建筑物冷热电联产的循环经济发展模型

#" 冷热量的循环利用
图 & 示出的建筑物冷热电联产系统中， 可选用多种能源并用的方案， 包括市电、 燃气和可再生能源等， 控制上采用 “ 余热利用优先” 的原则， 余热不足或发电机不运行时， 采用燃烧机补燃方法， 为用户提供了多 样化的能源选择! 建筑物冷热电联产系统中， 能源梯级利用是永恒的话题， 也是提高能源利用率的有效手段， 燃气首先 在燃气轮机驱动发电机发电， 提供建筑物必须的电力； 发电机排出的高温 ’#() 烟气 （ 或缸套冷却水） 热 量， 进入吸收式冷温水机转换冷量或热量， 直接供给中央空调所提供的冷量或热量； 吸收式冷热水机组排 烟温度高达 &"#) （ 制冷时） 或 &*#) （ 制热时） ， 通过热回收装置， 尽量吸收热量， 生成卫生热水或提供空 调热负荷， 最终使排放至大气余热最低， 在设备条件许可时， 可以达到排放 ’#) 的余热； 吸收式冷温水机 组的流量很大的冷却水出水温度 ’"! *) ， 直接利用是有困难的， 但是经过热交换器和热泵机组的热交换 和提升， 成为能直接利用的卫生热水或者供热负荷! 可再生能源包括太阳能、 风能、 水能、 生物质能、 地热能和海洋能等多种形式， 开发利用可再生能源已 资源丰富、 对环境 成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分! 太阳能既是一次能源又是可再生能源， 无污染， 是一种非常清洁的能源， 在建筑中得到较为广泛的应用! 如何有效地利用可再生能源满足建筑的 采暖空调等能源需求， 也是建筑节能的一项重要内容! 当建筑物电力负荷出现高峰而无相应的热负荷或冷负荷时， 发动机由于排热量无法充分利用而不能 充分投入运行满足电负荷要求； 当建筑物出现电力负荷低谷而热负荷或冷负荷高峰时， 由于发电难于上 网， 发动机也由于电力无处使用而不能充分投入来满足热量的需求! 其结果导致冷热电联产系统仅能承担 电负荷与热负荷相重合的这一小部分负荷! 采用能量蓄存装置储存暂时多出的能量， 就会大大缓解这一矛 盾! 在建筑物冷热电联产系统中， 为了充分利用能源， 加装蓄能装置是十分必要的! 当发电量有富裕时， 就 可充分利用电力， 储存冷量或热量! 当需冷量或需热量要求增加时， 在保持电力效率的前提下， 将储存的冷 掌握正确的运行方式， 也是提高建筑物冷热电联产能效的重要措施! 量或热量投入运行! 因此，
!))* ? ,) ? ,, ! 收稿日期： 基金项目： 贵州省科技攻关项目： 黔科合 3I 字 （ !))* ） "))*’ 作者简介： 唐+ 军， 女， 副教授， 从事计算机控制方面的教学与研究’
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贵州大学学报 （ 自然科学版）
第 13 卷
!"# 以上， 大幅度降低建筑能耗$ 建筑物冷热电联产系统能削减夏季电力峰值、 填补夏季燃气谷值， 提高电 力和燃气设备的负荷率， 减少公用事业投资， 被能源专家大力提倡； 系统设计简便、 施工周期短、 自动化运 行管理等优点， 也被广大工程技术人员所接受， 因此， 建筑物冷热电联产系统成为目前世界各国大力提倡 的新技术$ 图 % 示出了一种典型的建筑物冷热电联产系统运行模式方框图$ 这种系统具有以下特征： 燃料多元 化、 冷热电联产化、 设备小型或微型化、 控制智能化、 管理信息化， 充分利用可再生能源和实现高标准的环 保$ 这是一种典型的企业循环经济的运行模式， 其中包含了几种微循环的运行模式$
第+ 期
唐, 军等： 建筑物冷热电联产的循环经济发展模型
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!" 电力负荷的充分利用
建筑物冷热电联产系统是建立在发电机和制冷技术的基础上! 建筑物冷热电联产系统选用先进的燃 气轮机、 燃气内燃机、 燃料电池等发电机组与溴化锂吸收式冷热水机进行优化组合， 以实现冷热转换的能 源系统! 并通过科学的接缝技术和自控手段， 使其达到系统的一体化! 电能的特点是发电、 传输、 用电都是同时发生， 电能供需必须每时每刻都取得平衡， 还要保证供电的安 全性、 可靠性以及电能质量! 因此， 传统的电力工业， 在能源转换和输配电环节中， 损失了 "#$ 的一次能 源! 建筑物冷热电联产系统中， 由于发电机组就安装在使用现场， 避免了输配电的损失； 直燃机直接回收 发电机烟气热量而不通过中间二次换热， 能量获得合理的梯级利用， 使一次能源利用率提高 %#$ 以上； 避 免了电空调与电网争用电的局面， 有效改善电网负荷的不平衡性， 提高了发电厂设备的负荷率； 建筑物冷 热电联产系统利用燃气或发电余热制冷制热， 改善了电力和燃气不合理能源结构状况!
表 !" 不同机组 #$% 的排放因子 机组类型 燃气轮机 燃气内燃机 微燃机 斯特林发动机 燃Baidu Nhomakorabea电池 排放因子 （ & ’ () 天然气） %! *% +! ,%! *% .! %/ .
0 0 由于天然气属于清洁能源， 和燃煤相比， 1#- 和烟尘的排放量都可以忽略不计， 因此， 每 %"() 天然气 的 1#- 和烟尘的减排量就相当于天然气替代燃煤的排放量， 对局部和整体环境都会带来好处! 但对 "#$ 而言， 燃煤和燃气的排放量相当! 天然气替代燃煤， 对于缓解局部的环境污染， 建筑物冷热电联产系统并没有燃气锅炉的减排效果好； 对于缓解整体的环境污染， 建筑物冷热电联产系统优于燃气锅炉， 且发电效率越高的建筑物冷热电联产系 统减排效果越好! 建筑物冷热电联产系统的循环经济运行模式， 通过减少废物、 废气、 污染物排放， 达到保护环境的目 的； 通过能量的梯级利用和热量的回收利用， 使能源利用效率提高到 2.3 4 /.3 ! 推行循环经济不只局限 于一个企业、 一个行业中， 在更大的范围里， 如一个园区、 一个城市， 对循环经济的开展具有更广阔的前景! 许多国家已经把发展循环经济， 建立循环型社会作为实施可持续发展的战略的重要途径! 我国人口众多， 资源相对贫乏， 要想民富国强， 全面进入小康， 大力发展循环经济是重要的战略选择! 参 考 文 献
!" 建筑物冷热电联产的循环经济的主要特征
循环经济是按照自然生态物质循环方式的绿色经济运行模式’ 它要求通过废物减量化 （ E9F.>9 ） 、 资 源的再利用 （ E9.:9） 和资源的循环利用 （ E9><>&9） 原则， 即简称为 "E 原则， 达到最高的使用效率和最大限 度的循环利用， 产生最少的废物， 其中废物减量化是循环经济的首要原则’ 减量化原则属于输入端方法， 旨在减少进入生产和消费过程的物质量， 它要求消费较少的原料和能源 来达到发展经济的目的， 在经济活动的源头就要注意节约资源和减少废物的排放， 预防和抑制环境污染和 环境破坏； 再利用原则属于过程性方法， 目的是提高产品和服务的利用效率， 要求产品和相关器材能够以 初始形式多次利用； 再循环原则是输出端方法， 通过把废物再次变成资源以减少末端处理负荷’ 要求生产 出来的物品经过消费后， 能重新变成可以利用的资源和能源而不是废物’ 传统工业社会的经济是一种单向流动的线性经济， 即 “ 资源 " 产品 " 废物” ’ 其特点是高开采、 低利 用、 高排放’ 线性经济的增长， 依靠的是高强度地开采和消耗资源， 同时高强度地破坏生态环境， 其对资源 的利用是粗放性的和一次性的， 通过把资源持续不断地变成为废物来实现经济的增长’ 循环经济与传统经 济的区别在于它倡导的是一种与环境和谐的经济发展模式’ 它要求把经济活动组成一个 “ 资源 " 产品 " 再生资源” 的反馈式流程， 其特征是低开采、 高利用、 低排放’ 在循环经济的发展模式中， 完全没有了废物 的概念， 每个生产过程产生的废物都变成了下一个生产过程的原料， 所有的物质和能源在这个不断进行的 经济循环中得到合理和持久的利用， 以把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度’ 循环经济为 传统经济转向可持续发展的经济提供了战略性的理论模式， 从而在根本上解决了长期以来环境与发展之 间的尖锐冲突’ 在循环经济模式下， 生态环境不单纯是经济发展的外部条件， 而变成了经济发展的要素’ 另外从清洁生产的角度来看， 循环经济是把清洁生产和废物综合利用融为一体的生态经济， 它是在可 持续发展的思想指导下， 对资源及其废物实行综合利用的生产活动过程’ 实施和发展循环经济的关键是要 做到废物的零增长以及废物的零排放’ 我国传统的建筑物能量供给模式是非联产的， 主要有两种能量供给模式， 其一是从电网购电， 满足照 明、 动力用电负荷， 或驱动压缩式冷水机组来满足建筑物空调系统的冷热负荷， 同时购买燃气或燃油， 通过 满足照明、 动力用电负荷， 购买燃气或燃油供直燃型溴化锂吸收式 锅炉提供生活热水’ 其二是从电网购电， 制冷机提供冷水或热水’ 这两种能量模式利用率均不高’ 建筑物冷热电联产系统是一套建筑物冷、 热、 电等全部需要的建筑物能源系统， 系统具有能源利用率 开发以及商业化的节能努力都主要着眼于设备本 高、 没有供电线损以及平衡能源的优点’ 过去人们研究、 身， 而建筑物冷热电联产则将发电和空调系统合为一个系统， 集成和优化多种设备， 实现终端能源的梯级 利用和高效率转换， 以避免远距离输电和分配损失， 使得能源利用总效率由发电 !@G H "@G ， 提到 C)G H
图 #" 一种典型的建筑物冷热电联产运行模式框图
吸收式冷热水机组需要流量很大的冷却水， 例如， 制冷量为 *%+$ * , %" * -. / 0 的机组， 需要进水温度为 出水温度为 3)$ ’( ， 属于低品位热能， 难于直接利用$ 在传统的中央空 1*( 2 31( 的冷却水大于 3""43 / 0， 调系统中， 冷却水进入冷却塔， 通过风机将冷却水携带的大量热量排放到大气中， 不仅浪费了大量的能源， 也增加了向大气中 561 的排放， 还形成了城市中心区域夏季的热岛效应， 恶化了生态环境$ 在建筑物冷热电联产的微循环经济运行模式中， 加装一台热泵机组， 将这种很难直接利用的低品位热 能， 提升至 *’( 2 ’’( 的卫生热水$ 将建筑物集中供应的卫生热水需要的热能与中央空调制冷过程中排 放的冷却水热能联动、 沟通供热与放热这两个价值链， 形成建筑物内的热能循环， 实现热能循环利用， 达到 减少排放， 节约能源的目的$ 在燃气轮机不运行时段， 吸收式冷热水机组可以采用燃气直接燃烧， 同样， 其排出的高温气体和冷却 水热能照样得到回收利用$
第 !" 卷 第 # 期 !))* 年+ ,, 月
贵州大学学报 （ 自然科学版） -%./01& %2 3.456%. 70489/:4;<（ (1;./1& =>490>9:）
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!" 燃料热能的循环利用
以天然气为燃料的燃气冷热电联产系统的最大特点就是对不同品质的能量进行梯级利用$ 温度比较 高的、 具有较大可用能的热能用来发电， 而温度较低的低品位热能则用来供热或制冷$ 图 % 示出的就是燃 气轮机 & 吸收式冷热水机组系统， 其主要装置包括燃气轮机、 吸收式冷热水机组以及余热利用装置$ 天然 气在燃烧室内燃烧产生的热量先通过燃气轮机发电做功， 排出的高温烟气作为吸收式冷热水机组的驱动 热源， 冬季转换热水供暖， 夏季转换冷水制冷， 可使余热常年得到利用$ 吸收式冷热水机组排出的烟气温度 仍然很高 （ 供热时排气温度 %’"( ， 制冷时高达 %)"( ） ， 因此还可以进行余热利用， 夏季用于供应卫生热 水， 冬季用于供暖$
建筑物冷热电联产的循环经济发展模型
唐+ 军， 莫+ 珊
（ 贵州大学 继续教育学院， 贵阳 @@)))" ）
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摘+ 要+ 提出了建筑物冷热电联产系统的循环经济运行模式， 通过减少废物、 废气、 污染物排放， 达到保护环境的目的’ 关键词+ 循环经济； 能源； 冷热电联产 中图分类号+ B!)@ ， B,!C+ + 文献标识码+ D
$" 减少排放保护环境
比较天然气冷热电联产系统和分产系统环保性能的差异， 需要正确处理整体排放和局部排放的关系! 整体排放指的是满足规划区域冷热电负荷的条件下， 由于消耗能源而导致向大气总的污染排放 （ 其中包 括远程电厂的污染物排放量） ； 对于局部排放而言， 不考虑远程电厂的污染物排放， 只关心对规划区域周 围环境的影响! 在讨论哪种燃气利用方式最佳时， 建筑物冷热电联产系统减排效果的比较对象是燃气锅炉和燃气— 蒸汽联合循环电厂! 在讨论由于天然气的使用而带来的减排效果时， 指的是单位天然气替代了传统的燃煤 方式后所获得的减排效果! 供热部分的比较对象应该是燃煤锅炉， 在计算对整体环境带来的减排效果时，
・ ,)2・ 发电部分的比较对象应该是燃煤电厂!
贵州大学学报 （ 自然科学版）
第 -) 卷
各种燃气装置 "#$ 的排放因子 （ 单位燃气的污染物） 示于表 %! 燃煤装置的污染物排放因子比燃气装 置更多地受到燃烧装置的容量、 燃料燃烧效率、 污染物治理装置的状况等的影响， 污染物排放因子的确定 带有很大的随机性与主观性! 经过有关学者和专家分析了大量实测数据和检索文献的基础之上， 确定了表 % 所列出的排放因子!