【智电】冷热电三联供技术在酒店项目中的应用

本文转载：建筑电气杂志（ID：jzdq1981）

本文有删减，全文载于《建筑电气》2018年第12期，详文请见杂志。

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燃气冷热电三联供系统

燃气冷热电三联供技术是以天然气为一次能源，用燃机产生的高温段热能直接发电，回收高温烟气的余热用于供热和制冷，从而同时产生冷、热、电3种可利用能源，实现能源梯级利用的分布式供能系统（如图1所示）。电能通过低压配电系统送至用电设备，热能可以用于供暖、供热水，冷能可用于空调制冷。

图1  三联供系统的能源梯级利用

系统构成

三联供系统可分为：动力发电系统和余热利用系统（如图2所示）。其中，动力发电设备包括：燃气轮机、内燃机和微燃机3种；余热利用设备包括：余热锅炉、吸收式空调机组（热水 / 蒸汽型、烟气型、烟气热水型）。

图2  燃气内燃机型冷热电三联供系统构成

系统的优点和局限性

三联供系统以其能源梯级利用和灵活的分布式设置方式，在如下几个方面存在明显优势：

a. 优化能源结构。

天然气属于清洁能源，但像北京等地区冬、夏季高峰日用气量巨大的峰谷差造成管线资源的极大浪费。利用燃气和电力季节性峰谷差互补的特点，将夏季一部分电力高峰负荷转移到燃气上来，有利于季节调峰，改善能源供给结构。

b. 降低能源费用。

在季节性用能高峰，燃气负荷与电力负荷在季节上呈现互补，双向消峰填谷，节省运行费用；冷热电能耗和设备投资可以成本互摊；减少变电设备运行时设备和电网端的损耗。

c. 可作为备用能源。

很多项目为了提高供电可靠性或按规范要求需设置备用发电系统，而备用发电系统很少有机会投入使用，设备闲置，还需定期维护。设置三联供系统后，在连续运行的方式下，可满足供电连续性要求，从而取代备用发电机系统。

d. 建设周期短，投资回收周期短。

除了上述优势，三联供系统也存在一些局限性：

a. 站房设置的面积要求更大，要求的站房层高也更高，相应的站房消防、防震、降噪等措施更复杂。

b. 对系统维护、管理以及运行数据的实时采集要求更高。

c. 系统对带载负荷的容量有一定要求，并不总是处于高效能的状态。当发电量过低时，系统能源利用效率显著下降，甚至于不得不因此而停机。

容量选型

目前，确定冷热电三联供系统容量的方法主要有3种：

a. 以电定冷热：根据项目电气负荷需求确定燃气发电设备功率。

b. 以冷热定电：根据项目冷、热负荷需求确定燃气发电设备功率。

c. 以应急负荷定电：根据项目应急电气负荷需求确定燃气发电设备功率。

应急负荷定电方式确定三联供系统容量的流程详见文献［1］。［1］李炳华，王立坤，岳云涛，等. 冷热电三联供系统在城市综合体中的应用［J］．智能建筑电气技术，2012，6（4）：3 - 7.

根据应急电负荷确定三联供系统容量方案中，不足的电量由市政电力补充，不足的冷量由电制冷补充，不足的热量由燃气锅炉补充。考虑到三联供系统是作为应急电源使用，从规范的角度讲，三联供系统应全年运行，采用并网不上网的运行方式。

适用范围

根据项目的市政电力和燃气条件、项目冷热电负荷的需求量、运行时间、投资经济性指标等因素，三联供系统的设备有多种配置方案。在市政电网尚未覆盖的地区或用户分散且能源连续性要求高的项目，可以考虑采用燃气三联供系统作为基本解决方案。在市政条件充足的传统写字楼或酒店项目中，可采用燃气三联供系统与传统系统配合使用，根据需要决定是否接入市电网络，运行方式可以选择连续运行或季节性运行。

三联供工程案例

项目概况

某可举办大型会议的五星级酒店，其单体用地面积约4. 8万m2，建筑面积约8. 3万m2，地上19层（含裙房2层），地下2层，建筑高度86. 8 m。

三联供能源中心设于酒店地下一层，总建筑面积1 538 m2，层高8 m。

三联供系统设计选型

a. 4台额定发电功率637 kW的燃气内燃发电机组，总计2548 kW。酒店总应急电源负荷需求约为2 100 kW，4台三联供发电机额定运行时可带载100 % 应急电源负荷。

b. 2台额定制冷量1 740 kW、额定制热量1 349kW的补燃型余热直燃机。发电机组与余热直燃机为2对1形式，即：2台发电机组配1台余热直燃机。

传统系统设计选型

a. 2台2 500 kVA干式变压器（应急负荷专用变压器）、4台1 250 kVA干式变压器，共10 000 kVA。

b. 2台燃气真空热水锅炉，单台额定供热量4. 2MW，可供应80 / 60 ℃高温水和60 / 50 ℃温水（酒店冬季空调热负荷7 128 kW，生活热水负荷4 230 kW，地板采暖热负荷500 kW，以上热负荷由2台补燃型余热直燃机和2台燃气真空热水锅炉提供）。

c. 2台燃气蒸汽锅炉，单台额定蒸发量2 t /h（酒店蒸汽负荷3. 2 t / h，分别为冬季空调加湿用蒸汽1. 2 t / h和洗衣房2 t / h）。

d. 1台400RT螺杆式冷水机组，1台1000RT离心式冷水机组（酒店夏季空调冷负荷8 289 kW）。

e. 2台自然冷却板式换热器，单台换热量为0.83MW。

f.  4台冷却塔，其中2台为电制冷机散热，2台用于冬季自然冷却冷源。

具体设备布置如图3所示。

图3  三联供机房设备布置图

供能系统原设计情况

a. 供电系统：4台燃气内燃发电机组与市电并列运行，其中1#、2#发电机与1# 2 500 kVA变压器并网运行；3#、4#发电机与2# 2 500 kVA变压器并网运行。4台1 250 kVA变压器未与发电机连接。采用并网不上网的方式，在10 kV进线开关出线侧设有逆功率保护装置，防止向电网返送电。优先利用三联供系统供电，不足部分由市电补充。

b. 空调冷水系统：空调系统为四管制，全年供应冷负荷，夏季优先利用余热直燃机制冷，不足部分由电制冷补充。冬季优先利用自然冷源，不足部分由电制冷补充。发电机检修 / 故障时，补燃型余热直燃机补燃制冷；当补燃型余热直燃机检修 / 故障时，开启电制冷系统。

c. 空调温水系统：优先利用发电余热，不足部分由真空热水锅炉的温水系统补充。

d. 高温水系统：真空锅炉高温水供回水温度80/ 60 ℃，分别加热地板采暖水和生活热水。

e. 蒸汽系统：蒸汽锅炉一路供应厨房、洗衣房，另一路减压后供应空调加湿蒸汽负荷。

酒店三联供系统工艺如图4所示。

图4  酒店三联供系统工艺图