天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能績效分析

劉建勛，王榮印

（山東理工大學(xué)，山東 淄博 255000）

天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能績效分析

劉建勛，王榮印

（山東理工大學(xué)，山東 淄博 255000）

分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能源的階梯利用，提高能源利用效率。為揭示其節(jié)能的實(shí)際效益，以天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)為例，與傳統(tǒng)分供系統(tǒng)進(jìn)行比較，建立能源消耗數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合實(shí)際工程案例加以分析得出了天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)分供系統(tǒng)相比，節(jié)能優(yōu)勢顯著。

天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供；節(jié)能減排 ；能源消耗；對比分析

0 引言

在過去幾十年里，我國的經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，但煤炭是主要能源，其造成的資源消耗與環(huán)境污染問題不容忽視［1-2］，我國政府進(jìn)行能源戰(zhàn)略重大調(diào)整，先后做出了西氣東輸，加快引進(jìn)天然氣的決定［3］。截止到2015年，全球天然氣的年消耗量已與石油相當(dāng)，成為了繼煤炭和石油的第三大能源。

1 天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的含義及重要意義

1.1 天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的含義

以天然氣為代表的第二代能源技術(shù)具有清潔度高，能源利用效率高，體積小，靈活高等特點(diǎn)。天然氣分布式能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以天然氣為燃料，以冷熱電聯(lián)供技術(shù)為基礎(chǔ)，與大電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)相連，可向一定范圍內(nèi)的用戶同時(shí)提供電能、熱能、以及冷能等。

1.2 重要意義

發(fā)電投資與輸配電投資在我國電力投資當(dāng)中所占比重很大，大電網(wǎng)線損率為5%～10%，而在用戶附近建設(shè)分布式能源系統(tǒng)則可有效緩解輸電線路電能損失，并節(jié)約大量輸配電投資。分布式能源系統(tǒng)的能源利用效率可達(dá)60～80%，而傳統(tǒng)燃煤發(fā)電機(jī)組熱效率最高為45%。

2 天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能績效數(shù)學(xué)模型

本文選取最為廣泛的火電廠分供系統(tǒng)作為參照系統(tǒng)來反映聯(lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)分供系統(tǒng)的能效差異，火電廠、鍋爐、電壓縮式制冷系統(tǒng)分別為電能輸出，熱能輸出，冷能輸出的參照系統(tǒng)。以產(chǎn)生相同的冷能為Qc（MJ），熱能為Qh（MJ），電能為E（MJ）來對比天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)耗能量Qdes（MJ）與傳統(tǒng)分供系統(tǒng)耗能量Qf（MJ）（其中電壓縮機(jī)耗能量為Q1（MJ），鍋爐耗能為Q2（MJ），火電廠耗能為Q3（MJ））。

考慮到天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)與實(shí)際應(yīng)用的兼容性，其部分能源需從分供系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充，因此，在此引入?yún)⒘縌b作為聯(lián)供系統(tǒng)的補(bǔ)充能量。由上述公式可得天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)分供系統(tǒng)相比之下節(jié)能公式為

3 案例分析

3.1 案例概述

以某寫字樓冷熱電三聯(lián)供工程項(xiàng)目為例，分析天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)的分供系統(tǒng)，對比其節(jié)能績效。該大樓冷負(fù)荷為2569 kW，熱負(fù)荷為2248kW，電負(fù)荷為1285kW。該大樓所需電負(fù)荷的75%來自聯(lián)供系統(tǒng)，不足的電能由傳統(tǒng)分供系統(tǒng)大電網(wǎng)補(bǔ)充，熱能不足部分由機(jī)組補(bǔ)燃。溴化鋰機(jī)組供能效率取85%。該大樓天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)工作時(shí)間為供電期1061h，制冷及供電889h，供暖及供電期586h，總計(jì)2536h。該系統(tǒng)采用G3516E型燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)機(jī)組，技術(shù)參數(shù)如下所示，發(fā)電功率975kW，單位燃耗10130（ kJ·kW-1·h-1），發(fā)電效率 35.54%，余熱回收量1103 kW，熱電綜合效率 73.12%。

3.2 案例耗能計(jì)算

根據(jù)公式（1）—（7），折算出聯(lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)分供系統(tǒng)在出力相同的情況下能源消耗量。

（1）聯(lián)供方案能源消耗計(jì)算。1）機(jī)組發(fā)電耗能參數(shù)及數(shù)值如下所示，電負(fù)荷1285 kW，年需用電量3557475kW·h，聯(lián)供系統(tǒng)可提供電量2471722kW·h（折合8.90×106MJ），內(nèi)燃機(jī)發(fā)電效率35.54%，聯(lián)供系統(tǒng)一次能源消耗量（Qdes）25.05×106MJ，天然氣熱值33.50MJ/ m3，全年天然氣消耗量74.74×104m3（折合標(biāo)煤854.2t）。2）聯(lián)供系統(tǒng)能量為，機(jī)組余熱1103kW，大樓熱負(fù)荷2248kW，大樓冷負(fù)荷2569kW，補(bǔ)充熱負(fù)荷1145kW，補(bǔ)充冷負(fù)荷1466kW，供暖期需補(bǔ)充熱量4.34×106MJ，制冷期需補(bǔ)充冷量4.65×106MJ，溴化鋰機(jī)組熱力系數(shù)85%，補(bǔ)充天然氣31.5×104m3（折合標(biāo)煤360.2t）。3）外電網(wǎng)補(bǔ)充電量參數(shù)及數(shù)值如下所示，電負(fù)荷1285kW，內(nèi)燃機(jī)組電功率975kW，外電網(wǎng)補(bǔ)充電負(fù)荷310kW，分供系統(tǒng)外電網(wǎng)補(bǔ)充電量760454kW·h，火電廠的終端利用效率35%，需耗標(biāo)煤267.3t/a。4）聯(lián)供方案一年總能耗. 根據(jù)表4、表5、表6，聯(lián)供方案全年上述計(jì)算，采用聯(lián)供方案全年消耗天然氣117.5×104m3，折合標(biāo)煤1481.7t。

（2）分供方案能耗參數(shù)及數(shù)值如下所示火電廠的發(fā)電效率35%，鍋爐效率80%，年需電能3557475kW·h，火電廠一次能源消耗量33.50×106MJ（折合標(biāo)煤1143.23t），提供熱能2391777kW·h，鍋爐一次能源消耗量10.76×106MJ（折合標(biāo)煤367.24t），電壓縮式制冷機(jī)一次能源消耗量4.64×106MJ（折合標(biāo)煤158.52t），分供系統(tǒng)全年能耗總量48.90×106MJ（折合標(biāo)煤1669.0t）。

（3） 能耗比較。通過對比分析可以得出，相比傳統(tǒng)聯(lián)供系統(tǒng)，三聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)勢顯著，可達(dá)到年節(jié)約標(biāo)煤187.3t，根據(jù)公式（7）計(jì)算可得，相比傳統(tǒng)聯(lián)供系統(tǒng)，三聯(lián)供系統(tǒng)年節(jié)能率達(dá)11.22%。

4 結(jié)語

通過建立數(shù)學(xué)模型并結(jié)合實(shí)踐對比分析了天然氣分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)分供系統(tǒng)相同出力情況下的的能源利用狀況。通過計(jì)算，對比，分析，由于三聯(lián)供系統(tǒng)在供電，供暖，制冷等方面很好的實(shí)現(xiàn)了能量階梯利用，其在節(jié)能方面的優(yōu)勢顯著。因此，大力推廣分布式電源將是我國電力發(fā)展的方向，同時(shí)也是我國電力系統(tǒng)節(jié)能減排的重要措施。

［1］錢伯章.2002年全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)［J］.中國能源，2003，25（07）∶2-4.

［2］煤炭信息研究院潔凈能源與環(huán)境中心.中國煤炭開發(fā)與利用的環(huán)境影響研究［R］.2003.

［3］羅文君，陳四祥.2003年中國天然氣行業(yè)發(fā)展綜述［J］.國際石油經(jīng)濟(jì)，2004，12（06）∶32-36

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.038

劉建勛（1989-），男，山東魚臺人，在讀研究生，研究方向∶分布式電源節(jié)能減排。