以三聯(lián)供為核心的天然氣分布式能源系統(tǒng)探討

周高杭

摘 要：相對于傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)， 以三聯(lián)供為核心的天然氣分布式能源系統(tǒng)能效更高，其直接分布在用戶端，在用戶端附近燃燒燃料用于發(fā)電，發(fā)電的余熱用于供熱和制冷，天然氣分布式能源系統(tǒng)可以同時向用戶提供電能、熱能以及制冷。

關鍵詞：天然氣；分布式；能源

分布式能源系統(tǒng)（DES）其特點是分散，模塊化以及小規(guī)模，可以單獨輸出電能、熱以及冷，分散在用戶附近，這一點和傳統(tǒng)的集中供電方式形成鮮明對比，分布式能源系統(tǒng)就是一個高效熱冷電且安裝在用戶端的三聯(lián)供系統(tǒng)。分布式能源涉及眾多技術，例如風能技術，太陽能技術、燃料電池技術以及燃氣技術，相對而言，天然氣冷熱電三聯(lián)技術更成熟，且經(jīng)濟效益更優(yōu)，因而得到最為廣泛的應用。

二十世紀七十年代，為了應對當時出現(xiàn)的能源危機，美國率先開發(fā)和利用了冷熱電三聯(lián)供電，在當今世界，美國依然是CCHP技術最先進的國家，由于冷熱電三聯(lián)供電在美國的極大成功，二十世紀八十年代，很多發(fā)達國家也開始引入冷熱電三聯(lián)供電系統(tǒng)。

一、區(qū)域型和樓宇型天燃氣分布式能源系統(tǒng)

按照天熱氣分布式能源系統(tǒng)的供能范圍，可以將該類系統(tǒng)簡單分類為區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)（DCHP）和樓宇型天熱氣分布能源系統(tǒng)（BCHP）兩種。

區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)（DCHP）供能的區(qū)域更廣，例如大學城、商業(yè)以及工業(yè)園區(qū)等等，由于供能的范圍比較大，區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)一般會建立相對獨立的能源供應中心，使用容量較大的機組，在建設DCHP時，不僅要考慮冷熱電供應的內(nèi)網(wǎng)設備，還需要考慮冷熱電供應的外網(wǎng)設備。DCHP的裝機容量一般在MW級別。

樓宇型天熱氣分布能源系統(tǒng)（BCHP）顧名思義其供能范圍特定為樓宇也即建筑物，例如商廈、寫字樓和一些綜合性建筑，BCHP一般不需要建設單獨的能源供應中心，能源供應機房一般直接安置在建筑內(nèi)，使用容量較小的機組，樓宇型天熱氣分布能源系統(tǒng)（BCHP）裝機容量一般在KW級別。

區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)（DCHP）由于投資大，目前我國大型的DCHP并不多，大型區(qū)域DCHP其裝機容量往往是樓宇型天熱氣分布能源系統(tǒng)（BCHP）裝機容量的幾十倍甚至上百倍，因此其節(jié)能效果更佳，投資的經(jīng)濟效益更好。我國人口眾多，人均占有耕地較少，因此有必要大力發(fā)展城鎮(zhèn)化，提高居民的居住密度，目前我國大部分城市居民住在公寓，為了節(jié)約能源，提高能源的利用效率，有必要大力發(fā)展50MW甚至容量更大的區(qū)域型天熱氣分布式能源系統(tǒng)（DCHP），與大型住房的集中供冷系統(tǒng)（DCS）和集中供暖系統(tǒng)（DHS）相結合，走出一條高效節(jié)能的能源發(fā)展道路。

二、天然氣分布式能源系統(tǒng)模式

燃氣微燃機、蒸汽輪機、燃氣輪機以及燃氣內(nèi)燃機等是天然氣分布式能源系統(tǒng)的主要發(fā)電設備，而煙氣型吸收式制冷劑、余熱鍋爐、熱水型吸收制冷機以及蒸汽型吸收制冷機等是天然氣分布式能源系統(tǒng)的主要余熱利用設備。

根據(jù)天然氣分布式能源系統(tǒng)功能以及使用的發(fā)電設備的不同，天然氣分布式能源系統(tǒng)主要分為以下三類：

第一類是：汽輪發(fā)電機組+余熱鍋爐+燃氣輪機發(fā)電機組+熱水型/蒸汽型溴化鋰制冷機組，該類系統(tǒng)有效利用了燃氣-蒸汽聯(lián)動，因而發(fā)電效率高，能源轉換損耗少，系統(tǒng)的經(jīng)濟效益比較好。采用該模式的然氣分布式能源系統(tǒng)一般來說容量大，大都應用在區(qū)域型的分布能源系統(tǒng)中，單機燃氣輪機的容量在10MW級別，供冷范圍在2千米，供熱范圍則可達10千米。 在具體工程中是使用抽凝式汽輪機還是使用背壓式汽輪機，是使用不補燃還是使用補燃型的預熱鍋爐，需要綜合考慮上網(wǎng)用電量，熱冷負荷等因素。

第二類是：煙氣型溴化鋰型制冷機+燃氣輪機發(fā)電機。該類型的天然氣分布式能源系統(tǒng)設備投資較小，配置較為簡單，其特點是冷（熱）電比高，冷熱量輸出比例大，一般是燃機單循環(huán)運行，相對于第一類天然氣分布式能源系統(tǒng)，該類系統(tǒng)單機容量較小，一般都小于6MW，供熱供冷范圍也較小，一般在1千米以內(nèi)。

第三類是熱氣型或煙氣型溴化鋰制冷機+燃氣內(nèi)燃發(fā)電機。該類型的天然氣分布式能源系統(tǒng)由于采用的是燃氣內(nèi)燃機，相對于汽輪機，燃氣內(nèi)燃機的單機容量較小，一般介于200KW與3000KW，雖然容量較小，但在這個功率范圍，其發(fā)電效率能達到30%左右，發(fā)電效率是要高于同功率的燃氣輪機。內(nèi)燃機的缸套水以及煙氣余熱都可以被利用，該類型的天然氣分布式能源系統(tǒng)在樓宇型系統(tǒng)（BCHP）中較為常見。

三、天然氣分布式能源系統(tǒng)優(yōu)點

1）能效更高。傳統(tǒng)集中供能方式由于離終端用戶較遠，發(fā)電所產(chǎn)生的能量有近50%被浪費，而冷熱電三聯(lián)供與終端用戶很近，我們除了可以利用40%左右的發(fā)電效率，還可以利用中溫廢熱，以便實現(xiàn)對用用戶的供熱和制冷，其能量利用率可以達到百分之八十以上，較傳統(tǒng)的能源利用方式有較大的提高，具體比較見下表。

2）更佳的環(huán)保效益。相對于傳統(tǒng)的煤電，天然氣是更為清潔的能源，通過結合使用先進燃燒技術的燃氣發(fā)電機組，SO2、NOx等污染物排放物更少，更容易達到相關的環(huán)保標準。采用天熱分布式能源系統(tǒng)的寫字樓、商場、醫(yī)院、體育場館以及酒店溫室氣體排放將大大減少。

3）改善能源結構，對電力和燃氣有消峰填谷的作用。在我國北方，冬天冷，夏天熱，因此冬天要采暖，夏天要制冷。在傳統(tǒng)的能源結構下，冬天供暖通過集中鍋爐供暖氣，夏天則使用空調(diào)，這樣就造成了夏天的用電負荷要遠大于冬季，一方面造成了大量發(fā)電設備的閑置；另一方面則容易給電網(wǎng)造成壓力。燃氣分布式能源系統(tǒng)則可以很好地解決上述問題，在夏季通過燃燒天然氣來制冷，減少空調(diào)的使用，提高天熱氣的使用量，降低夏季電網(wǎng)的用電壓力，減少集中供電中的閑置發(fā)電設備。

參考文獻：

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