燃气内燃机冷热电联供系统优化研究

燃气内燃机冷热电联供系统优化研究

发表时间：2019-05-07T16:02:38.890Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：田艳静闫成权

[导读] 燃气轮机发电效率对联供系统经济性影响最大，其次是吸收式制冷机的制冷系数和烟气余热回收效率。

济南热力集团有限公司山东济南 250011

摘要：现如今，我国的能源利用率较高，天然气等能源在被应用的过程中，如果采用联供系统，可以从根本上提升运行的效率，最大限度地节约成本。这样才能够满足冷、热、电负荷需需求。另外，建立联供系统的经济性模型，可以实现运行模式和电价最优的双赢。因此，本文中，笔者主要从燃气轮机冷热电练功系统优化和节能经济性等方面进行研究和分析，希望能够给相关的工作人员提供借鉴和参考。

关键词：冷热电联供；燃气轮机；系统优化；经济性

所谓“冷热电”三联供，主要指的是在热电联产的基础之上而发展起来的一种新型的能源生产、供应系统，它主要是将电联产及热电分产与溴化锂吸收式制冷技术进行紧密地结合，最终促使热电厂在生产以及供应热能实现三联供。实行冷热电三联供基本上可以增加供热机组夏季的热承载能力，从而降低了发电所需的煤炭消耗量。由于吸收式制冷机压缩制冷二者相比，单位制冷的能耗非常之高，不仅如此，而且还能够在很大程度上影响到冷热电三联供热的经济学的因素非常之多，热电厂实行冷热电三联供的节能程度的高低，是人们共同关心的一个重要的问题。近些年来，我国国内对冷热电三联供节能效果的研究十分之多，但是在实际运用过程之中，绝大多数供电厂考虑到最多的因素还是经济方面的消耗等。而且通过查阅相关文献资料可以得知，当前很多文献报道对冷热电三联供经济性问题进行的报道非常之多，但是这方面的完备的理论研究是非常欠缺的。

一、燃气冷热电三联供系统流程模式

作为能源系统的常见形式，天然气分布式冷热电联供系统也凭借其节能、环保、电力可靠的优良特性得到了广泛运用和发展。天然气分布式冷热电联供系统具有极为复杂的结构形式，并且在冷热电等能量的输出方面，极易受到相关因素的影响，如天然气价格、建筑负荷波动等，此外，系统运行方式以及容量配置在一定程度上也会影响到系统的工作性能。

冷热电三联供系统是一种能在产生电能的同时也能利用热能和冷能的能源系统，系统通过燃气轮机，达到对燃气合理利用的目的，即利用高品位的热能发电以及利用低品位的热能取暖和制冷效果。在该系统中，热、电、冷被逐级利用，能够在很大程度上减少电厂污染物的排放，产生巨大的社会效益和经济效益。

燃气内燃机发电以满足用户基本电力需求，热水进入余热锅炉产生热水，在外界温度较高时，热水驱动热水型吸收式制冷机达到制冷目的，在严寒天气时，余热进入换热器供暖。通常，燃气热电冷三联供系统运行方式是以热定点，带动设备根据用户所需的热量运行，而若发电量比所需电量高时，则将剩余电量卖出，大电量不足时，则购买补充。

二、数学模型的建立

研究人员在对冷热点联供系统进行分析和研究的过程中，需要采用数学建模的形式来进行。数学建模所需要的专业性和技术性比较强，通常情况下，需要做出以下几种假设形式：

第一，假设燃气轮机以及预热锅炉等机械设备的温度适中保持在同一参数范围内。变化程度不变。第二，假设整个联供系统在运行的过程中，效率处于稳定不变的状态。

从整个系统中选择经济最优的模型，研究人员对燃气轮机的负荷率以及烟气的流量等进行分析和计算。将燃气轮机的运行以及停止工作的状态进行记录和分析。设定稳定的参数来计算出燃气轮机消耗天然气的含量。具体来说，这一结果受到燃气轮机额定功率，发电效率以及低位热值等因素的影响。另外，燃气轮机高温烟气余热量受到燃气轮机热损失效率的影响。在不同的状态下，燃气轮机会受到不同因素的影响，研究人员需要对这一问题加强重视。同时技术人员需要对各种动力因素、温度因素以及效率因素进行控制。保证燃气轮机在运行的过程中能够达到最佳的运行模式。在提升能源利用率的基础上，提升燃气轮机的工作效率。

三、计算机结果与分析

1、计算参数选择

燃气轮机的相关计算参数主要是由国外某一权威公司所提供的数据信息来进行选择。其中天然气发电率主要为24%左右，热损失比率为8%。除此之外，排烟温度控制在512℃。工作人员对制冷系数，发生器燃烧效率以及烟气温度和环境温度等因素的数据信息都进行了明确。根据这些因素，研究人员计算出了系统运行的初步投资额，将这一系统应用到实际的供热和制冷工作中，分别计算出冷、热以及负荷量等等。通过计算结果可以看出，电气的价格都被控制在了0.19元/kWh。通过具体的计算可以看出，燃气轮机部分负荷率和优化烟气的分配率和能源的最终价格没有任何关系。因此，在以后的研究中，无需考虑到电气价格。

2、联供系统节能性

工作人员在对联供系统的节能性和经济性进行分析的过程中，选择的主要参数需要按照一次能源的消耗量来进行。也就是说，各种设备所消耗的能源不同，系统运行的效率也不同。

随着燃气轮机功率增加，相对于分供系统，联供系统的一次能源节约百分率也增加，当燃气轮机功率大于2.0MW时，节约百分率随燃气轮机功率增加趋于定值19.1%。

3、联供系统经济性

分析联供系统相对分供系统的节能性选用的参数为年运行费用节约率和差价投资回收期。年运行费用节约百分率是指联供系统年运行费用节约与分供系统年运行费用的比值。差价投资回收期是指联供系统初投资增加与年节约运行费用的比值。联供系统年运行费用高于分供系统，故年节约运行费用和差价投资回收期均为负值，此时应用场合不适于采用联供系统。

年运行费用节约和节约百分率逐渐增加并趋于定值，并且后者与天然气价格无关。同样燃气轮机额定功率，年运行费用节约和节约百分率随电气价格比增大而增加。同样天然气价格和电气价格比时，差价投资回收期随燃气轮机额定功率增加而增加。

随燃气锅炉效率和电制冷机制冷系数的增加，节约百分率逐渐降低；而随着其他5个设备运行参数（属于联供系统）数值的增加，节约百分率逐渐升高。在联供系统各设备中，节约百分率受燃气轮机发电效率的影响最大，发电效率从减少15%到增加15%的变化过程中，对应的运行费用节约百分率从20.3%增加到28.7%；其次是吸收式制冷机制冷系数，对应的运行费用节约百分率从22.7%升高至27.2%；然后是吸收式制冷机烟气余热回收效率和余热锅炉回收效率；吸收式制冷机燃烧效率的影响最小。

四、结束语

联供系统最优化运行模式与电气价格比有关。当电气价格比低于0.19（元/kWh）时，最优化运行模式是燃气轮机停止工作。燃气轮机的额定功率及能源价格对联供系统节能经济性有较大影响。燃气轮机发电效率对联供系统经济性影响最大，其次是吸收式制冷机的制冷系数和烟气余热回收效率。

参考文献:

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