燃气冷热电三联供技术及其应用情况

燃气冷热电三联供技术及其应用情况

信息来源：互联网更新日期：09-05-25

分布式能源系统（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＥnｅｒｇｙＳｙｓｔｅｍ）在许多国家、地区已经是一种成熟的能源综合利用技术，它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点，受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐。分布式能源系统有多种形式，区域性或建筑群或独立的大中型建筑的冷热电三联供（ＣｏｍｂｉｎｅｄＣｏｏｌｉｎｇｈｅａｔｉｎｇａｎｄｐｏｗe ｒ，简称ＣＣＨＰ）是其中一种十分重要的方式。

燃气冷热电三联供系统是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，以天然气为一次能源，产生热、电、冷的联产联供系统。它以天然气为燃料，利用小型燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等设备将天然气燃烧后获得的高温烟气首先用于发电，然后利用余热在冬季供暖；在夏季通过驱动吸收式制冷机供冷；同时还可提供生活热水,充分利用了排气热量。提高到80%左右，大量节省了一次能源。

燃气气冷热电三联供系统按照供应范围，可以分为区域型和楼宇型两种。区域型系统主要是针对各种工业、商业或科技园区等较大的区域所建设的冷热电能源供应中心。设备一般采用容量较大的机组，往往需要建设独立的能源供应中心，还要考虑冷热电供应的外网设备。楼宇型系统则是针对具有特定功能的建筑物，如写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑所建设的冷热电供应系统，一般仅需容量较小的机组，机房往往布置在建筑物内部，不需要考虑外网建设。

燃气热电冷三联供的特点

1）与集中式发电-远程送电比较，燃气热电冷三联供可以大大提高能源利用效率：大型发电厂的发电效率一般为30％～40％；而经过能源的梯级利用cchp使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80～90％，且没有输电损耗。

热电产生过程就是天然气燃烧产生热量，然后通过能量转换得到电能或机械能。天然气在燃气轮机或发动机中燃烧产生电能或机械能用于空气调节或压缩空气，泵水等，在这个过程中，热能没有浪费而被利用，并被广泛应用。废热回收锅炉生产蒸汽用于工艺加热、空气调节、空间加热及工商业蒸炉等。从发动机回收的热量用于加热液体，供工艺使用或其他用途，例如：空间加热系统、吸收式空调装置或满足热水需求等。燃气轮机排放的烟气是洁净的且含有不饱和的水蒸汽。排放温度大约500℃，烟气适用于蒸炉或干燥器。对于卫生要求高的情况下，例如食品工业，烟气通过燃气——空气热交换器间接加热。通过利用原本要浪费的热量，天然气的热电联产可以达到75%—80%的效能。当热能和电能需求达到平衡时，热电联产是最经济的。如下图（来源：/news/news_show.aspx?id=751）

2）燃气热电冷三联供在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力：据有关专家估算，如果将现有建筑实施燃气热电冷三联供的比例从4％提高到8％，到2020 年CO2的排放量将减少30％，有利于环境保护。

分布式冷热电三联供贴近用户进行能量转换，将温度向下利用，利用发电后的余热，而不是用电来交换，通过提高能源的综合利用效率来弥补发电效率的降低。虽然分布式热电联产设备的发电效率一般在28～43%左右，但综合利用效率在75～90%之间。而且，气体燃烧生成氮氧化物量极小，排放量也很小，极易被周围植被吸收,是改善大气环境的有效措施。

3）缓解电力短缺，平衡电力峰谷差。燃气热电冷三联供采用自发电，可以避开电网用电高峰，并且大大提高了建筑供电可靠性和安全性。

4）扩大了燃气使用量，平衡燃气峰谷差。

5）投资回报率高，具有良好的经济性。

燃气热电冷三联供的主要方式

以燃机为核心的燃气冷热电三联供系统方式有多种，基本方式有两种：燃气机（包括内燃机、燃气轮机等）+余热吸收式制冷机（余热直燃机），如图１，以天然气为燃料送入燃气轮机燃烧发电后，高温排气进入余热吸收式制冷机（余热直燃机），夏季供冷、冬季供热，根据冷负荷、热负荷的需要可补燃天然气。

图２为燃气机（包括内燃机、燃气轮机）＋余热锅炉＋蒸汽吸收式制冷＋电制冷机＋燃气锅炉的流程示意图。天然气送入燃气轮机燃烧发电后，高温排气送入余热锅炉制取蒸汽，蒸汽经分汽缸至蒸汽溴化锂吸收式制冷机；冬季蒸汽经分汽缸至换热器制取热水供热。根据建筑群夏季的冷负荷需要，不足冷量由电动压缩制冷机提供；冬季不足热量由热泵和燃气锅炉提供。

图１、图２两种燃气冷热电联供系统示意图及设备配置是基本的方式，依据具体工程项目的实际情况可以变化为多种系统和设备配置方式。对于采用燃气内燃机的ＣＣＨＰ，由于该机型有２类以上的余热介质，即缸套等余热热水和高温排气余热等，其ＣＣＨＰ系统和设备的配置与上述图示有一定差异，但其余热利用也是采用余热溴化锂吸收式制冷机或热水／蒸汽型溴化锂吸收式制冷机，也可将热水或蒸汽直接用于需要热水／蒸汽的场所。

图１燃气轮机——余热吸收式制冷机示意图

图２燃气机＋余热锅炉＋ＬｉＢｒ制冷＋电制冷＋燃气锅炉示意图

１－燃气机２－余热锅炉３－ＬｉＢｒ制冷机４－燃气锅炉

５－电制冷机（含热泵型）６－换热器７－分汽缸

国内外分布式能源应用情况

美国：电力公司必须收购热电联产的电力产品，其电价和收购电量以长期合同形式固定。为热电联产系统提供税收减免和简化审批等优惠政策。截止2002年末，美国分布式能源站已近6000座。美国政府把进一步推进“分布式热电联产系统”的发展列为长远发展规划，并制定了明确的战略目标：力争在2010年，20%的新建商用或办公建筑使用“分布式热电联产”供能模式；5%现有的商用写字楼改建成“冷热电联产”的“分布式热电联产”模式。2020年在50%的新建办公楼或商用楼群中，采用“分布式热电联产”模式，将15%现有建筑的“供能系统”改建成“分布式热电联产”模式。有报道称,美国能源部计划在2010年削减460亿美元国家电力投资,采取的办法是加快分布式能源发展。美国能源部计划，2010年20%的新建商用建筑使用冷热电三联供发展计划，2020年50%的新建商用建筑使用冷热电三联供发展计划。

欧盟：据1997年资料统计，欧盟拥有9000多台分布式热电联产机组，占欧洲总装机容量的13%，其中工业系统中的分布式热电联产装机总容量超过了33GW，约占热电联产总装机容量的45%，欧盟决定到2010 年将其热电联产的比例增加1倍，提高到总发电比例的18%。丹麦：热电上网；1MW以上燃煤燃油锅炉的天然气热电联产改造项目享受政府30%的补贴；对热电工程给予低利率优惠贷款；将环保所得税作为投资款返还工商业；对工商业的天然气热电联产项目发电价格补贴。法国：对热电联产项目的初始投资给予15%的政府补贴。英国：免除气候变化税、免除商务税、高质量的热电联产项目可申请政府关于采用节约能源技术项目的补贴金。荷兰：建立热电联产促进机构；热电联产的发电量优先上网

日本：重视节能工作，节能系统的研究程度很高，以天然气为基础的分布式冷热电联供项目发展最快，而且应用领域广泛。日本政府从立法、政府补助、建立示范工程、低利率融资以及给予建筑补助金等角度来促进能源开发及节能事业的发展。对热电联产项目给予诸多减免税。截止2000 年底，已建热电(冷)系统共1413个，平均容量477kW，主要是小型系统。

我国政府将天然气的开发和利用作为改善能源结构，提高环境质量的重要措施。西气东输、广东进口液化天然气、东海天然气开发等大型项目的全面实施，推动了全国天然气的建设。北京、上海等城市已经采取一些优惠政策鼓励冷热电三联供项目的发展。到目前为止已建成上海浦东国际机场、北京燃气大楼、北京燃气集团次渠门站大楼等的项目。