冷熱電聯供系統節能分析

劉莉娜/哈爾濱東安發動機（集團）有限公司

冷熱電聯供系統節能分析

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世界各國都非常重視能源問題，因為它是人類社會生存和發展的物質基礎，是國民經濟的基本支撐。分布式能源系統作為節能降耗的有效途徑受到普遍的關注。冷熱電聯供（CCHP）系統作為分布式能源供應系統的一種，以其獨立供能、綜合效率高等特點，逐漸成為能源領域內研究的熱點。本文介紹了冷熱電聯供（CCHP）系統的基本原理和結構，從一次能耗的角度與分產系統相比，提出節能率的概念，并分析了冷、熱、電三聯產的節能性。

冷熱電聯供系統；一次能耗;節能率

一、前言

能源是人類社會生存和發展的物質基礎，是國民經濟的基本支撐。中國的一次能源生產居世界第三位，成為世界能源大國，但是我們也應清醒地看到，中國能源還存在許多重大問題，其中能源效率低就是其中之一。

分布式能源系統作為節能降耗、保證可持續發展戰略實施的有效途徑受到普遍的關注。冷熱電聯供系統是集制冷、供熱及發電過程一體化，是建立在能的梯級利用原理基礎上的多聯產總能系統。在三聯產中，燃料燃燒產生的高品位能量通過汽輪機或燃氣輪機發電，低品位的能量可以根據用戶的需求直接供熱或者通過吸收式制冷系統制冷，實現冷、熱、電的聯產聯供，從而有效利用能源，提高能源的節能率。

二、冷熱電聯產

1.冷熱電三聯產系統組成。冷熱電三聯產系統包括由蒸汽輪機、燃氣輪機或柴油機發動機帶動的發電機組，抽汽、排氣或工業過程余熱驅動的制冷機組，及抽汽、排氣或工業過程余熱提供的供熱及生活熱水系統。冷熱電聯產系統按照各部分的功能分為五個部分，即驅動系統、發電系統、供熱系統、制冷系統和控制系統。將不同的設備進行不同的組合就組成不同型式的冷熱電聯供系統。

2.熱電聯產系統。冷熱電聯產是在熱電聯產的基礎上發展起來的。熱電聯產顧名思義就是將電能和熱能聯合生產。燃料燃燒產生的化學能轉化為高品位的熱能用來發電，同時將已經做過功的低品位熱能回收，用于對外供熱。這不僅符合了能源梯次化的原則，而且提高了經濟性，從而節約了能源。

以微型燃氣輪機為例，利用燃料產生的熱能進行發電的同時，將渦輪排出的高溫燃氣加以利用對外供熱（制冷）。為了提高微型燃氣輪機的發電效率，通常利用回熱器回收燃氣輪機渦輪排煙的熱量。如圖1。

圖1 帶有回熱器的微型燃氣輪機熱電聯供系統

1發電機；2空氣進口；3壓氣機；4進入回熱器的空氣；5燃燒室；6渦輪；

7回熱器；8排氣出口；9余熱鍋爐；10冷水進口；11熱水出口；12系統排氣出口。

下面我們從一次能耗地角度來分析熱電聯產的節能性，從而引入冷熱電三聯產系統的節能分析。圖2，熱電聯產簡化模型。兩個系統有相同地發電量 E 和供熱量 Q。

圖2 熱電聯產簡化模型

微型燃機的發電效率為0.3，供熱效率為0.6；常規發電系統的發電效率為0.36，對于現代發電廠，鍋爐的供熱效率為0.90～0.92。熱電聯供系統的節能性顯而易見。

3.冷熱電聯產的節能性。冷熱電聯產是在熱電聯產的基礎上加入了制冷系統。通常應用較廣泛的制冷方式主要是壓縮式制冷和吸收式制冷。吸收式制冷機消耗的能量形式是低品位的熱能，因此冷熱電聯產中吸收式制冷起著不可取代的作用。

本文以微型燃氣輪機和吸收式制冷為例，如圖3為熱電冷三聯產系統與分產的一次能耗比較模型。

圖3 熱電冷三聯產系統與分產的一次能耗比較模型

冷熱電聯產一次能耗P

COP--吸收式制冷的制冷系數

4.節能率I

三聯產的節能率是指三聯產系統的一次能耗與分產相比時的一次能耗的相對節約率，用I表示，因此：

將上面的相關公式代入上式得

在同一制冷溫度下，給定吸收式制冷機的制冷系數 為0.8，壓縮式制冷機的制冷系數為3，則

由此可見節能率恒大于零。

三、結論

系統一次能耗越小，該系統越節能。因此當所需供電量、制冷量，供熱量相同時，冷熱電聯產相對冷熱電分產來說是節能的。

【1】嚴俊杰，黃錦濤，何茂剛編著。冷熱電聯供技術，化學工業出版社。2006年第一版.