天然气冷热电三联供系统概念及应用

天然气冷热电三联供系统概念及应用

王高拉

【摘要】天然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。近年在国内得到很好的发展，北京、上海、广州等城市的分布式能源应用位于前列，国家也出台很多政策鼓励和促进该系统的研究和应用工作，目前，天然气冷热电系统实际推广应用已经越来越多。

【关键词】天然气；分布式能源；冷热电联供系统；应用

一、天然气冷热电三联供系统基本概念

分布式能源系统是一种较新型的能源系统，它一般建在用户附近，从而减少输配系统投资和能量损耗，是更高效、更可靠、更环保的能源系统。天然气冷热电三联供系统是属于分布式能源系统的一种。它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、燃气内燃机或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，充分利用了余热。其一次能源利用率可提高到80%左右，能够大量节约能源。

燃气气冷热电三联供系统按照适用范围，一般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。

二、冷热电三联供系统在我国的发展现状

我国的分布式能源技术的研究尚处于起步阶段，国家四部委《关于发展热电联产的规定》中明确规定：“鼓励发展热、电、冷联产技术和热、电、煤气联供”。由于节能、经济性等因素，燃气冷热电联供系统已经在我国各地出现。北京、上海、广州等城市冷热电联供技术的研究及应用位于全国前列。上海市的发展目标是到2020年建设100个系统，装机容量为30万KW。国家发改委《关于发展天然气分布式能源的指导意见》明确指出：分布式能源技术是促进节能减排、应对气候变化的重要措施。制定分布式能源发展专项规划，明确分布式能源的发展思路，统筹安排项目建设。同时在制定财政金融扶持政策，各省、市（自治区）和重点城市推广天然气分布式能源项目时，应加大资金支持力度，并考虑在电价补贴、接入系统投资、节能奖励等方面给予优惠政策。天然气供应商可提出可执行的分布式能源气价的优惠政策建议。

国家发改委、国家能源局和住建部联合印发了特级文件《天然气分布式能源示范项目实施细则》对天然气分布式能源示范项目的申报条件、评选原则，项目的实施、验收、后评估，和示范项目的激励政策都做了具体规定。这份文件的颁布，旨在完善天然气分布式能源示范项目审核、申报等管理程序，推动天然气分布式能源快速、健康、有序发展。

《细则》规定电网企业负责天然气分布式能源项目外部接网设施以及由介入引起公共电网改造部分的投资建设，并为天然气分布式能源提供便捷、即时、高效的介入电网服务，与投资经营天然气分布式能源的项目单位签订并网协议及相关合同。并网申报、审核和批准过程原则上不超过60个工作日。原本并网问题是发展冷热电联产技术的主要障碍也得到政策支持，得到解决。

三、天然气冷热电三联供系统的应用实例

杭州燃气七堡抢修基地办公大楼采用了天然气冷热电联供系统。属楼宇性系统，该系统配置四台C65微型燃气轮机发电机组、一台尾气再燃型溴化锂空调及1台烟气换热器。根据办公楼的负荷需求情况，为使所配置设备能在最佳状态运行，提高整个系统的运行效率，机组采取“并网不上网”的运行模式，只有网电出现故障时，系统自动转换为孤网模式运行，网电恢复正常后，再自动转换为并网模式。系统具体按照如下工作方式运行。

夏季白天

4台发电机组全部运行产生188KW的有效电力（扣除系统内部用电），可以满足办公楼的部分电力，不足的电力由市电补充。发电机的排烟进入尾气再燃型溴化锂空调，利用烟气和部分天然气产生空调冷水，向办公楼供应冷量。

其它时间（包括夜间）只有抢维修中心工作，冷、电负荷需求较小，只需开启1台发电机组和溴化锂空调，即可满足办公楼的电力和空调用冷需求，其它微燃机停止运行。当需要生活热水时，烟气－水换热器利用发电机排出的烟气制取55℃~60℃的热水约1000kg/h，可满足抢维修中心和食堂的生活热水需求。系统运行模式见图1、图2所示。

图1夏季正常工作日白天运行方式

图2夏季节假日和晚上运行方式

冬季白天：

4台发电机组全部运行产生199KW的有效电力（扣除系统内部用电），可以满足办公楼的部分电力，不足的电力由市电补充。发电机的排烟进入尾气再燃型溴化锂空调，利用烟气和部分天然气产生空调热水，向办公楼供暖。

其它时间（包括夜间）只有抢维修中心工作，热、电负荷需求较小，只需开启1台发电机组和溴化锂空调，即可满足办公楼的电力和空调用热需求，其它微燃机停止运行。当需要生活热水时，烟气－水换热器利用发电机排出的烟气制取55℃~60℃的热水约1000kg/h，可满足抢维修中心和食堂的生活热水需求。系统运行模式见图3、图4所示。

过渡季节白天：4台发电机组全部运行产生216kW或220KW的有效电力（扣除系统内部用电），可以满足办公楼的部分电力，不足的电力由市电补充。发电机的排烟进入尾气再燃型溴化锂空调，利用烟气和部分天然气产生空调冷水或热水。

其它时间（包括夜间）只有抢维修中心工作，冷电负荷需求较小，只开启1台65kW的发电机可满足办公楼的用电需求，其它机组停止运行。当需要生活热水时，烟气－水换热器利用发电机排出的烟气制取55℃~60℃的热水约1000kg/h，可满足抢维修中心和食堂的生活热水需求。见图5、图6和图7所示。

在无冷热负荷的过渡季节，空调系统停止运行，只开启发电机用来发电，白天4台发电机全部运行发电，其它时间1台C65发电机运行发电满足抢维修中心用电。

在更加注重节能减排和能源供给安全的今天，分布式能源系统的应用和发展适应了社会的发展进步，天然气冷热电三联供系统作为分布式能源系统的一种，具备了如清洁环保，有效减少有害气体如二氧化碳、二氧化硫的排放；能源梯级利用，综合用能效率高；与电网互相支撑安全性能高；建设投资低，经济效益高等多项优势，必将得到广泛的应用。