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【摘要】本文主要分析了燃气冷热电三联供制冷系统的节能问题，探讨了节能的主要方法和依稀比较重要的环节，以期可以为燃气冷热电三联供制冷系统节能工作提供参考。
【关键词】燃气；冷热电；三联供制冷系统；节能
中图分类号： TE08 文献标识码： A
一、前言
目前，燃气冷热电三联供制冷系统节能效果还不够理想，所以，进一步分析系统的节能问题依然是当前一个比较重要的问题，也是今后必须要探讨的问题，值得深入分析。
二、热、电、冷三联供系统简介
目前，在我国已在北京、上海、杭州建成多个热电冷联供系统。热电冷三联供系统在西方发达国家应用也比较广泛，据统计，热电冷联供系统成为燃气、电力之后的第三大公益事业。
热电冷联产是指采用能量阶梯利用的方式把燃料发电后的低品位热能用于供热，或通过驱动吸收式制冷机为夏季空调供冷，从而形成热电冷三联供系统。
热电冷三联供中的冷热联供系统主要由热源、一级管网、冷暖站、二级管网和用户设备组成。常见的热电冷联产系统有两种，一种是热电厂热电冷联产系统，利用锅炉产生的高压高温蒸汽带动汽轮机发电，同时利用汽轮机的抽汽式或背压式排汽对外供热和驱动吸收式制冷机组制冷；另一种是楼宇热电冷联产，利用燃气轮机发电，其排气余热直接或间接用于供热和带动吸收式制冷机组制冷。
三、不同制冷机配置方式的节能率
对CCHP系统和设备配置的优化至关重要，这是从事CCHP研究和实施者的一致共识，但是冷热电联供系统和设备配置优化的关键是什么？笔者认为，通过供冷期节能率的分析研究表明：CCHP系统和设备优化的关键是合理配置电动压缩制冷机和余热吸收式制冷机的制冷能力。图1是冷热电三联供采用燃气机＋余热吸收制冷机＋电动制冷机＋燃气锅炉的系统，以两种制冷方式不同的供冷能力配置比例在供冷期的节能率（Ｘc）的变化曲线。图中变化曲线是以电厂的发电效率为55％、输配效率为90％，余热吸收式制冷机的COPa＝1.2，电制冷机的COPe＝5进行计算。图1中曲线１是按CCHP采用燃气内燃机时的变化曲线，内燃机总效率ηt＝82％，其中ηe＝40％，ηh＝42％；曲线２是按CCHP采用燃气轮机时的变化曲线，该机组的总效率ηt＝78％，其中ηe＝30％，ηh＝48％。假设供冷期的供冷量为1.0时，按电制冷机／余热吸收式制冷机的不同比例供冷量为1／0,0.7／0.3,0.6／0.4,0.5／0.5,0.4／0.6,0.3／0.7,0.2／0.8,0.1／0.9,0／1这９种典型状况计算得出的节能率（Ｘc）变化曲线。从图1可见，冷热电联供采用燃气内燃机（ηe≥40％）时，供冷期都是节能的，其节能率（Ｘc）为0.01～0.65。而采用燃气轮机时，若余热吸收式制冷机供冷量的比例小于等于90％是节能的，其节能率（Ｘc）为0.004～0.62，余热吸收式制冷机供冷量的比例大于90％是不节能的。电制冷机的供冷量的比例大于50％后，节能率（Ｘc）均在40％以上，即使电制冷量为20％时，节能率也达15%～27％。所以冷热电联供系统和设备优化配置的关键是选择电制冷机／余热吸收式制冷机的合适比例，在具体进行CCHP工程的技术方案时，只要采用了电制冷机，就能实现供冷期节能。如果根据具体工程项目的具体条件，在认真分析研究后，合理配置各种类型的电制冷方式、设备，如采用热泵型制冷机、蓄冷装置等，都将进一步提高供冷期甚至供热期的节能效果，降低一次能源消耗，降低操作运行费用等。
图1不同制冷机配置方式的节能率
四、实例分析
1、现状概述
北方某地热电厂在非采暖期出现热负荷低谷，供热机组在非设计负荷下运行，偏离了最佳经济工况点，运行效率低下，供热系统的大量闲置，造成巨大的资源浪费和经济损失。发电量不稳定，联产系统运行的指标不能在全年内达到最佳。
随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对生活、生产和学习环境的要求越来越高，自90年代起我国南方城市出现了空调热。从目前已普遍采用的空调设备来看，绝大部分都采用电空调，尽管电空调有许多优点，但存在的问题也是不容忽视的，如：耗电量高，大量使用造成电力供应紧张；电空调以CFC为制冷剂，大量使用及排放破坏臭氧层，使地球表面受太阳紫外线的辐射增强；另外电空调在夏季制冷时，向室外排出热浪，其结果是室内凉爽室外更热，给周围环境造成热污染和噪声污染。
综上所述，目前我国热电联产和制冷现状都存在着一定的问题，需进一步改善。而热、电、冷三联供就是在热电联产的基础上发展起来的，有着明显的节能和环保优势。热电冷三联供其核心就是在热电联产的基础上配置吸收式制冷机。由于溴化锂吸收式制冷机是以低位热能为动力，所以可以充分利用热电厂供热机组的抽汽或排汽制冷，这对于背压式机组来说可以增大机组的负荷率，使机组热效率提高。对于抽汽式机组来说，在增加冷负荷以后，无论是维持发电量不变，还是保持进汽量不变，都会减少机组的凝汽量，降低发电煤耗率。近年来地球温度呈上升趋势，在北方地区出现了酷夏年，空调也日益进入北方家庭。同时，在剧场、宾馆、医院等公共场所，一般是装设集中空调设备，这就为热电冷三联供的发展提供了广阔的前景。
2、采取的节能方案
在非采暖期发展制冷热负荷，可填补热电厂热负荷低谷，提高热电联产供热系统的经济效益，扩大热电厂适用范围。采用制冷机实现热电冷三联产，其循环热效率可达65%以上，对于增加供热机组夏季供热量，提高机组热效率和全厂经济效益是显而易见的。
3、效益分析
（一）发展热电冷三联产，提高热电厂经济效益
首先确定几个参数：该地区室内每平方米用冷量按100W计算，假设油田有200万平方米的供冷面积，民用电价按0.49元/度计算，民用空调为1匹（制冷量2324W，制冷功率735.35W），煤价按900元/吨计算，夏季用冷时间按每天8小时总计4个月计算。利用电厂参数为1.27Mpa、300℃的蒸汽配合溴化锂吸收式制冷机为冷用户提供冷量。
（1）通过初步计算得出冷用户用1匹空调制冷所耗的电能折合成人民币为2381.5万元；
（2）用溴化锂吸收式制冷机为用户供冷所消耗的蒸汽量折合成人民币为338万元；
（3）经过对比采用热电冷联供方式在每个夏季可节约2043万元。
（4）我厂#2机组容量为25MW抽背式汽轮机，如果夏季能够满负荷发电，售出电价为0.3元/度计算，则夏季可带来的经济效益为2160万元。
（5）初期投入溴化锂吸收式制冷设备价格为1200元/kW，则200万平方米的供冷面积初投资约2.4亿元。
经过计算应用热电冷联供技术需要6年即可收回成本。
（二）发展热电冷三联产，可保护环境
以氟利昂（CFC）作为制冷剂的空调机组，会引起臭氧层破坏而导致温室效应，而现在采用的氢氧氟氫（HCFC）虽然对环境影响小些，仍对臭氧层有破坏。热电冷三联产（CCHP）在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力。因为采用溴化锂吸收式机组，溴化锂作为吸收剂无毒无害，对环境保护很有利。据有关专家估算，如果从2005年起，每年25%的新建筑及从2010年起50%的新建筑均采用CCHP的话，到2020年的CO2的排放量将减少19%。如果将现有建筑实施热电冷联产的比例从4%提高到8%，到2020年的CO2的排放量将减少30%。
（三）节电分析
采用溴化锂吸收式制冷机的突出优点就是节电。溴化锂吸收式制冷机以高沸点物质（溴化锂）为吸收剂，低沸点物质（水）为制冷剂，组成二元溶液，取代压缩式制冷，其制冷系统的能耗主要是热能，电耗量仅为压缩式制冷的25%~30%，与压缩式相比，每制1163kw冷量，吸收式制冷机可节电250kw左右，节电是很明显的。另吸收式制冷机也可以直接利用工业生产的废热和余热，也有很好的效益。
五、研究结果
1、冷热电联供的节能率、总热效率（一次能源利用率）是评价／界定CCHP技术方案优劣的关键指标。
2、从分析研究和测算冷热电联供的节能率、总热效率的变化／变化曲线表明：采用CCHP在供热期是节能的。在供冷期，若供冷采用燃机余热制冷＋电制冷的系统和设备配置，节能效果显著；若供冷全部采用燃机余热制冷是不节能的。因此冷热电联供的制冷方式应积极推行燃机余热制冷＋电制冷的方式。
3、建议在我国具有天然气（包括LNG）供应的地区、城市应组织专业技术人员认真地、实事求是地结合当地情况进行燃气冷热电三联供的节能分析研究，科学地制定CCHP的规则、设计要点或规划、设计指导意见，以确保积极推行冷热电三联供的工作健康、顺利发展，为我国宝贵的天然气资源合理梯级利用、环境友好、减少投资、降低运行费用作贡献。
4、对于由小型燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机等设备组成的联供系统，燃气轮机的类型和电网发电效率都对其节能性有较大影响，而且它们之间是相互影响的。当采用双效吸收式制冷机组，以性能比较好的燃气轮机作为动力装置，并且平均发电效率较低时，吸收式制冷系统的节能效果明显。研究结果表明:当全国平均发电效率提高到40%时，多数机组还能体现出节能优势，但最小时已达0．6%;当发电效率取55%时，多数机组已不能满足节能性要求。在进行冷热电三联供系统设计时，要充分考虑当地的发电效率，选择合适的燃气轮机和制冷机机组配置。在一定程度上减少空调设备的使用和能源消耗，为建筑节能做出贡献。
六、结束语
综上所述，为了提高燃气冷热电三联供制冷系统节能效果，必须要进一步深入的分析系统节能的必要性，同时，提出一些有效的节能措施，这样才能够真正的提高节能的效果。
【参考文献】
[1]初卫东，邓沪秋.西安高新中央商务区热电冷联产项目简介[J].西部制冷暖通空调，2010，（3）.16
[2]赖艳华，刘振乾.热电冷三联供的经济分析[J].制冷学报，2009，（1）.12
[3]王如竹，丁国良.最新制冷空调技术[M].科学技术出版社，2012.9.
[4]崔锦丹.荆玲.韦新东长春市住宅中分散型能源系统导入效果的评价[J].吉林建筑工程学院学报2009(1).23
[5]任华华.王森森燃气内燃发电机在"三联供"系统中的應用和分析[J].洁净与空调技术2009(1).25
[6]王敏.房华荣.邓沪秋基于热电冷三联供节能条件的应用分析[J].山西能源与节能2013(3).56
【关键词】燃气；冷热电；三联供制冷系统；节能
中图分类号： TE08 文献标识码： A
一、前言
目前，燃气冷热电三联供制冷系统节能效果还不够理想，所以，进一步分析系统的节能问题依然是当前一个比较重要的问题，也是今后必须要探讨的问题，值得深入分析。
二、热、电、冷三联供系统简介
目前，在我国已在北京、上海、杭州建成多个热电冷联供系统。热电冷三联供系统在西方发达国家应用也比较广泛，据统计，热电冷联供系统成为燃气、电力之后的第三大公益事业。
热电冷联产是指采用能量阶梯利用的方式把燃料发电后的低品位热能用于供热，或通过驱动吸收式制冷机为夏季空调供冷，从而形成热电冷三联供系统。
热电冷三联供中的冷热联供系统主要由热源、一级管网、冷暖站、二级管网和用户设备组成。常见的热电冷联产系统有两种，一种是热电厂热电冷联产系统，利用锅炉产生的高压高温蒸汽带动汽轮机发电，同时利用汽轮机的抽汽式或背压式排汽对外供热和驱动吸收式制冷机组制冷；另一种是楼宇热电冷联产，利用燃气轮机发电，其排气余热直接或间接用于供热和带动吸收式制冷机组制冷。
三、不同制冷机配置方式的节能率
对CCHP系统和设备配置的优化至关重要，这是从事CCHP研究和实施者的一致共识，但是冷热电联供系统和设备配置优化的关键是什么？笔者认为，通过供冷期节能率的分析研究表明：CCHP系统和设备优化的关键是合理配置电动压缩制冷机和余热吸收式制冷机的制冷能力。图1是冷热电三联供采用燃气机＋余热吸收制冷机＋电动制冷机＋燃气锅炉的系统，以两种制冷方式不同的供冷能力配置比例在供冷期的节能率（Ｘc）的变化曲线。图中变化曲线是以电厂的发电效率为55％、输配效率为90％，余热吸收式制冷机的COPa＝1.2，电制冷机的COPe＝5进行计算。图1中曲线１是按CCHP采用燃气内燃机时的变化曲线，内燃机总效率ηt＝82％，其中ηe＝40％，ηh＝42％；曲线２是按CCHP采用燃气轮机时的变化曲线，该机组的总效率ηt＝78％，其中ηe＝30％，ηh＝48％。假设供冷期的供冷量为1.0时，按电制冷机／余热吸收式制冷机的不同比例供冷量为1／0,0.7／0.3,0.6／0.4,0.5／0.5,0.4／0.6,0.3／0.7,0.2／0.8,0.1／0.9,0／1这９种典型状况计算得出的节能率（Ｘc）变化曲线。从图1可见，冷热电联供采用燃气内燃机（ηe≥40％）时，供冷期都是节能的，其节能率（Ｘc）为0.01～0.65。而采用燃气轮机时，若余热吸收式制冷机供冷量的比例小于等于90％是节能的，其节能率（Ｘc）为0.004～0.62，余热吸收式制冷机供冷量的比例大于90％是不节能的。电制冷机的供冷量的比例大于50％后，节能率（Ｘc）均在40％以上，即使电制冷量为20％时，节能率也达15%～27％。所以冷热电联供系统和设备优化配置的关键是选择电制冷机／余热吸收式制冷机的合适比例，在具体进行CCHP工程的技术方案时，只要采用了电制冷机，就能实现供冷期节能。如果根据具体工程项目的具体条件，在认真分析研究后，合理配置各种类型的电制冷方式、设备，如采用热泵型制冷机、蓄冷装置等，都将进一步提高供冷期甚至供热期的节能效果，降低一次能源消耗，降低操作运行费用等。
图1不同制冷机配置方式的节能率
四、实例分析
1、现状概述
北方某地热电厂在非采暖期出现热负荷低谷，供热机组在非设计负荷下运行，偏离了最佳经济工况点，运行效率低下，供热系统的大量闲置，造成巨大的资源浪费和经济损失。发电量不稳定，联产系统运行的指标不能在全年内达到最佳。
随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对生活、生产和学习环境的要求越来越高，自90年代起我国南方城市出现了空调热。从目前已普遍采用的空调设备来看，绝大部分都采用电空调，尽管电空调有许多优点，但存在的问题也是不容忽视的，如：耗电量高，大量使用造成电力供应紧张；电空调以CFC为制冷剂，大量使用及排放破坏臭氧层，使地球表面受太阳紫外线的辐射增强；另外电空调在夏季制冷时，向室外排出热浪，其结果是室内凉爽室外更热，给周围环境造成热污染和噪声污染。
综上所述，目前我国热电联产和制冷现状都存在着一定的问题，需进一步改善。而热、电、冷三联供就是在热电联产的基础上发展起来的，有着明显的节能和环保优势。热电冷三联供其核心就是在热电联产的基础上配置吸收式制冷机。由于溴化锂吸收式制冷机是以低位热能为动力，所以可以充分利用热电厂供热机组的抽汽或排汽制冷，这对于背压式机组来说可以增大机组的负荷率，使机组热效率提高。对于抽汽式机组来说，在增加冷负荷以后，无论是维持发电量不变，还是保持进汽量不变，都会减少机组的凝汽量，降低发电煤耗率。近年来地球温度呈上升趋势，在北方地区出现了酷夏年，空调也日益进入北方家庭。同时，在剧场、宾馆、医院等公共场所，一般是装设集中空调设备，这就为热电冷三联供的发展提供了广阔的前景。
2、采取的节能方案
在非采暖期发展制冷热负荷，可填补热电厂热负荷低谷，提高热电联产供热系统的经济效益，扩大热电厂适用范围。采用制冷机实现热电冷三联产，其循环热效率可达65%以上，对于增加供热机组夏季供热量，提高机组热效率和全厂经济效益是显而易见的。
3、效益分析
（一）发展热电冷三联产，提高热电厂经济效益
首先确定几个参数：该地区室内每平方米用冷量按100W计算，假设油田有200万平方米的供冷面积，民用电价按0.49元/度计算，民用空调为1匹（制冷量2324W，制冷功率735.35W），煤价按900元/吨计算，夏季用冷时间按每天8小时总计4个月计算。利用电厂参数为1.27Mpa、300℃的蒸汽配合溴化锂吸收式制冷机为冷用户提供冷量。
（1）通过初步计算得出冷用户用1匹空调制冷所耗的电能折合成人民币为2381.5万元；
（2）用溴化锂吸收式制冷机为用户供冷所消耗的蒸汽量折合成人民币为338万元；
（3）经过对比采用热电冷联供方式在每个夏季可节约2043万元。
（4）我厂#2机组容量为25MW抽背式汽轮机，如果夏季能够满负荷发电，售出电价为0.3元/度计算，则夏季可带来的经济效益为2160万元。
（5）初期投入溴化锂吸收式制冷设备价格为1200元/kW，则200万平方米的供冷面积初投资约2.4亿元。
经过计算应用热电冷联供技术需要6年即可收回成本。
（二）发展热电冷三联产，可保护环境
以氟利昂（CFC）作为制冷剂的空调机组，会引起臭氧层破坏而导致温室效应，而现在采用的氢氧氟氫（HCFC）虽然对环境影响小些，仍对臭氧层有破坏。热电冷三联产（CCHP）在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力。因为采用溴化锂吸收式机组，溴化锂作为吸收剂无毒无害，对环境保护很有利。据有关专家估算，如果从2005年起，每年25%的新建筑及从2010年起50%的新建筑均采用CCHP的话，到2020年的CO2的排放量将减少19%。如果将现有建筑实施热电冷联产的比例从4%提高到8%，到2020年的CO2的排放量将减少30%。
（三）节电分析
采用溴化锂吸收式制冷机的突出优点就是节电。溴化锂吸收式制冷机以高沸点物质（溴化锂）为吸收剂，低沸点物质（水）为制冷剂，组成二元溶液，取代压缩式制冷，其制冷系统的能耗主要是热能，电耗量仅为压缩式制冷的25%~30%，与压缩式相比，每制1163kw冷量，吸收式制冷机可节电250kw左右，节电是很明显的。另吸收式制冷机也可以直接利用工业生产的废热和余热，也有很好的效益。
五、研究结果
1、冷热电联供的节能率、总热效率（一次能源利用率）是评价／界定CCHP技术方案优劣的关键指标。
2、从分析研究和测算冷热电联供的节能率、总热效率的变化／变化曲线表明：采用CCHP在供热期是节能的。在供冷期，若供冷采用燃机余热制冷＋电制冷的系统和设备配置，节能效果显著；若供冷全部采用燃机余热制冷是不节能的。因此冷热电联供的制冷方式应积极推行燃机余热制冷＋电制冷的方式。
3、建议在我国具有天然气（包括LNG）供应的地区、城市应组织专业技术人员认真地、实事求是地结合当地情况进行燃气冷热电三联供的节能分析研究，科学地制定CCHP的规则、设计要点或规划、设计指导意见，以确保积极推行冷热电三联供的工作健康、顺利发展，为我国宝贵的天然气资源合理梯级利用、环境友好、减少投资、降低运行费用作贡献。
4、对于由小型燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机等设备组成的联供系统，燃气轮机的类型和电网发电效率都对其节能性有较大影响，而且它们之间是相互影响的。当采用双效吸收式制冷机组，以性能比较好的燃气轮机作为动力装置，并且平均发电效率较低时，吸收式制冷系统的节能效果明显。研究结果表明:当全国平均发电效率提高到40%时，多数机组还能体现出节能优势，但最小时已达0．6%;当发电效率取55%时，多数机组已不能满足节能性要求。在进行冷热电三联供系统设计时，要充分考虑当地的发电效率，选择合适的燃气轮机和制冷机机组配置。在一定程度上减少空调设备的使用和能源消耗，为建筑节能做出贡献。
六、结束语
综上所述，为了提高燃气冷热电三联供制冷系统节能效果，必须要进一步深入的分析系统节能的必要性，同时，提出一些有效的节能措施，这样才能够真正的提高节能的效果。
【参考文献】
[1]初卫东，邓沪秋.西安高新中央商务区热电冷联产项目简介[J].西部制冷暖通空调，2010，（3）.16
[2]赖艳华，刘振乾.热电冷三联供的经济分析[J].制冷学报，2009，（1）.12
[3]王如竹，丁国良.最新制冷空调技术[M].科学技术出版社，2012.9.
[4]崔锦丹.荆玲.韦新东长春市住宅中分散型能源系统导入效果的评价[J].吉林建筑工程学院学报2009(1).23
[5]任华华.王森森燃气内燃发电机在"三联供"系统中的應用和分析[J].洁净与空调技术2009(1).25
[6]王敏.房华荣.邓沪秋基于热电冷三联供节能条件的应用分析[J].山西能源与节能2013(3).56