天然气驱动小型冷热电联供系统节能性探究

发布时间：2019-01-14 17:01所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

下面文章主要将某地区的五层住宅建筑作为研究对象，设计了四种冷热电联供系统，分别对其节能性进行分析，分析的结果显示，使用天然气驱动小型燃气内机组成的冷热电联供系统，具备更高的一次能源利用率，可以有效降低住宅的能源损耗，而另两种冷热电联供系统

　　下面文章主要将某地区的五层住宅建筑作为研究对象，设计了四种冷热电联供系统，分别对其节能性进行分析，分析的结果显示，使用天然气驱动小型燃气内机组成的冷热电联供系统，具备更高的一次能源利用率，可以有效降低住宅的能源损耗，而另两种冷热电联供系统则适用于其他类型的建筑。

　　【关键词】天然气,冷热电联供系统,一次能源利用率

　　就目前的研究状况看来，关于大型或者中型冷热电联供系统的分析相对较多，理论较为丰富。但是关于小型冷热电联供系统的分析相对较少，本文主要对天然气驱动的小型系统进行分析，以期丰富相关研究理论。小型冷热电联供系统具备十分广阔的发展前景，将天然气作为驱动，不仅可以拓展天然气的应用范围，还可以提升联供系统的节能减排性能。

　　1天然气驱动小型冷热电联供系统分析

　　本文将某地区的五层住宅建筑作为研究对象，分析天然气驱动小型冷热电联供系统的节能性。该住宅作用的冷热电联供系统所用的热电转换装置包括热电机、微型燃气轮机以及小型燃气内机这三种，应用不同的热电转换装置，冷热电联供系统所用的能源有所差异。因此，本文主要设置了四种冷热电联供系统方案，分析节能性最佳的冷热电联供系统。

　　具体的方案设置如下：

　　方案一：通过天然气驱动热电机进行电源供应，因为该系统产生的烟气温度相对较低，能够通过相应的处理措施直接排掉，系统中回收缸套的冷却水余热能够为建筑用户提供生活热水，还能够在冬季为住宅提供热负荷;吸收式冷热水机组主要负责夏季冷负荷的供应，并为冬季热负荷的供应提供补充。在系统运行的过程中，不足的电力由公共电网提供。

　　方案二：通过天然气驱动微型燃气轮机进行电源供应，该系统产生的烟气属于高温烟气，可以将其输送到余热补燃吸收式冷热水机组以及余热锅炉。其中，吸收式冷热水机组主要负责冬季热负荷以及夏季冷负荷的供应;余热锅炉负责住宅用户的生活热水供应。在系统运行的过程中，不足的冷热负荷通过天然气补燃提供，不足的电力由公共电网提供。

　　方案三：通过天然气驱动小型燃气内机进行电源供应，该系统产生的烟气可以传输到余热补燃吸收式冷热水机组中，系统中内燃机缸套的冷却水可以传输到容积式换热器中，其中，吸收式冷热水机组负责夏季冷负荷及冬季热负荷的供应;容积式换热器负责补充冬季热负荷。

　　在系统运行的过程中，不足的冷热负荷通过吸收式冷热水机组的补燃提供，不足的电力由公共电网提供。

　　方案四：作为空白对照方案，通过天然气驱动吸收式机组负责夏季冷负荷及冬季热负荷的供应;住宅用户的生活热水由燃气锅炉负责供应;住宅用户的电力由公共电网提供[1]。

　　2天然气驱动小型冷热电联供系统节能性分析

　　2.1冷热电联供系统的配置分析

　　按照该五层住宅建筑对冷热电负荷的需求状况，及冷热电联供系统的实际发电使用状况(即该住宅的发电会被周围建筑物使用)。本文按照50kW的额定发电量进行热电转换装置的配置。具体而言，不同方案的设备配置如下：方案一：选用50kW的热气机，制冷量及供热量都是70kW的双效直燃式吸收式机组;方案二：选用50kW的微型燃气轮机，50kW的余热锅炉以及制冷量为75kW、供热量为92.5kW的延期余热单效吸收式机组;方案三：选用50kW的小型燃气内机，制冷量及供热量都是70kW的烟气余热双效吸收式机组;方案四：选用50kW的燃气热水锅炉以及与方案一相同的吸收式冷热水机组。按照全年全天有效运行的工况，进行冷热电联供系统的节能性分析，该住宅夏季的制冷期约3672h;冬季的供热期约2640h，中间的过渡期约2448h。

　　2.2冷热电联供系统的余热利用分析

　　余热利用主要是指应用区域实际余热利用量，和冷热电联供系统可回收最大余热量之间的比值，这一数值越高，就表明冷热电联供系统的余热利用效果越好。对于冷热电联供系统而言，其余热利用状况会对其节能性造成直接的影响，观察三种方案的余热利用分析结果可知，方案一的可回收余热量最多，但是余热利用率最低;方案二的余热量最低，但是余热利用率最高;方案三始终处于中等水平。这是因为方案三的余热温度相对较低，仅能够满足住宅的热负荷需求，在住宅采暖期间，对热负荷的需求相对较高;制冷期间，对冷负荷的需求相对较高;在过渡期间，仅对生活热水有相应的负荷需求[2]。

　　2.3冷热电联供系统的节能效益分析

　　通常来说，冷热电联供系统的节能性由一次能源利用率表示，一次能源利用率的数值越高，就表明冷热电联供系统的节能效益越高。具体而言，一次能源利用率的计算公式如下：冷热电联供系统的输出能量/一次能耗量。冷热电联供系统的一次能源利用率均高于分供系统。天然气驱动小型燃气内机的方案三在制冷期、采暖期、过渡期以及全年各个阶段，一次能源利用率均高于另两种方案。

　　冷热电联供系统的一次能源利用率在过渡期相对较低，具体原因如下：就冷热电联供系统而言，当发动机出力与系统输出能量一致的情况下，冷热电联供系统的节能性主要影响因素为余热利用量以及内部设备的运行效率，而冷热电联供系统在过渡期的余热利用量仅为59MWh，远低于制冷期以及采暖期的数值。

　　虽然方案二的余热利用量相对较大，但是因为方案二的吸收式冷热水机组为单效型号，制冷系数相对较低，而方案三所用的为双效吸收式冷热水机组，其制冷系数远高于单效型号，再加上内燃机的发电效率要高于燃气轮机，所以方案三的一次能源利用率相对较高。另外，在采暖期及过渡期，三种冷热电联供系统的余热利用量数值相同，所以冷热电联供系统的节能效益由设备的运行效率决定。其中，热气机的发电效率为24.5%;燃气轮机的发电效率为25%;内燃机的发电效率为29.1%。

　　2.4冷热电联供系统方案分析一般来说，冷热电联供系统的应用场所对于冷热电负荷的需求决定其节能性，所以对于住宅小区而言，方案三的节能性最佳。根据方案一的特点，适用于生活热水需求较多的建筑物，如物业游泳池、宾馆或者会所等建筑，确保冷热电联供系统的热水余热可以得到最大化利用，体现其节能优势。

　　根据方案二的特点，适用于对热负荷需求远高于冷负荷的建筑，如严寒地区的建筑物或者浴场等建筑，在应用方案二的冷热电联供系统时，工作人员可以进行相应的优化，提高天然气的补燃力度，使冷热电联供系统能够配备双效吸收式冷热水机组，进一步提升冷热电联供系统的节能性;根据方案三的特点可适用于热负荷需求高于冷负荷，且用电需求相对较高的场所[3]。

　　3结论

　　综上所述，和分供系统相比，冷热电联供系统具备更加优异的节能减排性能。通过上述分析可知，小型冷热电联供系统的节能性由余热利用率与设备的运行效率决定，要求技术人员根据应用场合对冷热电负荷的需求，合理选择热电装换装置，即热电机、燃气轮机以及燃气内机，确保冷热电联供系统的最大化利用。希望本文的分析可以为相关研究提供参考。

　　参考文献

　　[1]罗平，韩露杰，孙作潇，吕强，陈巧勇.冷热电联供型微电网系统多目标日前优化调度[J].自动化仪表，2018，39(02)：1~6+16.

　　[2]宋郑忠，赵磊.严寒地区天然气冷热电联供系统节能经济性分析[J].吉林建筑大学学报，2017，34(06)：27~31.

　　[3]杨干，翟晓强，郑春元，王如竹.国内冷热电联供系统现状和发展趋势[J].化工学报，2015，66(S2)：1~9.

　　化工类期刊推荐：《化工学报》是由中国化工学会和化学工业出版社共同主办、化学工业出版社出版的学术刊物，现为月刊，国内外发行。在《中文核心期刊要目总览》中被列为中文核心期刊化工类第一名。读者对象为过程科学与技术领域和相关过程工业的科研、设计人员，大专院校师生，以及有关工程技术人员。

　　

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