摘要：随着经济的快速发展,能源需求不断上升,能源供应的压力日益增大,节能越来越受到重视。冷热电联产系统,以其排放低、能量传输损耗低,能源利用率高等优点,受到广泛关注。但是冷热电联产系统是否节能,以及节能的条件是什么,一直是争论的焦点,影响了冷热电联产技术的推广。本文分析冷热电联产与分产的热经济性比较。
关键词：冷热电联产系统；分产；热经济性；
冷热电联产(ccHP)实现了能量的梯级利用，高品位的能量用于产生电能，低品位的能量用于供热和制冷。它不仅可以提高能源利用率，还可以缓解夏季电力负荷高峰及减少污染物的排放。但是，ccHP在我国的发展却存在一定的阻力，主要表现在设备陈旧、热经济性指标计算不合理以及融资困难等问题。
一、冷热电联产的原理
当今社会，一个国家能源利用效率的高低直接制约着一个国家发展的程度。就我国而言，在国家资源的有效利用上与发达国家相比，还存在一定的差距。发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机作过功的蒸汽对用户供热的生产方式。实行热电联产的火电厂称为热电厂。热电联产中对外供热的蒸汽源，是抽汽式汽轮机的调整抽汽或背压式汽轮机的排汽。前者供应需要高温蒸汽的工业用户，后者为民用采暖供热。由于热电联产的蒸汽没有冷源损失，提高了燃料的热能利用率，是一项重要的节能措施。就传统的能源利用方面看，存在污染严重，浪费严重，效能低下等不足之处，而热电联产的提出和实施恰好可以克服传统能源的缺陷是针对，众所周知，传统火力发电厂在我国的能源格局中占据较大份额，而它的缺陷之一就是循环的冷源热损失严重，白白浪费了热能。通过热力学第二定律可知，完全避免冷源热损失是绝对不可能的了，唯一能做的只有从减少冷源损失的方向出发来降低能耗。而提高热电联产就是从这一点出发研究减少冷源损失的，有着非常大的战略意义和实用性。从一定程度上来说，热电联产带来了显著的热经济性，高度解决了我国的能源再利用问题。值得大面积推广应用。
二、冷热电联产与分产的热经济性比较
1.热电联产。
（1）冷热电联产系统在热电联产方式运行时,冷热电联产系统相对于分产系统的一次能源节约率FESR>0时,表示冷热电联产系统相对于分产系统节能,否则不节能。下面以联产系统总效率Gco. th为80%进行分析,若燃气电厂供电效率Gte只有30%,原动机发电效率Gco. e仅需2. 73%,联产系统就能节能;若以目前燃气电厂Gte为45%计,Gco. e为5. 62%时就可以节能。而目前中小型的燃气轮机,内燃机的发电效率大部分都能达到,甚至高于这个数值。很显然,无补燃时,热电联产只要系统总效率达到一定值,总能节能。
（2）补燃是联产系统能量调节的有效方式,但补燃对热电联产系统的节能有影响。随着补燃率的增加,热电联产系统节能所需的最小发电效率也随之提高。在原动机发电效率一定的情况下,加大补燃率虽然可以满足热量需求,但若超过系统节能的最大补燃率,将导致系统不节能。因此在系统设计和运行时,要确定最大补燃率,以保证联产系统节能。
2.冷电联产。冷热电联产系统在冷电联产方式运行时,不提供热量,只输出电和冷量。冷电联产系统原动机发电效率与节能率的关系,其中单效吸收式制冷机组的性能系数COP为0. 6,双效吸收式制冷机组的性能系数COP为1. 2。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着原动机发电效率的增加,节能率是逐渐上升的,但增加的幅度逐渐减少。冷电联产系统在无补燃的条件下,系统是否节能除了与原动机发电效率有很大关系外,也与所采用的制冷方式有关。但即使在联产系统总效率较高的情况下,采用双效吸收式制冷,联产系统的节能率仍不高。当冷电联产系统有补燃需求时,随着补燃率增加,达到节能所需的边界发电效率也将增大。因此,对于冷电联产系统来说,要实现节能,补燃率是相当有限的。这对于冷负荷较大的场合,系统设计时要考虑其他冷量供应与余热制冷相结合的方式,在确保冷量供应的同时实现节能的目的。
3.热经济性比较。一是供热机组开始节煤的经济条件。在装设供热机组时最基本的经济条件就是：热电联产应比采用效率更高的锅炉供热及大型凝气机组发电的分产方式节约燃料，只有这样才能进行节煤生产。对于任何类型的供热机组来说，实现节煤目的，最基本的经济条件就是改组的供热发电率要大于消耗率。
二是供热机组成本开始降低的经济条件。在建设热电厂时，节煤仅仅是最基本的条件，而实现热电联产方式要增加投资，投资的增加，势必导致运行费用的提高，从运行经济性出发，要使得热电联产的费用低于热电分产的运行费用，必须满足的前提条件就是因节煤而降低的运营费用应大于投资增加而引起的折旧费用的提高。 三是供热机组增加投资在限定年限内得到回收的经济条件。从设备投资需要限定的年限上考虑回收问题，我们不难对已建热电厂的供热机组是否应该进行改造做出相应的判断：①对于新建的热电厂来说，因为涉及到节煤和减低成本、增加投资应在限定的年限内得到回收的经济效益考虑， ②对于已经建立的热电厂，增加投资的回收问题就不用考虑，只要供热机组的年供发电率大于2临街供热发电率即可。抽汽供热机组说，因抽出额一部分蒸汽，加热了热网的循环水，不会存在冷源损失问题，热力循环的冷源热损失为零，因此，热经济性能良好，而且这种供热方式，电和热互相之间不会造成影响，没有限制，适用于大机组，所以，得到广泛的应用。然而，也存在一定的缺点，为了满足供热的需求，必须采用调节抽汽，导致了一部分继续在低压缸做功的凝气流通过调节阀门时引发的节流是不可逆转的损失，这样看来，使用这种热电联产方式会降低机组的热效率。
三、建议
就冷热电联产系统的工作原理来看，系统利用一次能耗节约率热能进行发电，用做过部分功的抽汽或者汽机的排汽进行供冷和供热，实现了按质用能的科学用能原则，能量的梯级利用不仅产生了节能效益，还减少了污染物的排放。就冷热电联产系统热经济性的评价指标来看，并没有综合统一的评价指标。因为冷热电联供系统的产品是电、热和冷，这几种产品的质量是有差别的，造成了系统热经济性评价上的困难。就冷热电联产和分产实例的计算结果来看，产生相同数量的电、热和冷，联供系统的一次能耗率和煤耗量都低于分产系统，而制冷当量热力系数却高于分产系统，验证了联产系统相对于分产系统的节能性。同时，热化供热气流，通过在汽轮机中做功后，抽出去的对外供热，没有任何冷源损失，促进热力循环的热效率可以达到100%，大大提高了热经济，从一定程度上来说，热电联产带来了显著的热经济性，高度解决了我国的能源再利用问题。值得大面积推广应用。
随着补燃率的增加,热电、冷电和冷热电联产系统的节能率下降。在确保联产系统节能的前提下,热电联产允许的补燃率最大,冷热电联产次之,冷电联产最小。冷热电联产系统的节能率随着用于制冷的余热量的增大而减小。在系统设计时要注意余热量的合理分配,而对冷量需求大的场合,可考虑采用电制冷补充,从而有效调节补燃量和余热量的分配。
参考文献：
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论文作者:赵春龙,德格希
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
标签：热电论文; 系统论文; 节能论文; 经济论文; 机组论文; 效率论文; 节煤论文; 《电力设备》2018年第14期论文;