热电冷三联供.docx
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热电冷三联供
热电冷三联供
热电冷三联供项目
一、热电冷三联供发展现状圾前景
1、分布式能源系统（,,,,,,,,,,,,n,,,,,,,,,,）。
分布式能源系统在许多国家、地区已经是一种成熟的能源综合利用技术，它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点，受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐。
分布式能源系统有多种形式，区域性或建筑群或独立的大中型建筑的冷热电三联供（,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,e,，简称,,,,）是其中一种十分重要的方式。
燃气冷热电三联供系统是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，以天然气为一次能源，产生热、电、冷的联产联供系统。
它以天然气为燃料，利用小型燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等设备将天然气燃烧后获得的高温烟气首先用于发电，然后利用余热在冬季供暖;在夏季通过驱动吸收式制冷机供冷;同时还可提供生活热水,充分利用了排气热量。
提高到80%左右，大量节省了一次能源。
燃气气冷热电三联供系统按照供应范围，可以分为区域型和楼宇型两种。
区域型系统主要是针对各种工业、商业或科技园区等较大的区域所建设的冷热电能源供应中心。
设备一般采用容量较大的机组，往往需要建设独立的能源供应中心，
供应的外网设备。
楼宇型系统则是针对具有特定功能的建筑物，还要考虑冷热电
如写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑所建设的冷热电供应系统，一般仅需容量较小的机组，机房往往布置在建筑物内部，不需要考虑外网建设。
2、燃气热电冷三联供的特点。
1）与集中式发电-远程送电比较，燃气热电冷三联供可以大大提高能源利用效率:
大型发电厂的发电效率一般为30,,40,;而经过能源的梯级利用cchp使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80,90,，且没有输电损耗。
热电产生过程就是天然气燃烧产生热量，然后通过能量转换得到电能或机械能。
天然气在燃气轮机或发动机中燃烧产生电能或机械能用于空气调节或压缩空气，泵水等，在这个过程中，热能没有浪费而被利用，并被广泛应用。
废热回收锅炉生产蒸汽用于工艺加热、空气调节、空间加热及工商业蒸炉等。
从发动机回收的热量用于加热液体，供工艺使用或其他用途，例如:
空间加热系统、吸收式空调装置或满足热水需求等。
燃气轮机排放的烟气是洁净的且含有不饱和的水蒸汽。
排放温度大约500?
，烟气适用于蒸炉或干燥器。
对于卫生要求高的情况下，例如食品工业，烟气通过燃气——空气热交换器间接加热。
通过利用原本要浪费的热量，天然气的热电联产可以达到75%—80%的效能。
当热能和电能需求达到平衡时热电联产是最经济的。
2）燃气热电冷三联供在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力:
据有关专家估算，如果将现有建筑实施燃气热电冷三联供比例从4,提高到8,，到2020年CO2的排放量将减少30,，有利于环境保护。
分布式冷热电三联供贴近用户进行能量转换，将温度向下利用，利用发电后的余热，而不是用电来交换，通过提高能源的综合利用效率来弥补发电效率的降低。
虽然分布式热电联产设备的发电效率一般在28,43%左右，但综合利用效率在75,90%之间。
而且，气体燃烧生成氮氧化物量极小，排放量也很小，极易被周围植被吸收,是改善大气环境的有效措施。
3）缓解电力短缺，平衡电力峰谷差。
燃气热电冷三联供采用自发电，可以避开电网用电高峰，并且大大提高了建筑供电可靠性和安全性。
4）扩大了燃气使用量，平衡燃气峰谷差。
5）投资回报率高，具有良好的经济性。
3、燃气热电冷三联供的主要方式
以燃机为核心的燃气冷热电三联供系统方式有多种，基本方式有两种:
燃气
余热吸收式制冷机（余热直燃机），如图,，以机（包括内燃机、燃气轮机等）+
天然气为燃料送入燃气轮机燃烧发电后，高温排气进入余热吸收式制冷机（余热直燃机），夏季供冷、冬季供热，根据冷负荷、热负荷的需要可补燃天然气。
4、国内外分布式能源应用情况
美国:
电力公司必须收购热电联产的电力产品，其电价和收购电量以长期合同形式固定。
为热电联产系统提供税收减免和简化审批等优惠政策。
截止2002年末，美国分布式能源站已近6000座。
美国政府把进一步推进“分布式热电联产系统”的发展列为长远发展规划，并制定了明确的战略目标:
力争在2010年，20%的新建商用或办公建筑使用“分布式热电联产”供能模式;5%现有的商用写字楼改建成“冷热电联产”的“分布式热电联产”模式。
2020年在50%的新建办公楼或商用楼群中，采用“分布式热电联产”模式，将15%现有建筑的“供能系统”改建成“分布式热电联产”模式。
有报道称,美国能源部计划在2010年削减460亿美元国家电力投资,采取的办法是加快分布式能源发展。
美国能源部计划，
的新建商用建筑使用冷热电三联供发展计划，2020年50%的新建商用2010年20%
建筑使用冷热电三联供发展计划。
欧盟:
据1997年资料统计，欧盟拥有9000多台分布式热电联产机组，占欧洲总装机容量的13%，其中工业系统中的分布式热电联产装机总容量超过了33GW，约占热电联产总装机容量的45%，欧盟决定到2010年将其热电联产的比例增加1倍，提高到总发电比例的18%。
丹麦:
热电上网;1MW以上燃煤燃油锅炉的天然气热电联产改造项目享受政府30%的补贴;对热电工程给予低利率优惠贷款;将环保所得税作为投资款返还工商业;对工商业的天然气热电联产项目发电价格补贴。
法国:
对热电联产项目的初始投资给予15%的政府补贴。
英国:
免除气候变化税、免除商务税、高质量的热电联产项目可申请政府关于采用节约能源技术项目的补贴金。
荷兰:
建立热电联产促进机构;热电联产的发电量优先上网
日本:
重视节能工作，节能系统的研究程度很高，以天然气为基础的分布式冷热电联供项目发展最快，而且应用领域广泛。
日本政府从立法、政府补助、建立示范工程、低利率融资以及给予建筑补助金等角度来促进能源开发及节能事业的发展。
对热电联产项目给予诸多减免税。
截止2000年底，已建热电（冷）系统共1413个，平均容量477kW，主要是小型系统。
我国政府将天然气的开发和利用作为改善能源结构，提高环境质量的重要措施。
西气东输、广东进口液化天然气、东海天然气开发等大型项目的全面实施，推动了全国天然气的建设。
北京、上海等城市已经采取一些优惠政策鼓励冷热电三联供项目的发展。
到目前为止已建成上海浦东国际机场、北京燃气大楼、北京燃气集团次渠门站大楼等的项目。
5、楼宇热电冷三联供原理
目前我国常用的天然气利用途径是通过以燃气锅炉为主要的设备直接燃烧天然气用于供热及制冷,这不是一种最佳的天然气利用方式,其运行成本较高。
这促使以溴化锂吸收式制冷为技术核心发展而来的楼宇冷热电联产系统
（BCHP,BuildingCoolingHeatingandPow2er）迅速发展起来。
BCHP系统一
个新的能源利用概念,属于小型冷热电联产的分布式能源系统,在世界能源领域倍受关注,此系统一般安装在建筑物内部或附近,它将燃气机与溴化锂空调联合应用,仅向一、两座建筑物同时供冷、热、电、热水和其它用途的热能,机组功率一般在几百千瓦左右,所发电力和热力均为建筑物自用,由于BCHP系统的制冷、制热设备回收了部分低品质能量,实现了对能量的梯级利用,提高了能量转换效率,而且由于通过燃烧天然气向建筑物供冷、热和电,所以最大限度地避免了外部电网的制约,有利于电力负荷率的改善。
相对于目前普通的建筑冷、热、电分供的能量利用方式,BCHP系统具有巨大的节能潜力,最多可以实现节能50%的目标。
二、热电冷三联供方案
――50000平方米级建筑分布式热电冷联产综合技术解决方案
1、序论:
2000年由国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部和国家环保总局联合下发了《关
于发展热电联产的规定》，这是贯彻《中华人民共和国节能法》，实施可持续发展战略、落实环保基本国策和提高资源综合利用效率的重要行政规章。
《规定》再次明确了国家鼓励发展热电联产的政策，支持发展以天然气为燃料的燃气轮机热电冷
联产项目，特别强调了国家积极支持发展燃气轮机联合循环热电联产和小型燃气热电联冷产。
国家计委已在"十五"计划实施方案中确定在北京、上海积极抓好试点工程。
目前，北京、天津等地正在积极利用陕甘宁天然气资源，并计划建设第二条陕京管线。
上海、江苏和浙江等地也正在努力开拓"西气东输"工程实施后的天然气市场，这些都为发展小型燃气轮
机及微型燃气轮机热电联产提供了良好的机遇。
世界各国实践表明，发展能源梯级利用的小型热电冷联产是合理、高效地利用天然气资源的最佳手段，对于改善环境、降低因燃料调整带来的成
本增加，也是最好的解决方案之一。
为适应国家关于环境保护的要求，改善首都及周边地区的大气质量，开拓天然气合理、高效的用途，拟在北京发展楼宇化分布式热电冷联产，建设一批以天然气为燃料的燃气热电冷系统，以替
代和优化整合目前由常规的燃煤、燃油、燃气锅炉采暖;燃气、电力空调制冷和备用柴油机组成的能源系统，提高北京电力供应的安全可靠性，缓解夏季制冷用电高峰，平衡天然气利用，降低
天然气成本，扩大天然气市场。
2、方案设想:
在北京地区，拥有大量规模在50,000平方米左右的公用性和商用性建筑，研究制定这一规模的热电冷一体化综合技术解决方案，对于北京的环境保护、提高电力供应安全和减缓电空调调峰压力，以及北京的可持续发展具有深远意义。
设计一种技术可靠、适用性强、经济性能良好，满足特别是医院、酒店、综合办公大楼等用户需求的综合技术解决方案，是发展这一容量及楼宇化热电冷联产的关键。
根据世界的发展趋势和国际上的最新设计理念，本方案推荐采用小型燃气轮机技术，并结合采用余热锅炉-蒸汽溴化锂空调，或者直接采用余热溴化锂空调互相
连接，直接提供电力、制冷冷水、采暖热水和生活用热水。
如果需要，可在余热溴化锂空调的燃烧腔内，或烟气出口处再设置热交换器生产蒸汽。
华盛顿水门饭店安装了土星热电冷系统3、设计依据:
根据国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会，以及国家电力公司要求，为积极推动分布式热电冷联产项目在北京的实施，落实国家"十五"规划中"在北
，实现北京市政府"迎接奥运会，建设新北京"的目京建设热电冷联产试点工作"
标，依据中国电机工程协会热电专业委员会王振铭秘书长的建议，本方案能源配置采取以下原则:
"以基荷电力定容量，不足电力从电网补充，不足热量补燃解决"和电力"并网不上网售电"，并采取"友好同步发电"的设计观念，即与供电公司、燃气公司和用户友好相处，平行同步供电。
暖通指标参照中国建筑科学研究院李先瑞研究员提供的北京地区实际测量得出的"空调设计冷暖负荷指标"和"生活热水负荷指标"作为建筑采暖、制冷和生活热水供应标准。
以美国索拉透平公司、加拿大普拉特.惠特尼公司和远大空调有限公司提供的应用设备技术方案研究编制了以下解决方案:
小型燃气轮机--余热（补燃）锅炉蒸汽溴化锂吸收式空调机热电冷联产方案与小型燃气轮机--余热/直燃溴化锂吸收式空调机热电冷联产方案
备注:
方案可以根据用电安全需求，采用1套1,180kW索拉土星20机组，也可以采用2套457kW普惠ST5S机组，因为两种机组容量、效率相当，本方案只论述土星20机组方案。
北京地区基本环境条件:
平均温度12?
（计算按15?
），相对适度60%，海拔高度50m。
美国圣地亚哥海军医院安装了3台土星机组
4、设备介绍:
1、索拉透平公司是世界上最大的小型工业型燃气轮机制造厂家，产品行销全球，至今生产的燃气轮机已超过11,500台，其中引进中国的机组近70台。
索拉小燃机设计精良，坚固耐用，性能可靠，是一种很适合在分布失热电联产项目中广泛应用的动力设备。
为更好地配合在中国市场的售后服务，索拉已决定在天津港保税区建设备件支援中心提供备件支持，能够为中国用户，特别是北京地区用户提供及时的服务支持。
土星（Saturn）20机组，出力1,121kW，发电效率24.3%，排烟温度503?
，
烟气流量23,367kg/h，大修周期3万小时。
噪音小于85分贝，属于高频噪音，易于控制。
土星机组剖面图
SolarSaturn20技术指标
SolarSaturn20燃机单机发电kW1177容量
燃气轮机长度mm5,980
燃气轮机宽度mm2,200
燃气轮机高度mm2,180
燃气轮机重量kg9980
燃气轮机重量kg9980
燃气轮机烟气流量t/hrs23.172
燃气轮机烟气温度?
504.8
燃气轮机烟气热量GJ/hrs12.431
2、普拉特•惠特尼公司是世界上最大的小型航空发动机制造商，中国民航大量使用该公司发动机产品。
以该公司发动机组装的地面发电机设备多达数几千台，其设备技术先进，轻巧可靠的技术特性在同行业中处于领先地位。
ST5S机组，出力457kW，顶峰出力563kW，发电效率23.5%，排烟温度587?
，烟气流量8,280kg/h，大修寿命周期3.2万小时。
P&WST5迷你燃气轮机
ST5技术指标
机组单位ST5R回热循环型ST5S热电联产型功率kW395457效率%32.723.5排烟温度?
365587烟气流量kg/s2.222.3转速Rpm30,00030,000长mm1,3591,099重量kg1,8008003、余热锅炉，可以采用杭州锅炉厂或哈尔滨锅炉厂与703研究所的产品，也可以采用国外厂家或其在国内合资企业的产品。
小型余热锅炉是一种技术非常成熟的产品，早以被世界和中国广泛应用。
余热锅炉可以采用补燃技术，增加供热能力，提高供热灵活性。
索拉热电系统余热锅炉补燃工况比较
环境工作温度?
15
环境工作湿度%60
燃气轮机燃料耗量MJ17,454.42
kWh4,848.45
燃气轮机出力kW1,177发电效率%24.28余热锅炉排烟温度?
512.70余热锅炉蒸汽量kg/h3,400蒸汽压力Bar8蒸汽温度?
170.42蒸汽焓值kJ/kg2,768.4余热回收量MJ/h9,412.6
kWh2,614.60热电联产效率%78.20补燃820?
余热锅炉蒸汽量kg/h6,520余热回收量MJ/h18,050.0
kWh5013.88补燃燃料量MJ7,804.00
kWh2,167.78热电联产效率%88.24补燃927?
余热锅炉蒸汽量kg/h7,556余热回收量MJ/h20,918.0
kWh5,810.56补燃燃料量MJ10,546.00
kWh2,929.44热电联产效率%89.84
4、蒸汽溴化锂空调机组，国内外有远大、大连三洋、双良、凯利等几十个厂家
可以提供各种规格的产品，选择余地极大，本方案以三洋NG61M型800冷吨蒸汽
溴化锂空调机组技术指标作为参考。
余热锅炉与三洋NG61M型蒸汽溴化锂空调机组技术参数
环境工作温度?
15环境工作湿度%60燃气轮机燃料耗量GJ17.45燃气轮机出力kW1,177余热锅炉进口温度?
512.70烟气量kg/h22,917.86余热锅炉蒸汽发生量kg/h3,856.18除氧蒸汽消耗量kg/h456.50有效蒸汽供应量kg/h3,399.68蒸汽压力Bar8
蒸汽温度?
170.42
蒸汽焓值kJ/kg2,768.40
余热回收量MJ/h9,411.67
大卡2,247.94
kWk2,614.35
制冷机长度mm5,690
制冷机宽度mm2,500
制冷机高度mm3,330
制冷机运转重量kg/h26,600
制冷COP1.0465
制冷量大卡2,352.47
kWh2,735.92
冷吨USRT777.25
5、余热溴化锂空调机组，目前远大和大连三洋等公司都可以提供，但本方案将按照远大空调有限公司提供的远大BHRS250VII型余热双效吸收式冷温水机组技术参数指标作为基本设计依据。
该机组在燃气轮机停运时可以直燃供热制冷，并可以增加容量作为冷热高峰的调节手段，保证满足需求的供应平衡。
远大产品在国内外拥有很高的声望，余热溴化锂空调机已经销往美国，该公司与Salor机组的配套方案已经在美国能源部中标，现正在实施之中。
目前这一技术正在争取在北京燃气集团调度中心项目中使用。
远大BHRS250VII型余热双效吸收式冷温水机组技术参数
远大直燃机长度mm6,600
远大直燃机宽度mm2,600
远大直燃机高度mm2,850
远大直燃机重量kg25,000
COP1.27
余热回收能力kW2261（制冷）—2430（供热）
制冷量kW2,871
供热量kW2,248
冷水进出口温度?
12-7
冷水流量M3/h500
温水进出口温度?
57-65
温水流量M3/h241
冷却水进出口温度?
32-37.3
温水流量M3/h805
5、需求分析:
项目对于能源的需求主要在电力、采暖、制冷和生活热水，以及部分蒸汽用于消毒等需求。
用户的需求往往是不恒定的，需要进行一些调节。
通过蓄热和蓄冷技术进行一些调节，力求总量平衡。
尽量减少夜间低谷低电价时段的运行，避免浪费可以提高经济效益。
本方案按夜间8小时50%出力考虑，总量可以保证实
现平衡。
需求与保证能力的比较
项目单位指标
保证面积m250,000
采暖设计指标W/m256.3
设计指标容量需求kW2815
制冷设计指标W/m269.3
设计指标容量需求kW3465
采暖应用指标W/m233.9
应用指标容量需求kW1695
24小时连续供暖需求kW40,680
制冷设计指标W/m244
设计指标容量需求kW2,200
24小时连续制冷需求kW52,800
方案供暖指标W/m245
方案供暖能力kW2,248
20小时连续供暖能力kW44,960
方案制冷指标W/m257
方案制冷能力kW2871
20小时连续制冷能力kW57,420
6、容量选择:
根据已经确定的原则，本方案计划在热力和制冷上基本满足平均负荷需求，而电力解决25%-50%的负荷需求，保证关键部位的电力供应安全。
因目前建筑部门适用的建筑暖通空调设计标准是上世纪80年的标准，大大落后于目前建筑的实际建设应用水平，如果按上述标准配置系统，必然造成设备投资的巨大浪费。
因此，本方案将根据北京地区实际测量标准设计。
电力系统采用外网提供不足电力补充、安全备用和调节;热力和制冷系统应利用一些原有系统作为备用和调节手段，如果没有可利用系统，使用余热溴化锂空调机直燃增容供热制冷峰荷也是解决问题的重要方法之一。
因此燃气发电装置的功率选择，主要要依照"以热（冷）定电"的原则，因为热力和制冷一般是无法得到外部支持的，而电力是可以依靠外网补充，所以电力容量最好小于大楼要求的电力需求，并具有较大的调节灵活性。
可供选择的最佳燃气发电装置是1,000kW级小型燃气轮机，索拉土星20机组是一个适用的机组选择。
索拉-远大系统热电冷匹配容量指标
保障供热/制冷面积m250,000
设计供电指标W/m250-80
供电总量kW/hrs1170
标准单位建筑平米供电量23.40
设计供热应用指标W/m234-50
供暖总量kW/hrs2248
W/m249.03标准单位建筑平米供热量kJ/m2177
kCal/m242
余热/直燃机COP值1.27
设计应用制冷指标W/m244-60
制冷总量kW/hrs2871
W/m257.42
标准单位建筑平米制冷量kJ/m2207
kCal/m249
索拉-远大系统工况变化热电冷出力比较
实测标电力负荷100807060504030准
电力输出kW1,17093681970258546835150000平米单位W/m240-8023.418.7216.3814.0411.79.367.02电量
发电效率,24.122.6521.6320.3318.716.6214.12尾气流量kg/h23,36723,33523,31523,29423,27023,24323,216尾气温度?
503.4444.6416.8390.1364.5340317.7余热利用量kW2,2611,8521,6591,4751,2981,130977COP1.271.351.391.441.491.51.52制冷负荷,100878074675952制冷量kW2,8712,5002,3062,1241,9341,6951,48650000平米单位W/m244-6057.425046.1242.4838.6833.929.72冷量
排气温度?
145145145145145145145回收余热kW2,4302,1351,9951,8611,7321,6091,497供热效率,92.592.592.592.592.592.592.5供热负荷,100979185797368余热供热量kW2,2481,9751,8461,7221,6021,4881,38550000平米单位W/m234-3744.9639.536.9234.4432.0429.7627.7热量
7、运行时间:
每一个项目都有不同的内部需求和需求规律，设备利用时间也有所不同，我们在次主要研究最适合采用本技术的医院、宾馆等项目的规律。
预计设备利用时间
日利用小实际利用季节单位周期天数比例时时间冬季采暖期hrs10.20--4.101722039.27%3440夏季制冷期hrs5.16-9.201282029.22%2560春秋非采暖制冷期hrs4.1-5.14/9.16-10.31651611.87%1040全年hrs36524100.00%8760实际利用时间hrs36519.2980.37%7040
安装在建筑物一侧的Solar燃机
8、电价与发电节约支出:
北京商业和非普通工业用电的价格构成比较复杂，一般采用非普通工业平均电价0.58kWh，高峰0.92kWh，平峰0.56kWh，低谷0.26kWh。
电价与发电节支
运行时利用时小时发电时段季节出力发电量电价电费节支间间量
单位%hrshrskWhkWh元/kWh元高冬季采暖期100%81,3761,1701,609,9200.921,481,126
夏季制冷期100%81,0241,1701,198,0800.921,102,234
春秋非采暖制峰100%85201,170608,40
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