分布式冷熱電三聯供系統集成優化研究

姜宇嫻

濟南城投置業有限公司

1 三聯供系統介紹

1.1 三聯供系統及特點介紹

燃氣蒸汽聯合循環冷熱電三聯供是區域型分布式能源的一種，具有節能降耗、提高能效、科技環保等優勢，是提高能源利用率及減少污染物排放的必要手段之一，符合我國提出的可持續發展戰略。從技術層面來看，冷熱電三聯供系統是以燃氣為能源，對其產生的高溫煙氣通過余熱鍋爐再次利用，通過余熱供熱制冷，以達到冷熱電三聯供的一個能源供應系統。該系統通常由燃氣蒸汽聯合循環發電機組、熱交換裝置及吸收式制冷裝置組成，三聯供使得燃氣的熱能被充分利用，大大提高了能源的綜合利用效率。

1.2 系統分類

分布式燃氣冷熱電三聯供系統主要由燃機發電機組、余熱鍋爐、汽機發電機組及吸收式制冷機組組成，有多種優化組合形式，在應用中根據用戶需求各有優缺點，在推廣和規劃時應予以充分考慮。

分布式天然氣冷熱電聯供的系統形式很多。根據燃氣發電機種類劃分，分為內燃機聯供系統、燃氣輪機聯供系統、燃料電池聯供系統等。根據發電機與電網的關系劃分，有發電機與市電并網運行方式和發電機與市電切網運行方式兩種規劃方案。根據余熱利用設備種類劃分，有余熱鍋爐+吸收式制冷機組系統、補燃型余熱鍋爐+吸收式制冷機組系統、余熱吸收式制冷機組系統等。

1.3 關鍵技術原理

傳統燃氣蒸汽聯合循環三聯供項目都采用擴大式省煤器余熱集中供熱、供冷，循環水系統公用及大溫差集中供冷等多項新技術、新工藝，體現了項目建設的新思路。以燃氣-蒸汽聯合循環機組為基礎，通過傳統的蒸汽輪機低壓缸抽氣，利用熱網系統加熱熱網循環水，實現熱電聯產，滿足供暖季用戶的基本需求。利用天然氣發電排煙中污染物含量低、不容易形成低溫腐蝕的特點，考慮進一步利用余熱鍋爐的尾部余熱，在余熱鍋爐尾部加裝擴大式省煤器，回收煙氣余熱；通過改造供熱系統，擴大式省煤器冬季可直接供熱，減少了冬季的抽氣供熱量；在夏季供熱期，充分利用擴大省煤器余熱制冷，降低制冷成本；采用集中冷站循環水系統與電廠循環水系統共用的方案，減少了冷站循環水冷卻塔及冷卻水泵的投資。吸收式制冷機與離心式制冷機前后串連工作，可實現“大溫差供冷”，擴大了集中供冷的服務半徑，使供熱供冷管徑相互匹配，“冷熱同網”得到實現。

2 建筑三聯供系統優化配置研究

2.1 優化運行策略分析

隨著季節的變化，冷熱電負荷的變化都較為劇烈，所以優化后的發電機組開啟時間也隨之發生改變。冬季發電機組的開啟時間是在18：00-22：00，這是由于在這段時間內旅館建筑處于用電高峰期，且電價位于波峰處，根據優化配置所選擇的機組在該時刻內可以滿負荷運行；而夏季三聯供機組的開啟時間相對較長，從11：00-22：00左右。對比冬夏季發電機組的開啟時間可以看出，雖然冬夏季的熱電比都相對較高，平均值在3.3左右，但是由于冬季的熱負荷大都集中在用電量較小的時段，熱電逐時負荷不相匹配，因此從全年的機組運行時間上來看，冬季的三聯供機組開啟時間明顯少于夏季，所以導致冬季余熱的利用量低于夏季。由于在優化運行模式中設置了余熱的優化利用方式，所以在夏季典型日，雖然同時有冷負荷和熱水負荷的需求，但是大多數的余熱都被用于滿足熱水負荷需求。

2.2 不同發電機組配置時的集成優化性能評價

在不同機組臺數配置下，各經濟性和節能性指標隨機組容量配置的變化趨勢大致相同。在機組發電量從滿足電力負荷10%-60%時，年運行費用節約率ACSR、年凈現值NPV和年一次能源節約率FESR均有較小幅度的增加；但是當發電機組的容量繼續增大時，FESR則急劇減小，相反ACSR和NPV則急劇增大。從對以上的優化分析中可以看出，最優化的機組配置是在滿足電力負荷分布頻率的90%處，在該處年運行費用節約率ACSR、年凈現值NPV均取得最大值，但是年一次能源節約率FESR卻低于滿足電力負荷分布頻率60%時的情景。故從以上的分析中可以看出，以經濟性指標NPV值為目標函數的最優化配置方式并不一定就是最節能的配置方式。

2.3 CO2減排量分析

全球氣候變化給人類和生態系統帶來了巨大的系統性災難，而這又與溫室氣體的排放有著直接而緊密的聯系。各國政府為了應對這一挑戰，紛紛開展了以發展低碳經濟為目的的一系列減排措施。其中低碳建筑的建設與發展，已成為應對全球氣候變化和促進人與自然規律和諧相處的重要領域和關注點。樓宇三聯供系統作為小型的分布式能源供應系統，被認為是減少CO2排放量的有效方式之一。本文在三聯供系統不同機組容量的配置下，針對CO2的減排量進行分析。隨著發電機組容量的增加，CO2的減排量也隨之增加。在機組滿足電力負荷分布頻率的10%-40%時，發電機組選擇一臺和兩臺時的CO2減排量相同。但是隨著發電機組容量的增加，兩臺機組配置下的CO2減排量大于一臺機組配置時的情景。

總而言之，在工業化和城市化的推進進程中，能源與環境問題已經成為我國經濟和社會發展的主要矛盾。同時，一次能源的緊缺、環境持續惡化是目前人類共同面對的全球性問題。用天然氣替代燃煤發電供熱，其發電效率及環保效益顯著，但劣勢是燃氣成本過高同時缺少燃氣資源，大力促進天然氣冷熱電聯產技術的發展，必將顯著改善我國，特別是城市的環境質量及用能品質。

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