新型分布式能源三联供系统的建设与分析

新型分布式能源三联供系统的建设与分析

王亚东

山东奥德圣凯能源有限公司 山东临沂 276000

摘要：分布式能源三联供系统是与传统供能系统有着巨大区别的新型能源利用系统，采用梯级利用、循环利用相结合的方式提高能源的综合利用率，有效降低了用电、供暖、制冷过程中对高位能的依赖和消耗量，满足我国节约能源、降低排放量、减少污染物排放的可持续发展要求。本文以分布式能源三联供系统为主要研究对象，分析分布式能源三联供系统的原理和配置，探讨分布式能源三联供系统的具体应用和效益。

关键词：分布式能源三联供系统；节能降耗；成本分析

引言

《中华人民共和国节约能源法》中明确提到，国家鼓励节能技术的研究和发展，梯级利用技术、循环利用技术作为能够提高能源利用率实现节能减排的技术，都在国家鼓励的范围之内[1]。我国正处于能源利用改革的重要阶段，树立了2030碳达峰、2060碳中和的发展目标，分布式能源三联供系统是我国能源实现梯级利用、循环利用的重要技术产物，受到能源领域研究人员的重点关注。用分布式能源三联供系统代替传统供能系统，正在成为能源领域趋势。

1 分布式能源三联供系统原理概述

传统能源使用方式不合理，是导致能源浪费现象严重、社会生产能源缺口大的重要原因之一，合理利用能源是现阶段能源领域研究的热点。传统能源使用方式不考虑使用方式对能源的需求，采用统一供能，导致大量高位能被浪费。而且，高位能被直接应用于建筑功能等方面，还会造成废气、废水、废渣的排量增加，增加环境负担。分布式能源三联供系统是一种考虑使用方式对能源的需求、供能兼顾余热回收利用的系统，能够有效提升能源的利用效率，降低能源浪费的情况。冷热电三联供系统属于分布式能源三联供系统的一种，天然气是用于供能的高位能，通过内燃机带动发电机组进行发电，电能用于电气自动化、动力系统、照明、空调；产生的余热进入余热回收装置被进一步利用，夏季制冷、冬季采暖，满足市民的家居温度调节需求；只有在夏季制冷高峰或冬季采暖高峰余热不足时，才会在余热装置中补入天然气。冷热电三联供系统有效节约了高位能天然气的用量，将能源的利用率提高，实现了能源的循环利用，有效实现了节能、降耗、减排的效果。

2 分布式能源三联供系统配置分析

分布式能源三联供系统的配置通常包括动力系统、余热回收系统、补燃系统三个部分，满足能源梯级利用和循环利用的功能需求[2]。

2.1 动力系统

以天然气为高位能的系统中，燃气内燃机、燃气轮机通常是动力系统中的动力设备，将天然气燃烧产生的热能转化为机械能，再转化为电能。内燃机采用汽缸和活塞的设计，天然气燃烧产生的热能推动活塞做往复运动，带动发电机发电；产生的烟雾可以用于冷却制热，为居民提供冬季供暖。内燃机属于余热回收工序繁琐、废气中氮氧化合物含量偏高的动力系统，但价格比较低廉、发电效率高，所以应用范围比较广。燃气轮机采用汽缸和叶轮的设计，天然气燃烧产生的热能推动叶轮旋转发电；由于没有冷却水，所以余热温度高、回收灵活性大，比较适合对制冷、供暖需求较高的用户。燃气轮机虽然发电效率不如内燃机高，但由于污染少、环保效果好，所以输出电的品质较高。如果分布式能源三联供系统采用高位能并非天然气，而是煤油、燃料电池等，则需要使用其他动力系统。但目前能源领域中的其他动力系统不是造价高，就是技术不够成熟、适用范围狭窄，在市场占有方面不如燃气内燃机和燃气轮机。

2.2 余热回收系统

余热回收系统是分布式能源三联供系统中重要的组成部分，是三联供系统能够实现能源梯级利用和循环利用的关键。常见的余热回收系统有以下几种：

2.2.1 吸收式制冷机

吸收式制冷机中，以水作为制冷剂，对水施加高压后高压液体流经节流阀、降压、蒸发，浓溶液溴化锂或氨吸收蒸发后的水蒸气形成稀溶液，释放的热量可被吸收利用；稀溶液通过溶液泵返回发生器，利用动力系统产生的余热重新分离水分子，形成浓溶液。溴化锂水溶液、氨水溶液是常见的吸收式制冷机组工质。这种吸收式制冷机组冷量范围广、制冷剂安全无污染、无噪音，是一种前景广阔、适用范围广的余热回收系统。

2.2.2 余热锅炉

余热锅炉是一种利用动力系统余热加热水体，提供热水或蒸汽的余热回收系统。余热锅炉是一种余热回收效率高、节能效果优秀的回收系统，适用范围广。

2.3 补燃系统

补燃系统是分布式能源三联供系统中重要的组成，在余热无法覆盖制冷、供暖所需时进行补充，可以避免因为余热不足影响居民生活。

2.3.1 燃气锅炉

燃气锅炉通常使用在天然气为高位能的分布式能源三联供系统中，可直接用动力系统使用的天然气进行补燃。燃气锅炉的燃烧功能效率较高，在非天然气为高位能的三联供系统中也可以进行改造后使用。

2.3.2 电制冷（热）机

电制冷机是一种直接将电能转化进行制冷的设备，能够补充制冷需求。电动制热机或电热泵机组是直接将电能转化进行加热的设备，能够补充供热需求。

3 分布式能源三联供系统的具体应用

以某商业楼为例，需要提供制冷和供暖的区域建筑面积约为6万㎡，采用分布式能源三联供系统，采用2台燃气内燃机作为动力系统，与国网并网的模式。日常2台燃气内燃机提供的电能用于向商业楼提供制冷、照明、电气自动化用电，加上余热回收系统提供的制冷、供暖，可以满足商业楼内用户的基本使用，补燃采用电制冷（热）机使用国网电能，燃气内燃机停机维修期间同样使用国网电能。

分布式能源三联供系统的机组年发电量约为500万kw.h，制冷机组年制冷量约1000万kw.h，余热回收系统制冷量约为260万kw.h，供热量约为296万kw.h。分布式能源三联供系统中采用的2台燃气内燃机规格均为836kw，发电效率接近40%，对能源的总体利用率超出80%。

4 传统供能系统与分布式能源三联供系统效益对比

表1 传统供能系统与分布式能源三联供系统对比

传统供能系统的初期投资成本约为1400万元，分布式系统的初期投资成本远超传统供能系统，但分布式系统的发电量基本实现了对商业楼的用电需求，将商业楼的购电成本大幅度压缩；虽然每年的能源成本和运维人工成本都高于传统供能系统，但每年的总计投入量仍然少于传统供能系统。按照成本投入来计算，在投入使用的第4年，三联供系统的总投入成本就开始低于传统供能系统。且由于分布式能源三联供系统对能源的综合利用率高，每年的能源节省量显著，节能减排效果十分优秀。所以，分布式能源三联供系统是一种市场价值、绿色节能都非常优秀的节能系统，既符合国家发展需求，又符合市场用户的经济需求。

结语

综上所述，分布式能源三联供系统是现阶段能源领域关注、研究的热点，在能源利用率提升、梯形节能和循环节能方面有非常突出的效果，而且在实际市场应用中能够满足用户的节约成本、控制成本需求。所以，分布式能源三联供系统在节能降耗、控制成本方面有着突出的优势，能够更好地促进我国向着碳中和目标前进，应在市场上进行大力推广。

参考文献：

[1]倪俊,徐晓伟,付鑫,周磊,何鹏斐.基于需求响应的分布式能源冷热电三联供系统配置优化[J].自动化技术与应用,2021,40(10):112-116.

[2]邵方杰.分布式能源站三联供系统的应用研究[J].科技与创新,2021(11):180-181.