用、寫字樓建筑采用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)。
三聯(lián)供系統(tǒng)主要應(yīng)用在醫(yī)院、超級市場、辦公大樓、機場、體育中心、酒店等場所。
目前冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要的燃燒動力裝置以燃氣輪機、燃氣渦輪機為主。燃氣輪機在裝機容量為30～100KW的機組型號和市場方面占絕對優(yōu)勢； 100KW～1MW的市場方面，以燃氣輪機為主，燃氣渦輪機占較小比例；1MW～5MW方面，燃氣輪機和燃氣渦輪機各占一半的比例；裝機容量超過5MW的機組，以燃氣渦輪機為主。
2、技術(shù)特征與效益分析
⑴ 綜合效率高
一般普通的火力發(fā)電系統(tǒng)，輸入熱量按100%計算，扣除送電損失約2%、未利用的排熱約60%、其發(fā)電效率約38%。而對清潔能源天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，同樣輸入熱量按100%，發(fā)電占25%～40%，排熱利用占40%～50%，如果把用電和用熱分配好，綜合效率可以達到70%～80%，而沒利用的排放熱僅為20%～30%。因此，天然氣冷電熱聯(lián)供系統(tǒng)由于增加了排放余熱的利用，其綜合效率比普通的火力發(fā)電系統(tǒng)高約30%～40%。
⑵ 節(jié)省能源
天然氣燃燒可得到1500℃的高溫能源，將這部分能源由高到低進行多階段的利用，可以把制冷、采暖、電力和衛(wèi)生熱水等優(yōu)化整合為一個新的、統(tǒng)一的能源系統(tǒng)，可實現(xiàn)不同形式、不同能量的梯級利用，以獲得整個系統(tǒng)最佳能量綜合利用效果。
⑶ 有利于環(huán)保
天然氣是一種清潔、優(yōu)質(zhì)的能源，特別在環(huán)境方面，不會產(chǎn)生造成酸雨的SOx和灰塵等，和其他化石燃料相比，產(chǎn)生CO2和NOx的量也少。采用天然氣三聯(lián)供的環(huán)保效益是非常明顯的。
⑷ 有利于電力負荷的調(diào)峰
天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可作為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的補充調(diào)峰，更好地保證電力供應(yīng)。在用電高峰時，能使電力負荷平均化。夏季城市大量使用電力空調(diào)時，電力負荷會在一段時間內(nèi)出現(xiàn)負荷高峰，同時夏季也是用氣的低谷時期，有富余的供氣能力。通過利用天然氣冷熱電聯(lián)供可在滿足高峰用電的同時，還可以利用排放余熱來制冷，也可減少電力調(diào)峰裝置投資和運行費用，用電負荷得以改善，更好更充分地發(fā)揮天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的功能。
⑸ 經(jīng)濟性較好
配備有冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的單位，可以減少對電網(wǎng)電力的使用量。雖然天然氣費隨著天然氣用于發(fā)電的需求量的增加而增加，但由于排放余熱的利用使其他熱源設(shè)備減少，整體來說能源費用大大降低。
另外冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)雖然比原來系統(tǒng)設(shè)備費用增加了，但可減少變電設(shè)備，并可兼作應(yīng)急用發(fā)電設(shè)備，也減少了自備應(yīng)急用電設(shè)備的費用。
⑹ 增強了能源供給的可靠性
冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在保證商業(yè)電力電源的同時，也可保證供冷供熱設(shè)備的多渠道，并且天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可作為防災(zāi)設(shè)施使用。對原來的用電系統(tǒng)，需配備應(yīng)急發(fā)電機。而天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備便可作為電力公司供電的應(yīng)急發(fā)電機。在供熱方面，天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的排放余熱利用可作為供熱熱源，增加了供給的可靠性。
在看到冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)點的同時，也不可忽略它本身不可避免的缺點：一是燃料的限制，只能使用天然氣或輕質(zhì)油品，費用受市場影響；二是冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)規(guī)模小，只能滿足小區(qū)域用戶的需要，同時又不如家庭用戶用電那么方便。
3、國內(nèi)的應(yīng)用情況
近幾年，中國電機工程學(xué)會、中國能源研究會、中國能源網(wǎng)等都紛紛發(fā)出倡議，倡導(dǎo)利用天然氣發(fā)展小型冷熱電聯(lián)供?，F(xiàn)在，這種小型的燃氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)已經(jīng)在我國出現(xiàn)了，如上海黃埔區(qū)中心醫(yī)院、浦東國際機場、北京燃氣集團大樓等都建立了這種系統(tǒng)。與此同時，為了緩解現(xiàn)今電力緊張的局面，廣東省也決定將天然氣發(fā)電同分布式能源站冷熱電聯(lián)供相結(jié)合，在廣州大學(xué)城建設(shè)廣東省首個分布式能源站。
4、經(jīng)濟技術(shù)分析
采用燃氣輪機冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的建設(shè)投資費用大于單獨購買電空調(diào)、單獨購買電集中供熱蒸汽空調(diào)或單獨購買直燃機等進行供熱、制冷的技術(shù)解決方案的費用；但它的優(yōu)勢在于運行起來的經(jīng)濟性明顯優(yōu)于其他方式。經(jīng)濟技術(shù)方案對比后發(fā)現(xiàn)，新增的投資費用主要發(fā)生在聯(lián)產(chǎn)后集中制冷設(shè)備投資、燃氣輪機投資等方面。但是采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)方式以后，項目可在自發(fā)電費用中節(jié)支；制冷、供熱節(jié)支等方面取得良好的經(jīng)濟效益。整個工程項目即使不采用燃氣輪機，也是需要投資建設(shè)制冷和供熱系統(tǒng)的。所以實際上，真正增加的費用只是燃氣輪機等的設(shè)備費用。
以容量為1MW級的索拉土星20號小型燃氣輪機，與BHRS250Ⅶ型的遠大余熱型溴化鋰空調(diào)機組配套進行冷熱電聯(lián)產(chǎn)為例進行分析，該機組可保證供熱/制冷面積為50000m2，制冷設(shè)計應(yīng)用指標(biāo)為44～60w/m2，供熱設(shè)計應(yīng)用指標(biāo)為34～50w/m2，供電設(shè)計指標(biāo)為50～80w/m2，系統(tǒng)工況變化出力進行比較如下表：
