天然气冷热电三联供技术及其应用情况

天然气冷热电三联供技术及其应用情况从天然气冷热电联供概念、系统组成、功能特点等全面地论述了天然气冷热电联供的分布式能源是洁净高效的供

能方式。介绍了分布式能源在国内外的应用及研究现状。对分布式能源的发展及前景进行了分析与建议。

关键词：天然气冷热电联供分布式能源

0 前言

随着人类生产和生活的发展，各种常规能源的大量

消耗促使人们一方面不断探索利用太阳能、地热等各种可再生能源；另一方面更在积极寻求高效、环保的能源利用方式。目前大中城市能源结构正在发生调整，传统的一次能源正在被天然气所代替。而宝贵的天然气资源在城市中的利用更多的是直接被烧掉，如何才能更为合理地在城市中应用天然气？其中一个有效途径是利用天然气冷热电联供系统，即天然气首先驱动发电机组发电，其余热被回收用于供热或驱动吸收式制冷机组制冷。这样实现了能源的梯级利用，从而为高效利用天然气创造了条件。同时，近2年由于全国各大城市

均出现不同程度的供电紧张，尤其是东部各大城市，为了缓解“电荒”，国家也相应出台了一些鼓励政策，以支持天然气冷热电联供技术为主导的分布式能源系统的推广应用。

天然气是洁净能源，在其完全燃烧后及采取一定的治理措施，烟气中NOx等有害成分远低于相关指标要求，具有良

好的环保性能。美国有关专家预测如果将现有建筑实施冷热电三联供（Combined Cooling heating and power，简称CCHP）的比例从4%提高到8%，到2020年CO2的排放量将减少30%。

分布式能源系统（Distributed Energy System）在许多国家、地区已经是1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CCHP是其中1种十分重要的方式。

1 天然气冷热电联供系统及其特点

以天然气为燃料的动力装置，例如燃气轮机、燃气内燃机、斯特林发动机、燃料电池等，在发电的同时，其排放的余热被回收，用于供热或驱动空调制冷装置，如吸收式制冷机或除湿装置等，这种以天然气为燃料，同时具备发电、供热和供冷功能的能源转换和供应系统，就是天然气冷热电联供系统。由于供热和供冷受管网输送能力的限制，CCHP系统一般尽可能靠近用户侧，且规模较小，它是分布式能源系统的一种重要形式。

冷热电联供系统设置蓄能装置和制冷系统。蓄能装置可以在空调季蓄冷，采暖季蓄热。制冷可通过2种方式，即吸收式制冷机和压缩式制冷机，其中吸收式制冷机的热源可以有2种，即动力装置发电后排放的余热或锅炉。

1.1 能源的梯级利用

冷热电联供系统将燃料燃烧后的高温热能先变为电能，而温度低的低品位热能用于供热或制冷，这种能源利用方式实现了能源的梯级利用，与燃料燃烧后直接供热或制冷相比，为节约能源创造了有利条件。

100份的天然气通过热电联供，可以满足30份的电需求（热电联供的发电效率为30%）和55份的热需求。如果采用常规功能方式，即天然气锅炉供热（锅炉效率为85%）和天然气的燃气——蒸汽联合循环发电（考虑到发电效率和输配电效率，取电厂供电效率为50%），则分别需要60份和65份天然气。相对于常功能系统，该天然气热电联供系统可以节约用能25%。因此，相对于常规系统而言，冷热电联供系统在供热工况下还是有节能优势的。

1.2 良好的环境效益

燃气分布式能源系统在环保上的优势主要体现在天然气清洁燃料的使用和冷热电联供系统大气污染物排放量的减少这2方面。由于我国电力主要来源于燃煤发电，因而天然气冷热电联供系统发电对煤电的取代，大幅度降低了SO2、CO2、烟尘和氮化物的排放。另一方面，冷热电联供系统由于自身能耗在合适场合下低于常规能源系统，也就直接导致

良好的环境效益。

1.3 优越的经济性

评价1个系统的经济性主要看2方面，即初期投资和运行费用。与常规系统相比，满足同样的热、电和冷负荷的情况下，冷热电联供系统主要增加了发电设备，及余热利用设备中，因而其系统初投资要高于常规系统。从运行费用上看，一方面冷热电联供系统由于能源利用效率的优势，特别是在供热工况下，存在燃料成本低的可能性；另一方面，与常规电网供电相比，冷热电联供系统供电省去了区域电网长途输送和城市电网的输配成本，因而代替了价格昂贵的电网送电，其经济性表现在发电电价上。因此，冷热电联供系统虽然初期投资较高，但是在适宜的场合，由于其运行费的降低，相对于常规冷热电分产的系统而言，仍然具有经济上的优势。

1.4 平衡能源结构

平衡城市能源负荷峰谷差。随着人们的生活水平不断提高，空调的普及，夏季电力负荷迅速增加，成为季节性的高峰负荷。夏季电力负荷的大幅增长给城市电网造成沉重负担.由于城市电网承载力的制约，往往出现拉闸限电的情况，对城市经济发展和市民正常生活造成严重影响。而城市燃气，由于采暖用气的比重较大，往往夏季是燃气负荷的低谷期，

冬季是燃气负荷的高峰期。天然气冷热电联供系统在夏季的应用，在增加天然气夏季负荷的同时，也消减了城市电力峰值的负荷。冷热电联供对城市电力峰值负荷的消减体现在2方面，一方面是热电机组发电林；一方面是排烟余热制冷代替常规的满足空调负荷的电动制冷用电。这种分散在城市负荷中心的分布式能源系统，可以有效地缓解电力高峰对城市电力输配系统的冲击。综上所述，冷热电联供系统在夏季的运行对于平衡城市电力和燃气负荷的峰谷差是有益的。

1.5 能源供给的可靠性

为了满足1个用户的热、电和冷负荷，传统的能源供应方式是：电负荷一般由城市电网承担，热负荷往往由燃气锅炉承担，冷负荷则由电网提供的电驱动制冷机提供。而对于冷热电联供系统，电负荷可以由发电机和城市电网2个来源保障，热负荷则由动力装置排烟余热和燃气调峰锅炉共同保障，热负荷则有动力装置排烟余热和燃气调峰锅炉共同保障，对于冷负荷，驱动吸收式制冷机的热量同样可由烟气余热和调峰燃气提供，驱动电制冷机的电，可由发电机和城市电网提供。可见，冷热电联供系统对用户的能源供应，无论是热、电还是冷，都有多路保障，因而相对于传统能源供应系统，更有利于提供能源供给的可靠性。

对于天然气而言，其供应设备材料、设计施工等技术都很成熟，管道敷设在地下，不受气象条件、交通等影响，