天然氣冷熱電三聯供在建筑樓宇中應用與發展的探討

盧千里

摘 要：天然氣冷熱電三聯供是分布式能源的一種，該系統使用天然氣作為燃料，能夠高效循環利用能源，轉化能量的效率比較高，可以用于供冷或者供熱，保證能源的多層次供應，具有節約能源、改善環境，增加電力供應等綜合效益，是城市治理大氣污染和提高能源綜合利用率的必要手段之一，符合國家可持續發展戰略。本文主要對天然氣冷熱電三聯供在建筑樓宇中的應用進行探討分析。

關鍵詞：天然氣分布式；能源站；冷熱電三聯供

引言：天然氣冷熱電三聯供是一種基于能源梯級利用概念上建立的，集發電、供熱和制冷過程為一體的多聯供系統。首先將天然氣用于發電，然后將發電過程中所生成的高溫煙氣加熱蒸汽鍋爐產生蒸汽，供給業主方在生產過程中使用，最后將煙氣中還存有的余熱經過溴化鋰機組進行制冷或經過換熱裝置產生生活熱水。整個能源利用過程能夠在很大程度上將能源加以充分利用，提高能源梯級利用效率，所產生的有害氣體排放量也很少，設備的利用率也會有所提高，具有較高的經濟效益。

一、天然氣冷熱電三聯供系統分類

天然氣冷熱電三聯供系統適用于多個領域，比如工業、家庭和商業等，一般情況下，可將其分為區域型和樓宇型兩種。樓宇型系統的規模相對比較小，它最大的功能就是能夠滿足和供應單獨建筑的能量需求，比如，學校、醫院和商場中的一些設施等。單獨建筑物中的能量供應有較大的變化，它分為低潮和高潮，而系統需要根據實際情況不斷地調整，使其與具體的環境相適應。因此，樓宇型冷熱電三聯供系統對設備有很高的要求，特別是其開機和停機的變化較大。另外，系統中的熱源設備、發電設備和蓄能設備的設計和優化在系統中占有非常重要的位置。區域型分布式冷熱電三聯供系統與樓宇型最大的不同在于，它主要應用于規定區域內的建筑群中。

二、天然氣冷熱電三聯供的特點

1、節能性

在天然氣冷熱電三聯供系統中，突出其節能性的一個重要指標就是節能率，它從天然氣梯級利用的高效，到用戶端的供電效率，都占有較大的優勢。節能性主要是指在滿足具體環境能源量的基礎上，將天然氣冷熱電三聯供與傳統供能系統相比，觀察它們在一定時間內一次能源消耗量的節約率。

2、經濟性

經濟性主要從初投資和運行費用兩方面考慮。與傳統的辦公樓空調方式對比，即冬季采用集中供熱，夏季依靠蒸汽壓縮式制冷機組。冷熱電三聯供系統的經濟因素主要與燃料價格、供熱價格、電價、供熱時間等因素有關。燃料費在DES/CCHP年運行成本中占有相當大的比例，相關數據顯示，最高的達到78%，最低的也有44%。因此，天然氣價格的波動將直接影響到系統的年運行成本。提高電價會增加系統投資收益，提高系統的運行經濟性，發電效率越高的系統，其年收入中的供電收入所占的比例也越大。提高熱價也會增加系統投資收益，提高系統的運行經濟性。供熱天數越長，供熱負荷越大，系統的能源利用率也就越高，一般要求供熱時間>4000h/a。只有供熱負荷充足，系統才能獲得可觀的熱收入。

3、環保性

三聯供系統以天然氣為燃料，眾所周知天然氣是優質、高效、清潔的理想能源，天然氣燃燒后產生的煙氣溫室效應只有煤炭的1/2，石油的2/3；同時以溴化鋰吸收式制冷機取代壓縮式制冷機，避免了CFC類氟利昂制冷劑的大量使用和排泄，降低了對大氣臭氧層的破壞及溫室效應，起到了環保作用，歐洲委員會在“大氣改變對策的能源框架”中，將熱電聯產放在極其重要的位置，冷熱電三聯供系統被認為是對實現排放目標貢獻最大的一項技術，其減少CO2排放量占總目標的1/4。

三、供能形式

應用最廣泛的常規冷熱電三聯供系統設備組成主要包括原動機發電設備和余熱回收設備，它們與電網并網運行。建筑物內的負荷在很大程度上是由制冷負荷、熱水負荷和采暖負荷等組成的。其中，有一個電力負荷的運行是由原動機優先發電的，如果發電量不能滿足實際需求，就要利用電網補充電能，在這個發電過程中產生的熱量被熱水型吸收式溴化鋰制冷機吸收，用以制熱和制冷。冷熱電三聯供系統原動機主要包括內燃機和燃料電池等。一般情況下，內燃機在100kW～5MW，其發電效率與電網效率非常接近，但是，煙氣溫度和換熱效率不是很高。在小于1MW的三聯供系統中，內燃機占主導位置，這主要是因為在一定空間內，燃氣輪機的發電效率較低，經濟效益和節能效率不是很高。燃料電池在國外的應用比較.廣泛，它與傳統的發電方式相比，具有很高的發電效率，對環境的污染小，這是占絕對優勢的。如果熱電負荷與冷熱電三聯供系統電荷接近，就能夠增加能源的利用率。

四、燃氣熱電冷聯供的工程應用前景與展望

目前，天然氣熱電冷聯供系統在我國應用與發展的主要障礙是天然氣的價格。如果把天然氣單純用來發電，難以與燃煤電廠競爭；另一方面，天然氣價格按等熱值比較，要比煤炭高得多，也不具備替代煤炭的條件。為此，很多城市發改委等聯合制訂《分布式供能系統和燃氣空調發展專項扶持辦法》，發展分布式供能系統和燃氣空調，《扶持辦法》主要明確了資金來源、支持范圍、支持方式和標準、設備補貼資金申請程序、計劃編制程序和部門職責等事項。按照《扶持辦法》有關規定，近幾年對在城市范圍內醫院、賓館、大型商場、商務樓宇、工廠等建筑物建成并投入使用，并納入市推進計劃的單機規模1 萬千瓦及以下的分布式供能系統項目和燃氣空調項目的單位，給予設備資金補貼（燃氣空調按100元/千瓦制冷量補貼）、電網并網支持、天然氣價格和收費優惠等方面的政策支持，并要求政府投資的重大基礎設施建設項目，優先使用分布式供能系統。

結束語

綜上所述，天然氣冷熱電三聯供系統是我國目前鼓勵發展的一項技術，具有節能、環保、高效等優勢。對于建筑供能系統而言，天然氣三聯供系統是其有益的補充，和傳統供能系統一起為建筑服務。因此在規劃設計階段應該對整個建筑物業規模、物業業態、用能規模、用能結構等進行詳細分析，并對三聯供組合供能系統進行技術經濟分析，才能確定合理的天然氣三聯供供能規模和天然氣三聯供組合供能系統方案。

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