关于冷热电三联供和江水源热泵复合系统的节能研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇关于冷热电三联供和江水源热泵复合系统的节能研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：本文以重庆市某文化创意经济区为例，通过介绍冷热电三联供和江水源热泵复合系统的运行方案和国内外关于该系统的发展和研究现状，分析了该系统实施后的经济效益和节能效果，提出其在节能环保方面的独特优势。
中图分类号：TE08文献标识码： A
1 引言
1998年1月1日起实施的《中华人民共和国节约能源法》第三十九条就明确指出 “国家鼓励发展下列通用节能技术：发展热能梯级利用技术，热、电，冷联产技术，提高热能综合利用率”。 2004年9月，国家发改委颁布《国家发展改革委关于分布式能源系统有关问题的报告》，支持小型分布能源系统发展，促进我国分布式能源系统的发展。
2 研究背景
重庆市某文化创意经济区由15栋建筑构成，总建筑面积约80万m2，其功能包括：办公、酒店、公寓、会展、商业、餐饮、金融等，场地离长江江面的最小距离约50m，具有很好地利用江水源热泵系统供冷供热的条件。其具有建筑物容积率高，空调负荷特性一致性高，且毗邻长江，具备可再生能源集中利用的优势。同时，区域内天然气供应的保障度高，具备冷热电三联供系统和江水源热泵系统的综合利用，并进行区域供冷供热的条件。
3基本概念及应用现状
3.1冷热电三联供系统
冷热电三联供 ，即CCHP（Combined Cooling, Heating and Power），是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者余热直燃机等)向用户供热、供冷。
3.2江水源热泵系统
水源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
3.3 国内外应用现状
3.3.1国外天然气冷热电三联供发展现状
在美国，电力公司必须收购热电联产的电力产品，其电价和收购电量以长期合同形式固定，为热电联产系统提供税收减免和简化审批等优惠政策。截止到2002年末，美国分布式能源站建立已近6000座。美国能源部计划，2013年20%的新建商用建筑使用冷热电三联供发展计划，2020年50%的新建商用建筑使用冷热电三联供发展计划[4]。 在欧盟，据资料统计拥有9000多台分布式热电联产机组，占欧洲总装机容量的13%，其中工业系统中的分布式热电联产装机总容量超过了33GW，约占热电联产总装机容量的45%，欧盟决定到2013 年将其热电联产的比例增加1倍，提高到总发电比例的18%。在日本，以天然气为基础的分布式冷热电联供项目发展最快，而且应用领域广泛。截止2000 年底，已建热电(冷)系统共1413个，平均容量477kW，主要是小型系统 [1]。
3.3.2我国天然气冷热电三联供发展现状
目前，我国天然气供应日趋增加，天然气分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。按照规划，“十二五”期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。未来5-10年内在分布式能源装备核心能力和产品研制应用方面取得实质性突破。初步形成具有自主知识产权的分布式能源装备产业体系。
该项目充分利用重庆可再生的长江江水资源和丰富的天然气资源，采用以天然气为一次能源进行发电，利用发电余热制冷制热的三联供和江水源热泵复合系统，在地下建设区域能源站，通过区域管网和能源换热站供给整个80万平方米建筑物各楼栋用户，进行集中供冷供热。实现了能源的梯级利用，最大限度提高一次能源的综合利用率。
冷热电三联供复合系统按照“以热定电、热电平衡”的模式运行，其目的是充分回收发电机发电过程中产生的可利用废热，尽可能保证较高的满负荷运行小时数，最大限度的提高三联供系统的效率。区域中占绝大比例的商务写字楼属于间断使用性质，空调季节的典型工作日，早上需要较大的余热（预冷）负荷来迅速将晚间因停止空调运行而降低（或升高）的室温恢复到舒适水平，此后直到20：30负荷相对稳定，几乎同时，8：00~20：00为用电负荷的较稳定高峰段，如果再加上冷热源站需求的用电量，空调季节工作日发电机基本可以四台同时发电，发电量可以满足一部分基本负荷，不足部分由电网供电；发电所产生的废热制冷、制热均能被全部用于系统中，其不足冷、热量由江水源热泵机组补足。
4.1三联供复合系统运行基本原则
由于热电冷三联供系统夏季的节能效果优势不及冬季，所以，运行策略确定为：夏季当单台发电机100%发电所产生的废热的制冷量能被系统完全利用时，开启发电机满负荷发电，吸收机满负荷利用废热制冷；冬季当单台发电机在50%以上发电量时所产生的废热的制热量能被系统完全利用时，启动发电机发电，不足电量由市网提供，不足热量由江水源热泵机组提供。非空调季节按照生活热水耗热量的需要，开启2台发电机8小时运行，余热供生活热水加热。
4.2三联供复合系统流程
天然气进入燃气内燃发电机组发电并承担部分基本电力负荷，不足部分由市电供给。夏季空调时，发电机发电时排放的高温烟气进入溴化锂吸收机的高温发生器，排放的缸套水进入溴化锂吸收机的低温发生器，共同驱动溴化锂单、双效复合型吸收式机组制冷，冷量不足部分由江水源热泵机组补充。冬季空调时，发电机排放的高温烟气进入吸收机回收热量、缸套水进入板式热交换器回收热量，这两部分回收热量共同为空调系统制热，热量不足部分由江水源热泵机组提供。在辅助冷热源的选择上，先以发电机组的余热量确定烟气热水型溴化锂吸收机的容量，吸收机的台数与发电机台数对应；然后根据冬季热负荷情况确定江水源热泵机组的台数及容量；夏季冷量不足部分再由江水源冷水机组提供。在生活热水热源的选择上，原则上是可以利用发电机的余热，但是在分析了空调负荷和生活热水负荷的特性后，发现当空调负荷大的时候，发电机全部开启，其余热被空调系统完全利用，没有多余的热量供生活热水，若强制切换部分余热供生活热水使用，一是会降低吸收机的效率，二是生活热水属于间歇负荷，启停比空调系统频繁，切换时容易出错，而且阀门也容易损坏；当空调负荷低的时候，若仅满足空调系统的余热需求，发电机可能部分运行，多余的发电机可将余热供给生活热水使用，但此时有可能出现发电量过大，不能用完的情况 。由于目前的电力政策是并网不上网，多发的电只有浪费掉，这样是不经济的。因此综合比较之下，本项目确定采用空调季节生活热水利用天然气锅炉加热，非空调季节，生活热水利用内燃发电机余热加热的方式，简化系统控制，提高运行可靠性。
图1 江水源热泵空调制热工艺流程图
江水源热泵空调制冷工艺流程图
表1 冷热源复合系统设备容量表
5 节能效益分析
该项目冷热电三联供系统使用的燃料是天然气，相对于煤炭来说比较洁净。此外，先进能源技术的应用不但会提高能源利用效率，而且可以代替传统的供热制冷设备，消除其使用过程中对环境的污染。
表2 传统空调与复合系统能耗对比
备注：天然气折标系数按12.143吨标煤/万立方米，电力按3.5吨标煤/万千瓦时计算。
根据上表，传统空调冷热源系统与冷热电三联供和江水源热泵复合系统相比，采用复合系统的区域冷热源全年需消耗天然气量1008.3万Nm3、消耗电量82.2万kWh，同时可上网电量2561.2万kWh，合计折合标煤为3567.29吨标煤。采用冷水机组和燃气锅炉的传统冷热源系统全年需用气量293.7万Nm3、用电量1874.7万kWh，合计折合标煤为10127.85吨标煤。
用复合系统替代传统空调后：
年可节电=1874.7-82.2+2561.2
=4353.7万kWh
折标煤=年节电量×电力折标系数
=4353.7万kWh×3.5tce/万kWh
=15237.95tce
增加燃气耗量=1008.3-293.7
=714.6万m3
折标煤=燃气增加量×天然气折标系数
=714.6万m3×12.143tce/万kWh
=8677.39tce
项目总节能量= 15237.95tce-8677.39tce
=6560.56tce
节能效益=节电量×电价-天然气增加量×天然气价格
=4353.7万kW・h×0.56元/kWh－714.6万m3×1.72元/m3
=1209万元
因此，项目实施后，年可节标煤6560.56吨标煤，实现节能效益1209万元。
6小结
本项目利用重庆市丰富的天然气和长江水资源优势，节约了商品能源的消耗量，结合了对能源的梯级利用，符合节能环保的要求。由此可见，采用天然气为一次能源的冷热电三联供和江水源热泵复合系统必将成为分布式能源主要的选择方式之一。
参考文献
[1]胡小坚，张雪梅，蔡路茵，等冷热电三联供系统（CCHP )的优化研究进 展[J].能源研究与管理,2010,13(2):13-40.
[2]《燃气冷热电三联供工程技术规范》（CJJ145-2010），中国建筑工业出版社，2010
[3]林世平，李先瑞，陈斌，《燃气冷热电分布式能源技术应用手册》,中国电力出版社，2014