***分布式能源——冷热电三联供适用项目与技术

（一）***分布式能源——冷热电三联供适用项目

    综合型区域能源系统，包括城市工业园区、旅游集中服务区、生态园区、综合型商业群等；重要的公共事业建筑，包括***办公、***保障、***数据中心、***、机场、大学等；大型商业建筑，包括***办公、大型商场超市和***酒店宾馆等。

（二）***分布式能源——冷热电三联供技术

    一、冷热电三联供系统的构成形式及工作原理
    1. 定义
    1.1 分布式能源：是相对于传统的集中供能方式而言的，采用小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可***地输出电、热或冷的能源供应系统。
    发展趋势：纵观西方发达***的能源产业发展过程，可以发现，它经历了分散——集中——分散的演变。因此，从目前能源产业的发展情况来看，集中式供能是能源系统发展的主要方向，但从长远看，构造一个集中式与分散式相结合的合理的能源系统，增加城市能源网络的安全性与可靠性，将为能源产业的发展打下坚实的基础。

    1.2 ***冷热电三联供：布置在用户附近，以燃气为一次能源用于发电，并利用发电后产生的余热进行制冷或供热，同时向用户输出电能、热（冷）的分布式能源供应系统。
    分类：按照供能对象分可分为区域式和楼宇式两种；按照发电机组不同可分为燃气内燃机、燃气轮机、燃气微燃机发电机组等三种；按照提供能源种类的不同可分为冷热电联供、热电联供、冷电联供等。
    2. 系统构成
    三联供系统主要由动力系统、余热利用系统、供配电系统、燃气供应系统、监控系统、给排水系统、通风系统、消防系统等共同组成。动力系统和余热利用系统是三联供系统的核心部分。
    3. 三联供系统常用形式和工作原理
    目前国内较常用的三联供系统形式有两类，一种是以燃气内燃机为发电机组的三联供系统，另一种是以燃气轮机为发电机组的三联供系统。
    3.1 由内燃机构成动力系统的三联供系统

    ***进入燃气内燃机，在高压燃烧室内燃烧爆发产生动力，带动发电机转子产生感应电流，向用户输出电负荷，内燃机的单机发电效率可达46%。
内燃机发电后的可利用余热由两部分组成，作功后的高温烟气和缸套水。
    高温烟气通常温度可达300℃以上，是一种品位较高的能，缸套水的温度通常也可达80℃以上，也具有一定的利用价值，常规发电厂将发电后的高温烟气不加以利用的直接排放，造成了能源的大量浪费，三联供系统的另一个重要组成系统余热利用系统便是回收利用了此部分余热，通过一台吸收式制冷机组实现向用户供冷、热的功能，大大提高了一次能源的利用率。
    余热系统主要设备为吸收式制冷机，可选择烟气热水型吸收式制冷机与内燃机对接，从而实现烟气、热水的回收利用。在夏季制冷、冬季供热，有需要时可同时输出热水负荷。
    3.2 由燃气轮机构成动力系统的三联供系统

    ***在燃气轮机燃烧室中燃烧，在涡轮中作功输出电负荷，其可利用的余热只有一种形式，即高温烟气，通常可达400℃以上。燃气轮机后可接余热锅炉也可直接对接吸收式制冷机组。当用户对电量需求较大，而冷热需求相对较小时，可考虑在余热锅炉后设蒸汽轮机，利用余热进一步发电。燃气轮机的单机发电效率可达38%，而与余热锅炉、蒸汽轮机组成的联合循环，发电效率可达55%左右。
    简单循环的燃气轮机三联供系统单机发电量小于内燃机系统，但因余热只有高温烟气一种形式，因此，余热利用系统更加简单，并且，其烟气温度一般高于内燃机系统余热，因此适合于热需求相对较大的用户。
    二、冷热电三联供系统的主要设备
    1. 发电设备
    三联供系统的发电设备主要有燃气内燃机、燃气轮机、燃气微燃机、燃气外燃机和燃料电池。
    目前较常应用的为燃气内燃机和燃气轮机，对比如下：

    2. 余热利用设备
    余热利用设备主要分为三大类：单纯制冷、单纯供热和制冷兼供热。
    2.1 单纯制冷——吸收式制冷机
    利用余热制冷，按吸收制冷效数分为单效型和双效型，按驱动能源分直燃型、蒸汽型、热水型、太阳能型、混合型等。
    主要由发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器和节流装置组成。单效制冷机的热水驱动温度通常为85到150℃，效率较低，通常为0.6到0.7之间；双效驱动热水温度通常大于150℃，效率一般在1.2到1.4之间。

 

    2.2 单纯供热——余热锅炉、板式换热器、烟气冷凝器
    余热锅炉是一种利用余热或可燃物燃烧后产生的热量把水加热到一定工质的锅炉。
    板式换热器是一种***换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占 地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。热回收率可高达90%以上。
    2.3 制冷兼供热——余热直燃机
    原理类似于吸收式制冷机，可实现夏季制冷，冬季供热。
    三、冷热电三联供系统的优势
    1. 安全可靠，电网发生事故/故障时可提供不间断能源供应
    夏季用电负荷激增的主要来源是电空调的使用，给本就脆弱的电网带来了更大的负担。据了解，1977年纽约发生大停电，停电时间长达25h，给华尔街造成了每小时超过百万的经济损失。英国在2003年发生的持续34分钟的大停电，导致伦敦60%地铁停运，50万乘客被困地铁中而造成了恐慌。

    显而易见，特大停电事故无疑是现代社会的灾难，目前北京市用电70%靠外埠提供，***认为自发电仅占30%的城市电网是不安全的，一旦出现***、洪涝、雪灾及长途电网故障，城市将处于瘫痪状态。城市的用能安全存在极大的隐患。
    三联供系统依靠燃烧清洁能源***，为楼宇提供稳定不间断电力负荷、热负荷和冷负荷。与传统供能方式，即城市电网和热力管网相结合，为现代建筑提供多重能源保障，大大提高供能安全性。据了解，2003年美国发生大面积停电，时间长达29小时，经济损失超过300亿美元，而采用三联供系统的建筑则保证了重要负荷不间断供能，避免了此次重大的经济损失。
    北京市城市电网理论设计采用两路供电，但实际均是一个电源点，这对于电网的安全稳定运行存在一定隐患；而目前北京市的***从唐山曹妃甸、内蒙、陕西及新疆等六条供气线路，采用弹性敷设的方式铺设燃气管网，抗***性能强，发生灾害时也可以持续保障供气。为现代建筑的能源供应系统保驾护航。
    2. 节能减排，环境友好，符合我国可持续发展战略
    由于燃烧***的三联供系统利用了发电后的余热进行制冷/供热，因此，节省了该部分所需消耗的一次能源。且与目前我国应用较多的火电燃用煤相比，***更加清洁***。因此，三联供系统与常规系统相比，节能率可达30%左右，减排二氧化碳可高达50%，符合我国可持续发展的战略要求。

    3. 综合能源利用率高，调整能源消费结构
    三联供遵循了***的能源利用原则，即“温位对口，梯级利用”。燃烧后产生的高温段烟气首先用来发电，再利用中温段烟气驱动热泵、吸收式制冷机用来供热、制冷，***后利用低温段的烟气经换热提供生活热水、供热或除湿，大大提高了一次能源的综合利用率。较之煤电约35%、热电厂联合循环55%的能源利用率，三联供系统的能源利用率高达70%以上。
    《北京市“十二五”时期民用建筑节能规划》中指出：“大力发展低碳建筑和绿色建筑，提高建筑用能系统与用能设备效率。”三联供系统可以显著提高能源利用率，是实现该规划的***佳技术方案。
    4. 技术***成熟，是高科技用能系统的典型代表
    三联供系统具有较强的集成性，可兼容多种供能方式。如余热利用技术、可再生能源利用技术、热泵技术、并网技术、蓄能技术等等。通过高智能的控制系统将这些***技术融合在一整套系统中，充分体现了高科技用能系统的发展方向。
    虽然在国内发展的时间尚短，但在欧美等国以有二十余年的发展历史，各项技术均已成熟。
    5. 削峰填谷，平抑北京市电力、燃气峰谷差
    电力夏冬峰谷负荷比为1.3～1.5比1，其中夏季增加的电量大部分是用于制冷负荷，不仅增加了电***资，而且加重了夏季电网负担。
***夏冬谷峰负荷比为1:10，造成了夏季燃气管网的大量闲置。
    三联供技术在夏季通过燃烧***发电，可以提高***管网的夏季使用率，同时还可以缓解夏季的电力负荷压力，达到双重削峰填谷的目的。下表列出了某三联供供能方案与常规系统供能方案耗气量对比，可使该项目用气量峰谷比达到1.85:1。

    6. 经济效益良好，为用户提供清洁、优质、价廉的能源
    三联供系统减少市电接入费用，虽然初***较高，但总体一次***基本持平；且由于余热的利用，可节省一半用于供热、制冷的燃气用量。据测算，1Nm3的***可以产生3~4度的电，仅燃料成本为0.57~0.76元/kWh，如考虑其他成本，纯发电成本在0.7~0.9元/kWh之间。但考虑供热制冷联供节省的费用，发电成本可降低约0.2元/kWh左右。
    美国现有三联供项目的经济性分析如下图所示，三联供系统由于可发电供给能源机房，因此节能了大量的购电成本，使得其运行成本节省20%以上。