161天然气驱动冷热电联供系统节能性研究.doc

天然气驱动冷热电联供系统节能性研究( 山东科技大学 孔祥强 李瑛；上海交通大学 王如竹 摘要 以上海地区某住宅建筑冷、热、电负荷需求为计算基础，对以天然气驱动冷热电联供系统进行分析研究，验证了联供系统的节能性，并指出系统余热利用情况、主要设备运行效率和燃料价格对结果影响较大，联供系统的具体方案选择应考虑应用场合冷、热、电负荷需求比例情况。 关键词 冷热电联供；天然气；节能 大型冷热电联供技术已经得到了较为广泛而深入的研究和发展，实际工程也较多。但是到目前为止，小型或微型冷热电联供系统报道很少，相关的试验台和应用实例非常少。但小型或微型联供系统的应用前景广阔，具有良好的开发价值，它代表着冷热电联供小型化、微型化的发展趋势[1]。微型联供系统的潜在市场非常大，包括广大家庭的制冷、采暖、供电市场和小型商业建筑等冷、热、电负荷需求较少的能源市场；并且，它解决了由于常规的冷热电联供系统容量太大，使得在常规系统上进行实验研究非常困难的难题，可以方便的进行联供系统能源转换和管理的实验研究；并且它为高效合理地利用天然气高品位能源提供了一条有效的技术途径。本文以上海地区一幢典型五层住宅建筑负荷需求作为计算基础，分析比较了天然气驱动、热电转换装置分别为热气机、微型燃气轮机和小型燃气内燃机的微型冷热电联供系统的节能性。 1 天然气驱动冷热电联供系统 以天然气为驱动热源的微型冷热电联供的热电转换装置主要有热气机、微型燃气轮机和小型燃气内燃机[2-4]。图1、图2和图3分别为基于热气机、微型燃气轮机和小型燃气内燃机的微型冷热电联供系统示意图，在本文中分别表述为方案A、方案B和方案C。图4为购电加直燃分供系统方案，在本文中表述为方案D。 方案A由热气机利用天然气发电，缸套冷却水回收余热用来提供全年生活热水，以及冬季采暖热负荷。夏季冷负荷由吸收式机组提供。冬季不足采暖热负荷由吸收式机组补充，不足电力公共电网补充。方案B由微型燃气轮机发电，回收高温烟气余热，吸收式机组提供夏季制冷负荷和冬季采暖负荷，余热锅炉提供生活热水。方案C由小型燃气内燃机发电，回收烟气余热，吸收式机组提供冷负荷，热负荷由换热器和吸收式机组承担，不足负荷由吸收式机组中提供，不足电力从电网补充。方案D作为比较方案，建筑物所需电力直接从公共电网购买，直燃式吸收式机组提供制冷或采暖负荷，燃气锅炉提供卫生热水负荷。 2 应用场合负荷需求 冷热电联供系统的设备配置和节能经济性均与建筑物实际负荷情况密切相关。为便于分析，本文选择上海市某住宅楼作为联供系统计算分析基础。住宅楼夏季最大冷负荷为70kW，冬季热负荷为52.3kW，全年用电负荷约为35kW。 图1 基于热气机的微型联供系统示意图 图2 基于燃气轮机的微型联供系统示意图 图3 基于燃气内燃机的微型联供系统示意图 图4 购电加直燃分供系统示意图 3 微型冷热电联供系统节能性分析 3.1 系统配置 表1 方案A、方案B和方案C主要设备技术性能参数 项目 方案A 方案B 方案C 发电机技术参数 热气机 燃气轮机（Capstone C50） 燃气内燃机（G3306NA） 额定输入天然气热能 204kW 200 kW 172kW 额定输出电功率 50kW 50kW 50kW 排烟温度 178℃ 300℃ 580℃ 烟气余热可利用量 / 82kW 24kW 缸套冷却水进/出口温度 50/57℃ / 86/92℃ 缸套冷却水排热量 110kW / 70kW 配套冷热水机组技术参数 直燃吸收式机组 烟气余热单效吸收式机组 烟气余热吸收式机组 最大制冷/制热量 70/70kW 75/92.5kW 70/70kW 制冷供/回水温度 7/14℃ 6.7/12.2℃ 7/14℃ 制热供/回水温度 57/50℃ 57/50℃ 57/50℃ 制冷/制热系数 COP值 1.05/0.9 0.7/0.9 1.05/0.9 排气温度 170℃ 120℃ 170℃ 依据住宅楼负荷情况，考虑到系统发电也可供应住宅楼附近的其它建筑物使用，本文选取联供系统中热电转换装置的额定发电量均为50 kW。方案A选择一台容量50 kW的热气机和容量为70kW的双效直燃吸收式冷热水机组；方案B选择一台容量为50kW微型燃气轮机、一台制冷/供热量分别为75/92.5kW烟气余热单效吸收式机组和容量为50kW余热锅炉；方案C选择一台额定发电量为50kW小型燃气内燃机和一台制冷供热量均为70kW的烟气余热双效吸收式机组。设备性能参数如表1所示。方案D选用一台制冷/供热量均为70kW的BCT70双效直燃式吸收式机组和一台容量为50kW的燃气热水锅炉，燃烧效率为85%。系统全年运行。夏季制冷期3672h；冬季供热期2640h，过渡期为2448h。 3.2