冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)介紹

1、天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)介紹一、技術(shù)背景冷熱電聯(lián)產(chǎn)(Combined Cooling Heating and Power，CCHP)是一種建立在能源梯級利用概念基礎(chǔ)上，將制冷、制熱（包括供暖和供熱水）及發(fā)電過程一體化的總能系統(tǒng)。其最大的特點就是對不同品質(zhì)的能源進行梯級利用，溫度比較高的、具有較大可用能的熱能被用來發(fā)電，溫度比較低的低品位熱能則被用來供熱或制冷。這樣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)濟效益和社會效益。初期的冷熱電聯(lián)產(chǎn)是在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將熱電聯(lián)產(chǎn)與吸收式制冷相結(jié)合，使熱電廠在生產(chǎn)電能的同時供熱和制冷，故初期只立足于熱電廠。隨著分布式

2、供電概念的提出，冷熱電聯(lián)產(chǎn)得到新的發(fā)展，其中分布式供電是指將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模（數(shù)千瓦至50MW的小型模塊式）、分散式的方式布置在用戶附近，可獨立輸出冷、熱、電能的系統(tǒng)。與常規(guī)的集中供電電站相比，其輸配電損耗較低甚至為零，可按需要靈活運行排氣熱量實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)或冷熱電三聯(lián)產(chǎn)，提高能源利用率，可廣泛運用于同時具有電力、冷熱量需求的場所，如商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院等。1998年1月1日起實施的中華人民共和國節(jié)約能源法第三十九條中指出：“國家鼓勵發(fā)展下列通用節(jié)能技術(shù)：推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱，提高熱電機組的利用率，發(fā)展熱能梯級利用技術(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”

3、。政府有關(guān)部門十分重視熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，2000年8月22日有國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部、國家環(huán)保局聯(lián)合發(fā)布了計基礎(chǔ)（2000）1268號關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定，為熱電聯(lián)產(chǎn)和冷熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展提供了法律和政策保證。二、天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的類型天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的模式有許多種，無論哪種模式都包括動力設(shè)備和發(fā)電機、制冷系統(tǒng)及余熱回收裝置等主要裝置。動力設(shè)備主要有燃氣輪機、內(nèi)燃機、微燃機及燃料電池等，制冷裝置可選擇壓縮式、吸收式或其它熱驅(qū)動制冷方式，主要采用溴化鋰吸收式制冷劑，包括單效、雙效、直燃機等?？偟膩碚f，冷熱電聯(lián)產(chǎn)有以下幾個經(jīng)典模式：1）直燃型（煙氣型、余熱型）冷熱電三聯(lián)供。如燃氣輪機

4、+余熱型溴化鋰?yán)錈崴畽C組系統(tǒng)，燃氣輪機+排氣再燃型溴化鋰?yán)錈崴畽C組系統(tǒng)，以及燃氣輪機+雙能源雙效直燃式溴化鋰?yán)錈崴畽C組系統(tǒng)等。如圖1所示。2）燃氣-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)。即燃氣輪機+余熱鍋爐+汽輪發(fā)電機+蒸汽型吸收式制冷機組系統(tǒng)，如圖2所示。3）內(nèi)燃機前置循環(huán)余熱利用模式。如圖3所示。圖1 燃氣輪機+煙氣型溴化鋰?yán)錈釞C組系統(tǒng)圖圖2 燃氣輪機+余熱鍋爐+汽輪發(fā)電機+蒸汽型吸收式制冷機組系統(tǒng)圖圖3 內(nèi)燃機+水水換熱器+煙氣型溴化鋰機組系統(tǒng)圖三、天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能原理冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)工作過程如下：利用天然氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谌細廨啓C中做功，將大約30%-40%的熱能轉(zhuǎn)換成高品位的電能，利用余熱回

5、收裝置將燃氣輪機排放的煙氣，缸套冷卻水，油冷器及中冷器冷卻水的熱量進行回收，這四種形式的熱量中，前兩種是余熱回收的主要來源其中，煙氣溫度一般400以上，可進入余熱鍋爐制蒸汽或熱水，也可用于雙效吸收式制冷采暖供熱水；一級利用后的低溫?zé)煔猓?30-170）和缸套冷卻水（85-90）可用于單效吸收式制冷采暖供熱水，也可直接利用換熱器進行采暖和供熱水。圖4 冷熱電聯(lián)產(chǎn)能源梯級利用示意圖從熱力學(xué)第一定律來說，冷熱電聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能原理就是能把能量吃光榨盡。天然氣燃燒產(chǎn)生的熱能通過梯級利用，使能源利用率達到80%以上，而且沒有輸電損耗。而大型發(fā)電廠的發(fā)電效率一般為35%-55%，扣除廠用電和線損率，終端的利用效

6、率只能達到30%-47%。另外，冷熱電聯(lián)產(chǎn)在降低碳和空氣污染物排放方面也能起到巨大的作用，帶來良好的社會效益。四、天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟性天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)具有良好的經(jīng)濟效益，根據(jù)美國的調(diào)查數(shù)據(jù)，采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)分布式能源，寫字樓類建筑可減少運營成本12%，商場類建筑可減少運營成本11%，醫(yī)院類建筑可減少運營成本21%，體育場館類建筑可減少運營成本32%，酒店類建筑可減少運營成本23%。圖5 美國不同類型建筑采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)運行成本比較此外，以一個冷負荷為2000kW的工廠為例，天然氣的價格為3.0元/Nm³，電價為0.85元/kWh，天然氣的熱值為8500kcal/Nm³

7、，采用蒸汽壓縮式制冷機組的性能系數(shù)為4.5，采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)的燃氣輪機發(fā)電效率為24%，余熱回收率為67%，余熱型溴化鋰機組制冷系數(shù)為1.25。承擔(dān)2000kW的冷負荷運行成本比較見表1（不計算附屬設(shè)備的運行能耗）。從表中可以看出，采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)可以節(jié)約成本約37%，工廠冷負荷需要時間為9個月，每月運行26天，每天24小時運行，這樣每年節(jié)約的成本為：(378-239)×9×26×24=78萬元表1 聯(lián)產(chǎn)和單供的運行成本比較表聯(lián)產(chǎn)單供冷負荷2000kW2000kW發(fā)電量573kWh/消耗天然氣242Nm³/消耗電能/445kWh每小時運行費239元378元節(jié)

8、約率37%五、天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)的缺點天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)具有節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點，但同樣也有以下兩個缺點：1）系統(tǒng)規(guī)模小，只能使用天然氣作為燃料，這樣對天然氣管道沒有覆蓋的區(qū)域，就產(chǎn)生可局限性；2）系統(tǒng)的初期投資大。這兩個缺點都是可以彌補的。目前，國家大力鼓勵的天然氣，一方面，天然氣為清潔能源，燃燒的排放能達到環(huán)保的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，緩解夏季電力負荷，起到削峰填谷的作用。隨著“西氣東輸”工程的開展，城市的氣化率會逐步提高，天然氣的供應(yīng)將不會存在問題。系統(tǒng)的初期投資大的問題可以通過合同能源管理很好的解決，現(xiàn)在合同能源管理已經(jīng)得到飛速的發(fā)展，各方面的程序也已經(jīng)逐步完善，逐漸邁向系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化，這是一個雙贏的操作模式，所以冷熱電聯(lián)產(chǎn)的初期投資也不會存在很大的問題。六、總結(jié)作為一種能源集成系統(tǒng)，