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摘要：本文指出了冷热电三联供系统采用“以热定电”或“以电定热”的运行模式存在的问题，结合区域能源系统，发展一种“区域型冷热电三联供”系统，既可以解决冷热负荷与用电负荷的不一致性问题，又可以为区域能源系统提供一种经济高效的运行方案。本文对该方案的环境效益和经济效益进行了对比分析。
关键词：冷热电三联供 区域能源系统 运行方案
1 概述
冷热电三联供（Combined Cooling Heating and Power，简称CCHP）系统是指同时向用户供电、供冷、供热、供蒸汽及供生活热水的能源综合供应系统。冷热电三联供系统以“品味对口，梯级利用”为原则，对冷、热、电分产系统进行集成，将燃料燃烧产生的高品质热能首先进行发电，余热进行制冷/制热，实现能源的高效利用，减少温室气体和有害气体排放，是一种科学的用能系统。典型的冷热电三联供系统能源流程如图1所示。
图2 区域型冷热电三联供系统能源流程示意图
冷热电三联供系统主要以天然气为燃料，发电设备主要有燃气轮机、内燃机、微燃机、汽轮机、燃料电池等，余热利用设备主要有余热锅炉、各种吸收式热泵机组等，调峰设备主要有压缩式制冷机组、锅炉等。冷热电三联供系统对这些设备进行集成，可以显著提高能源利用效率，能源综合利用效率可达90%以上。
冷热电三联供系统主要采用“以热定电”或“以电定热”的运行模式，但是建筑内冷热负荷与电负荷的变化基本是不一致的，无论采取哪种运行模式，都存在供应与需求的不匹配问题[1]。例如：按“以热定电”模式运行时，如果多余的电量不能上网，则必须减小机组的发电量和运行时间，系统无法正常供冷和供热；按“以电定热”模式运行时，如果机组的供热量超过建筑的需求量时，多余的热量就被白白浪费掉，从而降低了系统的能源利用效率。
结合区域供冷供热系统，发展一种“区域型冷热电三联供”系统，将冷热电三联供技术与区域供冷供热技术进行高度集成，既可以解决冷热负荷与电负荷的一致性问题，又可以为区域供冷供热系统提供一种经济高效的运行方案，将是一种双赢的集中供冷、供热方案。
2 区域型冷热电三联供方案
区域型冷热电三联供系统由发电设备、吸收式热泵机组、压缩式热泵机组等组成，压缩式热泵机组可以是地源热泵机组、风冷热泵机组、热源塔技术配套的热泵机组等多种空调制冷制热设备。同时该系统能切换至应急运行模式，发电机组可以作为区域内各用户的备用电源使用。外电网作为区域供冷热泵系统的备用电源，可以提高供冷供热系统的可靠性。
3 区域型冷热电三联供方案的特点
3.1 解决了冷热负荷与电负荷的一致性问题
由于发电机组产生的电量和热量分别通过压缩式热泵机组和吸收式热泵机组全部转化为冷热量，不考虑用户其它用电需求，用户的其它用电负荷直接由电网提供，因此发电机组的发电量只与冷热负荷有关，只需要根据冷热负荷的大小来调节发电机组的发电量。
3.2 提高能源利用效率，节省运行费用
传统的区域供冷供热系统主要消耗电网中的电能，电网供电的能源利用效率只有32%左右，而冷热电三联供系统发电后的废热加以利用，总能源利用效率高达75%～90%，比燃煤电厂热效率高出一倍以上，采用该方案可以显著提高能源利用效率。
3.3 有利于可再生能源利用技术的应用
空调、供暖领域的可再生能源利用主要采用压缩式热泵机组来实现，例如：污水源热泵机组消耗一部分电能，将城市污水中的热量加以利用，用于供冷和供热；地源热泵机组消耗一部分电能，将浅层土壤中的热量加以利用，用于供冷和供热；风冷热泵机组消耗一部分电能，将空气中的热量加以利用，用于供冷和供热；热源塔技术同样利用热泵机组消耗一部分电能，将空气中的热量加以利用，用于供冷和供热。由此可见，可再生能源利用主要由电能驱动。
3.4 环保
我国是以火力发电为主的国家，根据中电联统计，2012年全国发电总量为49774亿kWh，其中火电占78.6%。
3.5 降低投资成本
区域型冷热电三联供方案虽然增加了发电机组部分和管网的投资成本，但可以减小制冷供热主机装机容量，可以选择能效比高的制冷供热主机设备，同时各用户可以减小供电系统投资成本，可以取消备用的柴油发电机组，从而降低了系统总体的投资成本。
2.6 提高电网和燃气管网的运行稳定性
城市电网用电负荷的峰值一般出现在夏季，用电负荷的低值一般出现在冬季；而城市天然气管网用气负荷的峰值一般出现在冬季，用气负荷的低值一般出现在夏季，出现这种现象的原因主要是夏季空调消耗大量的电量而冬季供暖消耗大量的气量造成的，采用区域型冷热电三联供系统，有利于电网和天然气管网的负荷峰谷互补，有利于城市供电、供气系统稳定和安全运行。
4 环境效益分析
人类在消耗能源的同时造成了环境污染问题，现在环境问题包括温室效应、大气污染、水污染、土地占用与破坏、燃烧废弃物等，涉及面很广，危害到人类自身。
5 经济效益分析
区域型冷热电三联供方案的投资成本与所选择的空调设备、发电设备、蓄能设备和管网密切相关，需要结合具体方案进行分析。
6 结论
冷热电三联供系统要求同时供电和供冷、热，而建筑内冷热负荷与电负荷的变化基本是不一致的，无论采取哪种运行模式，都存在供应与需求的不匹配问题。
区域型冷热电三联供系统，将冷热电三联供技术与区域供冷供热技术进行高度集成，既可以解决冷热负荷与电负荷的一致性问题，又可以为区域供冷供热系统提供一种经济高效的运行方案。
区域型冷热电三联供方案具有显著的环境效益，夏季CO2可以减排64%左右，冬季CO2可以减排46%左右。
区域型冷热电三联供方案具有显著的经济效益，夏季运行费用可以减少32%左右，冬季运行费用可以减少46%左右。
参考文献：
[1]付林,李辉.天然气热电冷联供技术及应用.北京：中国建筑工业出版社，2007.
[2]华贲.天然气冷热电联供能源系统. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
马利英，女1982.02，工程师，通信地址：武汉市江岸区四唯路8号中信建筑设计研究总院有限公司。
论文作者:马利英,张再鹏,周敏锐,陈焰华
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/5
标签：热电论文; 系统论文; 机组论文; 区域论文; 负荷论文; 能源论文; 方案论文; 《基层建设》2016年8期论文;