摘要：分布式冷热电三联供系统可以实现能源的阶梯利用，提高能源利用效率。本文主要介绍天然气冷热电三联供的种类、技术特点、各项节能性和经济性的评价指标以及主要供能形式。
关键词：天然气冷热电三联供；评价指标；供能形式
天然气冷热电三联供系统是一种节能高效的分布式能源系统，利用对环境负荷较小的天然气作为燃料，产生的高品位热能用于供电，低品位热能用于供热或者被吸收式热源设备利用来供冷，从而实现一能多用以及能源的梯级利用。相比传统的集中式供能，天然气冷热电三联供系统是建立在用户侧的小型的、模块化的能源供给系统，避免了长距离能源输送的损失，为能源供应增加了安全性、可靠性和灵活性。
一、天然气冷热电三联供分类
天然气冷热电三联供系统应用于商业、工业等各个领域，一般分为楼宇型和区域型两种。楼宇型冷热电三联供系统，规模较小，主要用于满足单独建筑物的能量需求（如医院、学校、宾馆、大型商场等公共设施）。单独建筑物一天内的负荷变化较大，会出现高峰或低谷的情况，而系统的运行需要不断进行调整，与负荷需求相匹配。因此，楼宇型冷热电三联供系统对设备的启停机及变工况运行性能有较高的要求，同时在系统集成方面，发电设备、热源设备、蓄能设备之间的优化设计以及与电网配合的优化运行模式也十分必要。
区域型分布式冷热电三联供系统主要应用于一定区域内的由多栋建筑物组成的建筑群。区域内建筑物用途具有多样性，各个建筑物对用能需求的时间段也不同，由于不同用途建筑物负荷之间的相互耦合，使得区域能源需求虽然比较大，但是供能曲线相对比较平稳，设备的变工况运行要求不高。当规模较大时，一般采用高效的燃气蒸汽联合循环机组
二、评价指标
1.节能性
节能率是反映三联供系统先进性的一个重要指标，三联供系统的节能主要体现在天然气就近梯级利用的高效与传统大电网供电方式到用户端较低的供电效率相比较的优势。具体指的是在满足对象区域冷热电负荷的情况下，采用天然气冷热电三联供之后，和传统供能系统相比，一整年节约的一次能源消费量。
式中RPEC—节能率，%；
TotPEC—三联供系统的年一次能源消费量，MJ；
TotPECconv.—传统供能系统的年一次能源消费量，MJ。
此外，从节能方面，综合地评价三联供系统，发电系统和余热回收系统的一些参数，也有必要具体分析。
（1）发电效率
在评价系统的时候，一般算的是年平均发电效率。有时候也使用去除系统的辅助设备的耗电量的有效发电效率作为评价指标。
式中RGen.—发电效率，%；
TotEGen.—年发电量，MJ；
TotEfuel—年燃料消费量，MJ。
（2）余热利用率
余热利用率指的是从冷热电三联供中回收的余热（余热回收量）被空调和热水有效利用的热量（余热利用量）的比重。所以无论从经济性还是节能性方面，在设计冷热电三联供的设备选型、容量、运行策略时，都应考虑余热利用率。
式中RHeat—余热利用率，%；
Hused—余热利用量，MJ；
Hrecovery—余热回收量，MJ。
（3）综合效率
综合效率指的是三联供系统的一次能源利用率，是发电量、余热回收量的能量输出总和与燃料消耗量的比例。对于天然气冷热电三联供系统具有较高的综合效率，对于普通的火力发电系统，一次能源利用率约为40%，而采用天然气冷热电三联供系统，一次能源利用率一般可达到70%以上。这个指标由系统的发电效率和余热利用率决定。其中余热利用率由余热利用设备的效率决定，而余热利用设备的效率，受三联供系统回收的热能的品位制约（从系统回收的热能包括温水、蒸汽，蒸汽的压力、水的温度决定着能量的品位）。特别是制冷的时候，热能的品位对余热回收设备的COP有很大的影响。
式中Roverall—综合效率，%；
Efuel—燃料消耗量，MJ。
2.经济性
虽然高效节能的系统，其使用燃料的经济性非常高，但是这些系统的投资成本也很大，所以三联供能系统设计时，在保证预期的节能环保效益的前提下，选择经济效益较好的系统是至关重要的。对三联供系统的经济性评价，这里介绍两种评价指标，单纯回收年数和年等效运行费用。
（1）单纯回收年数
单纯回收年数指的是在不考虑年利润的情况下，三联供系统和传统供能系统相比，可以通过多少年的年运行费用上的节省来回收高昂的初期投资。该评价指标能定性、直观的说明问题，在系统运行初期经常使用，但不适用于投资回收之后长期的经济性评价。
（2）年等效运行费用
年等效运行费用是能够评价三联供系统长期经济性的最简便的指标。年等效运行费用，由固定费用和变动费用两部分组成，固定费用是由初期投资根据系统的使用年限及年利率折算而成。变动费用是指三联供系统的年运行费用。
式中TotCost—年等效运行费用，万元；
Cfix—固定费用，万元；
Cvariable—可变费用，万元；
—三联供系统的初期投资，万元；
—传统供能系统的年运行费用，万元；
s—设备的使用年限，a；
t—年利率，%。
三、供能形式
下图为常规的冷热电三联供系统图，该系统主要由原动机为核心的发电设备和余热回收设备组成，与电网并网运行。建筑物的基础负荷一般由电力负荷、制冷负荷、采暖负荷、热水负荷组成，其中电力负荷优先由原动机发的电来提供，当原动机的发电量不能满足需求时，从电网买电。发电过程中产生的余热被蒸汽型、热水型吸收式溴化锂制冷机等余热吸收式热源设备所利用来制冷制热，或者通过热交换的方式，提供采暖和热水负荷。热水负荷不能满足需求时，由锅炉进行补给。
冷热电三联供系统的原动机形式主要有微型燃气轮机、内燃机、燃料电池等。微燃机规模一般在25~400kW，发电效率比较低，而产热品味较高，烟气温度可以达到500℃以上，适用于热负荷比较高的用户。内燃机规模一般在100kW~5MW，发电效率很容易与大电网的平均效率持平，但烟气温度低，换热效率低。
对于1MW以下的三联供系统，内燃机占据了主导地位，这是由于燃气轮机在此容量范围内发电效率较低，节能和经济效益不明显。对于１~5MW的三联供系统，燃气轮机数量大约为燃气内燃机的50%。对于5~10MW及以上范围的三联供系统，燃气轮机占主要地位。燃料电池的应用在国外较为普及，相比传统的发电方式具有发电效率高，环境性好的优势。如果建筑物的热电负荷比例与冷热电三联供系统的热电比接近，系统能源利用效率还是非常高的，所带来的经济性回报也很高，投资回收期也较短。
综上所述，本文从种类、技术特点、评价指标及供能方式等方面，对天然气分布式冷热电三联供系统进行了探讨。
（1）天然气分布式冷热电三联供系统是建立在客户端的、高效节能环保的分布式能源系统，按规模分为区域型和楼宇型两种，不同类型的系统对设备的要求也有所不同。
（2）对三联供系统进行评价时，节能性指标包括节能率、发电效率、余热利用率、综合效率。经济性指标包括单纯回收年数和年等效运行费用。
（3）冷热电三联供系统主要由原动机为核心的发电设备和余热回收设备组成，根据使用场所的特点，原动机的选择也有所不同。
参考文献：
[1]薛梅，董华.天然气热电冷联供系统的效益分析[J].煤气与热力，2003，23（5）：309~311.
论文作者:张海军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/24
标签：系统论文; 余热论文; 热电论文; 效率论文; 负荷论文; 能源论文; 利用率论文; 《基层建设》2018年第14期论文;