发展天然气分布式能源冷热电三联供节能计算的探讨_钟史明

析计算如下：
3.1 电热冷三联供与分供一次能源综合
利用率（ηlε） 天 然 气 分 布 能 源 系 统 （CCHP）与 常 规 冷
热电分供系统的一次能源综合利用率比较，
求出节能率以测定节能趋势的大小。
3.1.1 天然气（CCHP）的能源综合利用率
CCHP 发电一次能源利用率
ηld=Qld/Qod=3600Wl /Qol
热回收）效率能在 85%左右；而就地供热管道
很短， 热网效率 99%左右。 所以单位供热量
（1GJ/h）的供热标煤耗应为：
brl =34.12/（ηr ηh r ηg d） =34.12/（0.99 ×0.95 ×
0.99）≈36.7 kg/GJ
或 b′rl=34.12/（0.99×0.85×0.99）=41 kg/GJ 节能对比对象：燃气供热小锅炉，其热效
（9）
式 中 ：ηfd — ——分 供 常 规 电 厂 供 电 效 率 与 电 网
输变配效率的乘积；
ηfr— ——分供供热效率； COPfd— ——电压缩制冷的性能系数。 3.2 节能率（ξ）
CCHP 系统与分供系统在用户 侧 供 应 相
同的电能、热能和冷量的情况下，哪个节能、
节能程度如何？ 可用节能率（ξ）或一次能源综
ηgd— ——供电效率；
ηnd— ——输变配效率。
分供系统供能的能源消耗量
Qfo=Qfd/ηfd+Qfr/ηfr+Qfl /（COPfd·ηfd） （8） 分供系统的一次能源综合利用率
η f ε=（3600Wf +Qf r+Qf l）/Qf o=（3600Wf +Qf r+
Qf l）/［Qfd/ηf d+Qfr/ηfr+Qf l /（COPfd·ηfd）］
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3 天然气 CCHP 节能计算的探讨
笔者认为， 天然气 CCHP 节能计算与常
规燃煤电厂热、电、冷供应的节能计算不尽相
同，特别是 CCHP 就地生产、就地消费减少了
输能损失， 同时吸收式制冷机用的是低质热
能， 而电压缩制冷机耗用的是远距离大电厂
供应的最佳电能。
所以，CCHP 的节能计算应有差别， 今分
DOI:10.16641/11-3241/tk.2013.06.025
区域供热 2013.6 期
发展天然气分布式能源 冷热电三联供节能计算的探讨
东南大学能源与环境学院 钟史明
【摘 要】冷、热、电三联供（CCHP）是分布式能源系统的主要利 用方式，是节 能 减排，提高能源综合利用率有效举措。 天然气分布式能源具有综合能效高、清洁环保、 安全灵活、削峰填谷等优势，受到了愈来愈多的关注。 但其节能分析计算在我国暂无 规范可循。 因此，在同一个方案，采用不同的计算方法，结果会不尽相同。 本文拟结合 实际，提出节能计算方法。
2.5 有利于电力和天然气削峰填谷 天然气 CCHP，利用发电后的余热或汽轮 机抽汽用作吸收式制冷和供热， 不用电压缩 制冷、供热。 特别在夏天电网“迎峰度夏”时， 可以顶替电压缩制冷空调，起到“削峰”作用。 晚间电低谷时， 可以启动电蓄冷蓄热装置使 用电源，起到“填谷”作用。 民用天然气峰谷特别明显， 而天然气 CCHP 是天然气稳定用户，而且用量大，可以 平稳天然气用量，使天然气管网压力波动小， 保持供气平衡。 2.6 有利于无电地区、 特殊场地满足用 电需求 我国有许多边远地区及中西部农牧区远 离电网，难以从电网向其供电，而分布式能源 系统非常适宜而且容易建成向他们供电。 如 农村、牧区、山区、海岛、发展中区域及商业 区，用小规模天然气、沼气、秸秆气和其他工 业可燃气废气等资源用以小机发电、供热、供 冷，满足这些无电地区用电用热（冷）需求。 2.7 有利于兼用各种能源 燃 气 CCHP 能 源 系 统 除 了 利 用 天 然 气 ， 还可利用合成煤气、生物沼气、煤层气，也可 以兼用太阳能光伏发电供热制冷， 还具有地 热能、风能、水能等能源利用的多样性。
∑W— ——供电系统总用电量，kWh；
ε— ——电网输变配线损率，2012 年全国平
均线损率约为 7%；
Ql— ——供冷量，（3600×kWh/106），GJ/h。 而吸收式制冷标煤耗：
Bjl=34.12Qr /（ηg l ηg d）+bd g∑W′/［（1-ε）×
1000Ql］
kg/h （16）
式中：Qr— ——吸收式制冷机耗热量，GJ/h；
节能。 目前，吸收式制冷机单位制冷量电耗
在 0.2～0.4kW/kW，而节能型电压缩制冷离心
式或螺杆式已降到 0.2kW/kW 以下， 所以，从
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区域供热 2013.6 期
COP 看是不节能的。 但一次能源消耗率 Bde 不 一定比吸收式低，电压缩制冷标煤耗：
Bdl=bdg∑W/［（1-ε）Q·l 1000］ kg/GJ（15） 式 中 ：bd g — ——电 网 供 电 标 煤 耗 率 ，2012 年 全 国平均 326g/kWh；
（1）
CCHP 供热的一次能源利用率
ηlr=Qlr /Qol
（2）
CCHP 供冷的一次能源利用率
ηll=Qll /Qol
（3）
CCHP 的一次能源综合利率
ηlε=ηld+ηlr+ηll=（Qld+Qlr+Qll）/Qo l=（3600Wl
+Qlr+Qll）/（GQdw）
（4）
式中：ηld— ——系统发电量 Wl ，折合 GJ 热量；
1 分布式能源的概念 分 布 式 能 源 系 统 （Distributed Energy System 简称 DES）是近年来兴起的利用小型分 散设备建设在靠近用户端（需求侧）向用户提 供能源的新的能源利用方式，它区别于传统的 集中式能源系统 （Concentrated Energy System 简称 CES）大电厂、大电网、大热电、大热网等 大型集中生产的供应端（供应侧）的生产模式。 冷、热、电三联供（CCHP）是分布式能源系统的 主 要 形 式 ， 一 般 以 天 然 气 （NG） 等 清 洁 能 源 作 为燃料，采用燃气轮机或燃气内燃机为发电设 备，在发电的同时，利用发电所产生的烟气余 热生产冷、热产品，就近供应用户冷、热、电。 2 发展天然气冷、热、电联供能源系统 具有重大意义煤电为主，占 70%左 右，这造成资源与环境的压力越来越大。 水电 开发不足，仅占 25%，核电占 2%，可再生能源 发电占 7%。 天然气属 清 洁 能 源 ， 发 展 燃 气 CCHP 可优化电源结构，增加清洁能源发电比 例，提高电源可持续发展。 2.2 有利于提高能源综合利用率 我国能源利用率约 45%， 与发达国家相 差 10%左右。 发展燃气 CCHP，提高能源综合 利用率可达 80%以上。 大型火电厂的发电效 率 一 般 为 35%~55%，扣 除 厂 用 电 ，输 变 配 线 损率， 终端利用效率仅 30%~47%， 而 CCHP 供电效率可达 55%~60%。 2.3 有利于改善环境净化城市空气质量 燃用天然气 CCHP，可减少有害气体及废 料 的 排 放 ：SO2、固 体 废 弃 物 、污 水 几 乎 为 零 ， CO2 减少一半以上，NOX 减少 80%， 总悬浮颗 粒 TSP 减少 95%， 从而减轻了城市的环境压 力。 同时，就地供能摒弃了大容量高压电远距 离输变配设施； 减少了高压输电线的电磁污 染和节省了高压输电线路走廊和相应的占用
（5）
式中：ηgd — ——供电效率；
ηnd — ——输、变、配电效率。
供热锅炉供热的一次能源利用率
ηf r=ηfg·l ηrw
（6）
式中：ηf gl — ——供热锅炉效率；
ηrw— ——热网效率。
电压缩制冷一次能源利用率
ηfl=COPfd·ηgd·ηnd
（7）
式 中 ：COPfd — — — 制 冷 性 能 系 数 ；
（14）
3.2.3 供冷节能 ΔBl
CCHP 能源 站 是 以 余 热 利 用 吸 收 式 制 冷
机（溴化锂）供冷 ， 代 替 常 规 电 压 缩 制 冷
机 ， 而 吸 收 式 制 冷 机 制 冷 性 能 系 数 COP 比
电压缩制冷机低。 所以，某些同行者认为，
相同供冷量和供水温度， 吸收式制冷机不
3.2.1 供电节能 ΔBd CCHP 供电标煤耗：
bdl=（QΣ-Qr-Ql）/（3600W×29.3076） （11） 式中：QΣ— ——CCHP 站总热耗，GJ/h；
QΣ=G·Qdw=天 然 气 耗 量/时×天 然 气 低 位 热址，GJ/h；
Qr— ——CCHP 站供热量，GJ/h；
区域供热 2013.6 期
予 计 及 ，所 以 bgd 应 加 大 ，即 应 扣 除 输 变 配 电 损失（6%~15%），取 10%，bgd/0.90。 此时，ΔBd=
（bgd/0.9）-bdl ·τ/1000 t/a
（13）
3.2.2 供热节能 ΔBr
天然气 CCHP 能源站， 主机一般采用燃
气 轮 机 或 内 燃 机 ， 其 燃 烧 效 率 ηr 在 99%以 上，余热锅炉效率 ηhr 一般在 95%～98%左右； 若采用内燃机余热利用 （缸套冷却和烟气余
（10a）
=（ηl ε -ηf ε）/η f ε×100%
（10b）
节 能 率 （ξ）可 以 用 来 当 作 判 定 CCHP 供
能系统与分供系统是否节能的判据。 当 ξ＞0
时，CCHP 供能系统是节能的；ξ＜0 时，则是不
节能的，CCHP 不如分供系统。 ξ 的大小反映
了相对节能力的大小。
3.2 CCHP 与分供系统节能计算
34.12— ——1GJ 热量折成标准煤耗，kg；
ηgl — ——余热锅炉效率，%； ηgd — ——管道效，%； ∑W′— ——吸 收 式 制 冷 机 系 统 总 耗 电 量