燃气冷热电三联供概述及应用评估

燃气冷热电三联供系统属于分布式能源。

分布式能源是相对于传统的集中式供电方式而言的，是指将发电系统以小规模、小容量(数千瓦至15MW)、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出电、热和冷能的系统。

大型电网和分布式能源--相互支撑、互惠互利。

天然气冷热电三联供技术是一项先进的供能技术，它首先利用天然气燃烧做功产生高品位电能，再将发电设备排放的低品位热能充分用于供热和制冷，实现了能量梯级利用，因而是一种高效的城市能源利用系统，是城市中公共建筑冷热电供应的一种新途径。

还有燃料来源于工业废气或垃圾填埋场的沼气。

三联供系统基本原理：能源的梯级利用。

三联供：天然气发电、余热供热、余热制冷；

常规供能：燃煤发电、燃气供热、电制冷。

燃气冷热电三联供系统的组成：

冷热电三联供系统典型示意图：

各类发电装置特点：

燃气内燃机三联供系统：

燃气内燃发电机工作原理：四冲程原动机采用燃气、瓦斯气或沼气等以CH4为主的气体作为燃料，燃料气体与空气在混合后进入缸体，压缩后经高压电火花塞点火爆炸做功，活塞带动曲轴运动，曲轴与发电机连接，带动发电机进行发电。

燃气与空气在涡轮增压器上游预先混合后进入涡轮增压器。 

燃气内燃发电机组成：

冷热电三联供：主要对燃气发电机组高温缸套水及高温烟气进行余热回收，并将此部分余热通过配套设备转化为空调冷水、热水、饱和蒸汽等其它形式热能，用于满足客户的热负荷需求。此应用主要针对同时对冷电热需求的用户，主要分布于城市。

三联供系统应用：

以燃气内燃发电机组为核心设备，配套余热回收设备，同时满足客户对冷（热）电的需求。

根据燃气内燃发电机组与市电运行的模式，可分为：孤岛模式，并网不上网及上网售电。

孤岛模式：发电机组与市电分开独立运行，两者之间没有任何联系。

并网不上网：发电机组与市电共同承担负载，两者之间通过并联柜进行并网操作，但是总负载大于发电机组输出功率，发电机组不会向电网送电。

上网售电：发电机组与市电共同承担负载，两者之间通过并联柜进行并网操作，系统负载小于发电机组输出功率，发电机组输出的多余电量可以反送回电网卖电。

长沙黄花机场能源站系统PID图：

某项目在发电的同时，燃气发电机组高温烟气通过余热锅炉产生蒸汽，供周边生活区使用；高温缸套水经板式换热器满足生活及生产区的供暖需求。

南京凤凰传媒云计算中心：

燃气冷热电三联供系统的可研与评估：

1. 编制可研的目的

论证项目建设的可能性

论证项目建设的经济性

论证项目建设的必要性

2. 编制方法

收集负荷资料

负荷分析

确定技术方案

进行技术经济比较

可参照《 小型热电联产可行性研究报告编制方法》及《参数与方法》进行编制

3. 评价体系

经济评价：一般需要和常规用能方式进行比较，常用的有全投资比较和增量投资比较两种方法。

技术评价：可行性；先进性：年能源综合利用率是重要评价指标、节能率。

安全性评价。

环保评价：减排量、节煤量。

社会评价。

4. 可研中应包含内容

1 ）概述

项目概述

编制范围

建设的必要性

本项目采用冷热电三联供系统的必要性和有利条件

本项目采用冷热电三联供系统的必要性和有利条件

2 ）能源供应及市政配套现状

供电方案

天然气供应情况

冷热源供应情况

其它配套市政 

3 ）负荷分析

建筑性质及建筑面积

电力负荷预测

冷热负荷预测

年能耗预测

4 ）三联供系统的设置原则 

冷、热、电特点与方案要求

发电机组选择

燃气发电机组运行方式

余热利用系统

5 ）工程方案

能源中心的供能范围

方案概述

方案详述

安全性论述

6 ）消防

7 ）节能节水

8 ）环境保护

9 ）劳动安全

10 ）工业卫生

11 ）工程实施进度

12 ）投资估算

13 ）融资方案

14 ）财务分析

15 ）风险分析

16 ）结论及建议

编制方法：

收集负荷资料，主要包括以下内容：

1. 现状和规划冷热负荷

①项目的建筑规划和能源规划

②拟建项目周边的可再生能源的情况

③分别列出现状和规划建筑中采用集中空调的建筑物的冷热负荷、建筑物性质和一日之内的用能时间。

④户内系统，供回水温度

⑤规划建筑物的建设进度

⑥蒸汽负荷，蒸汽负荷日及季节变化规律，各时段蒸汽负荷量，使用蒸汽负荷的点。

⑦是否有稳定的生活热水负荷？用量是多少？

⑧采暖制冷期

2. 市政条件

①现有电力系统介绍，电源情况、几路供电、电压等级

②现有及规划配电室位置、变压器容量

③燃气供应情况

④上、下水供应情况

3. 原材料及能源价格

①目前从供电局购电价格

②是否使用自来水、水价

③燃气价格

④采暖、制冷单位平米销售价格、蒸汽销售价格

4. 能源中心的设置

拟采用独立机房的方式设置能源中心，可以为地下建筑，能源中心可以设置的区域能源中心如设置在建筑物内的可行性

负荷分析：

负荷预测的常用方法：面积指标预测法、逐时系数预测法、计算机辅助模拟分析方法。

负荷预测的步骤：

① 掌握基本信息。

通过与用户进行沟通了解，以确定即将或已建成的建筑物规模和使用性质。重点了解建筑物或建筑群的建筑面积、供热面积、制冷面积以及人员使用情况。

② 确定冷热电设计负荷

采用面积指标法或规范中给出的计算公式对设计负荷进行确定。

③ 分析负荷特性，绘制逐时负荷变化图

利用逐时系数法或其他计算机辅助方法，分析不同建筑的负荷变化规律，找出最大负荷、最小负荷出现的时间以及变化量，并绘制出典型日的逐时负荷变化图。

④ 计算年负荷量

根据公式计算或图表累计计算冷热电年负荷量，为后面经济分析做准备。

确定技术方案：

发电机形式的选择；

运行方式及电力接入系统；

供能系统的确定；

余热利用系统的确定。

确定技术方案：

发电机形式的选择：

目前用于燃气热、电、冷三联供系统的发电机有燃气轮发电机、燃气内燃发电机、微燃发电机三种形式。

1 ）燃气轮机：

燃气轮机发电机组具有体积小、运行成本低和寿命周期较长（大修周期在6万小时左右）、出口烟气温度较高、氮氧化物排放率低等优点。

  燃气轮机发电机组发电电压等级高、功率大，供电半径大、适用于用电负荷较大的场所，发电机组输出功率受环境温度影响较大。

燃气轮机发电机组余热利用系统简单、高效。

燃气轮机发电机组启动时间较燃气内燃发电机组长。

燃气轮机发电机组一般需要次高压或高压燃气。

燃气轮机发电机组在正常情况下，需要利用市电作为机组的起动电源。

在停电起动时需要配备一台小容量的起动用发电机组，启动时间较长。

总结来说，燃气轮机的优点是余热利用较简单，环保排放值较低，但缺点是发电机组出力随海拔高度和环境温度的变化量较大，除个别机型外，发电效率较低，进气压力要求较高，单位投资较大。

2 ）燃气内燃机：

燃气内燃发电机组突出的优势是发电效率高、环境变化（海拔高度、温度）对发电效率的影响力小、所需燃气压力低、单位造价低，当然也有余热利用较为复杂、氮氧化物排放量略高的缺陷。但燃气内燃发电机组利用在发电产业上，有其它原动机所不及的优点：

单机能源转换效率高，发电效率最高可达46%，能源消耗率低。

地理环境造成动力输出影响最小，高温、高海拔下可正常运行。

发电负载波动适应性强。

操作运转技术简单易掌握。

可直接利用低压天然气进入燃气内燃发电机组燃烧。

总结来说，燃气内燃发电机组优点集中在发电效率高，通常在30％～40％之间，发电效率随负载负荷的影响较小，从100%负荷降到50%负荷时，内燃发电机组的发电效率从40%变化到34%左右，其次是设备集成度高，安装快捷，对于气体中的粉尘要求不高，基本不需要水，设备的单位千瓦造价也比较低，再次，内燃发电机组启动快，0.5～15min即可完成启动。

但是内燃发电机组也有一些不足的地方：（1）内燃发电机组燃烧低热值燃料时，机组出力明显下降；（2）内燃发电机组需要频繁更换机油和火花塞，消耗材料比较大，也影响到设备的可用性和可靠性两个主要设备利用指标，对设备利用率影响比较大，有时不得不采取增加发电机组台数的办法，来消除利用率低的影响。

3 ）燃气微燃机

燃气微燃机：一般发电量小于200千瓦，适用小容量场所、多机组组合时切换较灵活。具有体积小，发电效率高，噪音小，机房不需消声改造、氮氧化物排放量低等优点。但燃气微燃发电机折合每千瓦发电造价较内燃机要高，所需燃气的进气压力较高。

性能比较表

燃气轮机：

燃气内燃机：

发电机组形式确定的原则

运行方式及电力接入系统

发电机与并网运行

燃气发电机组独立运行

联供系统的电气主接线宜采用单母线或单母线分段接线

供能系统的确定：

与项目的用能情况密切相关

与运行方式密切相关：以电定热、以热定电、最大满负荷运行小时数等不同模式

一般情况下，三联供系统带基本负荷，其他能源方式做为补充。

初投资高的设备承担基本负荷、设备投资低的设备承担调峰负荷。

考虑周围的资源情况

考虑项目的经济性

余热利用系统的确定

燃气轮机余热：

燃气轮机是一种以气体为工质的将热能转变为机械能的动力发动机。它主要由进气道、压气机、燃烧室和动力输出机构-尾喷管或动力涡轮以及燃料供给系统、控制调节系统、启动启动组成。其工作原理为：压气机从外界连续吸入空气并使之增压，同时空气温度也相应提高，压送到燃烧室的空气与燃料混合燃烧成为高温、高压的燃气，燃气在透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，从透平中排出的乏气排至大气自然放热。对于燃气轮机来说，其乏气的排气温度在350～650℃，即为可利用的余热，此外，燃气轮机在运行时，润滑油需要冷却，但这部分热量量很小，且出水温度很低，品位低，一般不予以利用。

燃气内燃机：

燃气内燃机也是一种以气体为工质的将热能转变为机械能的动力发动机。在内燃机中，燃料在缸内依靠活塞上行压缩的气体着火燃烧，放出大量热能，使可燃混合气（工质）的压力和温度急剧增高，并在缸内膨胀推动活塞做功，膨胀终了的气体，已经为不能在缸内做功的废气，必须将其排出去。内燃机做功，必须具备进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程。燃烧所产生的热量只有一部分转化为机械功，使内燃机运转并对外输出做功；另一部分热量被排出的废气带走；还有一部分热量（约占燃烧热量的三分之一）内燃机组件（气缸盖、活塞、气缸套、气门）的冷却水带走。从燃气内燃机的工作原理上可以看出燃气内燃机的排热主要有：发电后的烟气乏气，温度在400～550℃之间，是完全可以利用的；此外还有气缸的冷却水，其温度在80～100℃之间，也可以进行利用；此外还有燃气内燃机的中冷水换热器等的冷却水，其温度在40℃左右，很难利用。

主要两种利用形式：

余热锅炉+蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机、汽水热交换器方式

烟气型或烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组方式

适用范围：

前者更适用于有较大蒸汽或热水负荷需求的场合。这种工艺尤其适用于有一定蒸汽和热水需求的场合，可以通过调节从余热锅炉出来的进入直燃机的蒸汽量方便的调节负荷分配。

后者系统简单且能源利用效率较高，应用日益广泛。直接利用余热的烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组设备制造技术在近年来发展成熟，使得余热利用工艺和设备得以简化。具有工艺简单、占地少的突出优势，而且由于减少了换热环节，采用直接连接系统的热效率更高。

与发电机组的连接宜采用单元制连接。

燃气微燃机：

燃气微燃机是微型透平机，是应用了往复式引擎的过给机的量产技术所制造出来的小型透平机，其压缩机和永久磁石式发电机的同轴运转可以达到高速回转（65000～100000rpm），另外，交直流变换器（频率变换器）组合起来，它是低成本、高效率的透平机（容量300kW以下）。

从其工作原理来看，其发电余热主要是发电后的乏气，排烟温度在350～650℃，是可被利用的余热。

经济分析：

计算各方案的能耗和收益，计算项目的投资回收期、内部收益率等。

进行项目的财务分析：包括盈利能力分析、偿债能力分析、财务生存能力分析、盈亏平衡分析、敏感性分析等。

技术分析。