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摘要：本文对燃气冷热电分布式能源系统中的余热产生情况和利用方式进行分析，探讨了各种余热利用设备的配置原则，以此实现能源利用效率的最大化。
关键词：分布式能源；冷热电联产；设计优化
引言
冷热电分布式能源是一种建立在能源梯级利用概念基础上，将制冷、供热及发电集成的供能系统，目的在于提高能源利用效率，相对传统供能方式而言，分布式能源是利用发电的余热进行制热、制冷，一次能源利用率可达70%-90%，具有能效高、清洁环保、安全等优点，分布式能源越来越受到广泛的重视。
1冷热电联供燃气内燃机分布式能源系统
分布式能源系统中的发电机组既可采用燃气内燃机发电机组，也可采用燃气轮机发电机组。燃气燃气内燃机发电机组因其具有发电效率高、余热回收利用率高、能安装在建筑楼宇内或楼宇近旁的机房内、维护保养简便等优势，在国内外的分布式能源项目中得到普遍采用，是中小型分布式能源系统中燃气发电机组的主流配置机型。燃气内燃机运行时排放的可用余热有烟气余热和缸套水余热，回收利用这些余热进行制冷、供热，从而实现冷热电联供的主要配套设备为烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组和板式换热器。燃气内燃机发电机组由燃气内燃机和发电机组组成，天然气进入燃气内燃机燃烧产生热能动力带动发电机组发电，对外供电。系统冷电联供运行时，燃气内燃机排放的余热烟气和缸套热水均进入烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组，驱动机组制冷运行，对外供冷。系统热电联供运行时，燃气内燃机排放的余热烟气进入烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组，驱动机组制热运行，对外供热；缸套热水则进入板式换热器，与供热热水换热、对外供热。系统设计既要满足发电机组单独发电的运行要求，又要满足溴化锂机组等余热利用设备与发电机组的联动运行要求，更须满足所有设备的安全运行控制要求。
2燃气内燃机分布式能源系统主要特点
燃气内燃机分布式能源系统的主要特点是能够实现冷热电联供、节能、环保、安全和平衡能源消费。燃气内燃机分布式能源系统利用天然气驱动发电机组发电，对外供电，同时利用发电机组排放的余热烟气和缸套水驱动溴化锂吸收式冷热水机组及板式换热器制冷或制热，对外进行供冷或供热，实现能源梯级利用和冷热电联供。燃气内燃机发电机组的发电功率一般在38%-45%，烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组和板式换热器能回收利用的发电余热约占天然气输入热量的37%-43%，分布式能源系统的能源综合利用率可达80%-85%，节能效果显著。燃气内燃机分布式能源系统以天然气作为能源，排放物对环境污染影响小，对保护环境具有积极作用。此外，由于分布式能源系统的一次能源利用率高，输送能耗低或无输送能耗，使得在产生相同终端能量的情况下所消耗的燃料比传统的集中式供能所消耗的要少，相应地降低了排出的污染物和温室效应气体。燃气内燃机分布式能源系统与市场电配合，可提高电网的供电可靠性，在意外灾害使电网崩溃的情况下，可确保重要用户的供电和空调需求，提高供能安全性。燃气内燃机分布式能源系统的推广应用可减少空调用电、增加电力供应，同时增加天然气消费、减少燃煤消耗，这有利于平衡能源消费、保护环境、减小燃气管网的季节性负荷差和提高燃气管网利用率。
3燃气内燃机分布式能源系统主要设备选型要点
3.1燃气内燃机发电机组选型要点
3.1.1单机发电功率
从市场供应角度来说，单机发电功率从10kW-9000kW的燃气内燃机发电机组均能采购，目前国内外分布式能源系统中用得最多的机型则是发电功率500kW-4400kW的发电机组。单机发电功率的选择主要考虑发电机组的总配置容量、机房安装场地和运行管理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于大、中型分布式能源系统，装机容量越大，单机发电功率应越大，以减少发电机组配置台数、减少机房占地面积，同时可降低设备投资成本。对于小型分布式能源系统，除非受安装场地和投资费用所限只能选用一台发电机组，否则至少应选配2台发电机组，以便于轮换运行、设备维护等运行管理。
3.1.2发电效率
发电效率直接影响系统运行的经济型，在电价较高的地区，应优先选用发电效率高的发电机组。目前国内外各品牌燃气内燃机发电机组的发电效率在38%-45%，进口品牌发电机组的发电效率较高，一般在42%以上。
3.1.3NOx排放参数
燃气内燃机发电机组的NOx排放指标较高，一般在250-500mg/m3。所以，应根据分布式能源站所在城市的环保要求选择合适的发电机组，必要时还需设置脱硝装置，以降低NOx排放指标，满足环保要求。
3.2烟气热水型溴化锂吸收式机组选型要点
3.2.1单制冷或制冷、供热功能选择
根据分布式能源系统的供冷、供热需求，烟气热水型溴化锂吸收式机组可选配仅能供冷的单冷型机组，也可选配能切换运行供冷、供热的冷热水型机组，甚至选配能同时供冷、供热的冷热水型机组。一般来说，只有工艺冷却系统或数据中心选配单冷机组，舒适性空调系统都选配冷热水机组。
3.2.2燃气发电机组与溴化锂吸收式冷热水机组的组配方式
单机发电功率在1000kW-4400kW的燃气内燃机分布式能源系统，每台发电机组排放的余热驱动单台溴化锂吸收式机组制冷运行所能提供的冷量约为900kW-4000kW，这种冷量级别的溴化锂吸收式机组已属于大、中型设备，燃气发电机组与溴化锂吸收式机组大多采用一对一的组配方式。当燃气发电机组的单机发电功率较小时，燃气发电机组与溴化锂吸收式机组可采用二对一甚至三对一的组配方式，以减少溴化锂吸收式机组的配置台数和机房占地面积。而当燃气发电机组的单机发电功率超过5000kW时，燃气发电机组与溴化锂吸收式机组可采用一对二的组配方式，以减小溴化锂吸收式机组的外形尺寸和重量，便于运输和安装。
3.2.3溴化锂吸收式冷热水机组的补燃制冷制热功能
溴化锂吸收式冷热水机组的额定制冷（热）量一般根据燃气发电机组的余热参数确定，若需增大溴化锂吸收式冷热水机组的制冷（热）量，或者要求发电机组停机检修期间溴化锂吸收式冷热水机组也能制冷（热），就需配置带补燃制冷（热）功能的溴化锂吸收式机组。带补燃制冷（热）功能的溴化锂吸收式机组结构相对复杂，外形体积较大，还需安装连接燃气供气管道和排烟烟囱。一般来说，设备台数较多的大、中型分布式能源系统，不宜将每台溴化锂吸收式机组都配置成带补燃制冷（热）功能的机组，宜采用配置标准直燃型溴化锂吸收式冷热水机组或电制冷机组、燃气锅炉的方式来满足峰值负荷及发电机组停机检修期间的供冷（热）需求。仅有1-2套设备的小型分布式能源系统，可将溴化锂吸收式机组配置成带补燃制冷（热）功能的机组，以减少设备配置台数和设备占地面积。
结语
本文介绍了燃气冷热电分布式能源机组运行特点，对调试过程中出现的问题进行了分析，解决了在调试过程中燃气内燃机驱动端轴承温度偏高问题、溴化锂机冷却水流量不足问题、溴化锂机组冷热水流量偏差问题、内燃机缸套水管道排气不畅等问题，为分布式能源机组调试积累了经验，可供同类机组调试提供参考。
参考文献：
［1］林世平．燃气冷热电分布式能源技术应用手册．北京：中国电力出版社，2017．
［2］张圣陶．天然气冷热电联供系统性能分析及系统优化．北京：华北电力大学，2017．
［3］刘烨．分布式冷热电联产系统的优化设计．北京：华北电力大学，2018．
论文作者:程超超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/19
标签：机组论文; 溴化锂论文; 燃气论文; 分布式论文; 能源论文; 内燃机论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第11期论文;