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[摘 要]随着我过经济额不断发展，社会的不断进步，本文详细介绍了天然气冷热电三联供能量梯级利用的形式，并从当下的环境情况和能源消费情况分析了发展天然气冷热电三联供系统的必要性。根据热力学第二定律对天然气冷热电三联供系统进行经济性分析，得出天然气气价对三联供系统的影响。
[关键词]天然气；冷热电三联供；节能分析
中图分类号：TP623 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0097-01
引言
在构筑低碳生态城市的大背景下，世界的能源供给方式在悄然改变，作为分布式能源系统的核心技术及最主要的组成部分，天然气冷热电三联供在能源供给中的比例不断加大。天然气冷热电三联供系统是一种节能高效的分布式能源系统，利用对环境负荷较小的天然气作为燃料，产生的高品位热能用于供电，低品位热能用于供热或者被吸收式热源设备利用来供冷，从而实现一能多用以及能源的梯级利用。相比传统的集中式供能，天然气冷热电三联供系统是建立在用户侧的小型的、模块化的能源供给系统，避免了长距离能源输送的损失，为能源供应增加了安全性、可靠性和灵活性。
1我国当下环境情况及能源消费情况
国民经济的发展必然是以能源消耗为基础，而传统的化石能源的消耗又会对环境造成极大的影响。目前支撑我国经济发展的能源是化石能源，化石能源的使用使大气中的温室气体浓度在急剧增加。2009年的哥本哈根气候变化大会上，温家宝总理提出中国在2005年碳排放量基础上，2020年单位GDP碳排放要比2005年下降40%至45%。2010年10月，第四次联合国气候谈判会议上，科技部公布的《中国2010发展中的清洁能源科技》报告也系统介绍了我国近年来清洁技术发展状况，并对未来低碳经济发展前景进行了展望。要改善温室气体逐年增长的现状，科学地利用与发展天然气势在必行。天然气是一种清洁环保的优质能源，相比于其他化石燃料，天然气在燃烧时产生较少的温室气体，从根本上对全球变暖具有缓解作用，同时其几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，在一定程度上减少了酸雨的生成。近年来随着勘探技术、开采装备的不断进步，我国的天然气产量逐年升高。2007年已达到639.1亿m3，预计2020年可达到1500亿m3到2100亿m3。
2天然气冷热电联供系统
天然气冷热电三联供又叫CCHP（Combined Cooling，Heatingand Power），是以天然气作为燃料带动燃气轮机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，设备所发的电力用来满足用户的需求，对做功后的余热进一步回收，用来制冷、供热，为用户提供冷量或热量，从而实现能量的梯级利用。根据已有的天然气冷热电三联供项目分析，该系统的能源利用率可高达80%，大量节约了一次能源。天然气冷热电联供系统的温度大致分为4个梯度，高温段、中温段、低温段和环境温度。（1）高温段热能的利用形式是：燃气和空气按照一定比例混合进入燃烧室进行燃烧，通过燃气机轮机透平把高温高压的能量转化为机械能进而驱动发电机进行发电。（2）中温段热能利用形式是：燃气机轮机透平中的高温烟气通入余热锅炉中，余热锅炉产生高温蒸汽驱动蒸汽轮机透平进而使发电机进行发电。（3）低温段热能的利用形式是：余热锅炉中的中温蒸汽通入中央空调中的吸收式制冷机组，吸收式制冷机组根据用户需求来向用户提供冷负荷或热负荷。进入吸收式制冷机组中的中温蒸汽经过相态变化成为中温热水，中温热水经过余热回收换热器同生活用水换热，换热之后的生活用水被用于生活。
3评价指标
3.1节能性
节能率是反映三联供系统先进性的一个重要指标，三联供系统的节能主要体现在天然气就近梯级利用的高效与传统大电网供电方式到用户端较低的供电效率相比较的优势。具体指的是在满足对象区域冷热电负荷的情况下，采用天然气冷热电三联供之后，和传统供能系统相比，一整年节约的一次能源消费量。
3.2经济性
虽然高效节能的系统，其使用燃料的经济性非常高，但是这些系统的投资成本也很大，所以三联供能系统设计时，在保证预期的节能环保效益的前提下，选择经济效益较好的系统是至关重要的。对三联供系统的经济性评价，这里介绍两种评价指标，单纯回收年数和年等效运行费用。
3.3综合效率
综合效率指的是三联供系统的一次能源利用率，是发电量、余热回收量的能量輸出总和与燃料消耗量的比例。对于天然气冷热电三联供系统具有较高的综合效率，对于普通的火力发电系统，一次能源利用率约为40%，而采用天然气冷热电三联供系统，一次能源利用率一般可达到70%以上。这个指标由系统的发电效率和余热利用率决定。其中余热利用率由余热利用设备的效率决定，而余热利用设备的效率，受三联供系统回收的热能的品位制约（从系统回收的热能包括温水、蒸汽，蒸汽的压力、水的温度决定着能量的品位）。特别是制冷的时候，热能的品位对余热回收设备的COP有很大的影响。
3.4满负荷运转时间
满负荷运转时间指的是一年中发电机满负荷运转的小时数，这是综合考虑三联供系统的负荷率和年运行时间的指标，与系统的节能性和经济性密切相关。系统一年的满负荷运转时间最高是8760h，一些设置在民用建筑物里三联供系统夜晚、周末停止运行的情况比较多，一年满负荷运转时间大约为3000～5000h，和长时间运转的工业、商业中的三联供系统相比，初期投资的回收期会较长。
4天然气冷热电三联供的优点
（1）节能和能源综合利用效率天然气冷热电三联供能通过梯级利用大幅度提高能源的利用率，相比于燃煤发电冷热电三联供系统的效率更高，能源综合利用率高达80%。（2）安全性天然气冷热电三联供系统自成一体，只要提供天然气就能源源不断地产生冷、热、电，来使建筑中的各项功能运转，这就使采用此系统的建筑对外界的依赖性大大减少。城市大电网、热力管网故障将不再是威胁。（3）天然气调峰因用户之间的差异导致了天然气需求在时间上和用量上的差异，天然气在使用过程中出现用气高峰和用气低谷也就成了无法避免的现象。一般冬季比夏季用气量要高，一天中随着居民的作息规律天然气的用量也有相应的变化。在北方的一些地区，冬季因用气量较大曾经出现过“气荒”的现象，因此天然气调峰成为城镇燃气发展的重点。天然气冷热电三联供系统具有极强的调峰性能，系统较为灵活，可以调节和中断发电系统，具有双重削峰填谷的作用。（4）电力调峰由于夏季和冬季空调用户激增，电力的需求量也大幅度提高。天然气冷热电三联供系统能有效地缓解电力短缺、平衡电力峰谷差。每增加1kW三联供系统相当于为电网减少1.78kW的夏季电负荷，可为电网减少数百亿投资。（5）环保效益天然气因不产生粉尘和灰渣，温室气体产生较少，燃烧产物中SO2、SO含量极少，因此被认为是高效清洁能源。相比于燃煤发电和供暖对环境的危害，冷热电三联供的环保性能就显得格外突出。
结语
经济水平的提高必将以能源为依托，无论从能源利用率、能源的安全使用，还是从环保角度来看，发展天然气冷热电三联供系统对转变经济发展方式，实现可持续发展起到了推进作用。
参考文献
[1]王树尧，施行之，周宇昊，丁小川.浅谈天然气冷热电三联供[J].发电与空调，2014（5）1-3+35.
[2]罗健.燃气分布式能源发展前景及经济性分析[J].燃气轮机技术，2012（01）：17-19.
作者简介
李磊：身份证号430019420107198508071059。
[关键词]天然气；冷热电三联供；节能分析
中图分类号：TP623 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0097-01
引言
在构筑低碳生态城市的大背景下，世界的能源供给方式在悄然改变，作为分布式能源系统的核心技术及最主要的组成部分，天然气冷热电三联供在能源供给中的比例不断加大。天然气冷热电三联供系统是一种节能高效的分布式能源系统，利用对环境负荷较小的天然气作为燃料，产生的高品位热能用于供电，低品位热能用于供热或者被吸收式热源设备利用来供冷，从而实现一能多用以及能源的梯级利用。相比传统的集中式供能，天然气冷热电三联供系统是建立在用户侧的小型的、模块化的能源供给系统，避免了长距离能源输送的损失，为能源供应增加了安全性、可靠性和灵活性。
1我国当下环境情况及能源消费情况
国民经济的发展必然是以能源消耗为基础，而传统的化石能源的消耗又会对环境造成极大的影响。目前支撑我国经济发展的能源是化石能源，化石能源的使用使大气中的温室气体浓度在急剧增加。2009年的哥本哈根气候变化大会上，温家宝总理提出中国在2005年碳排放量基础上，2020年单位GDP碳排放要比2005年下降40%至45%。2010年10月，第四次联合国气候谈判会议上，科技部公布的《中国2010发展中的清洁能源科技》报告也系统介绍了我国近年来清洁技术发展状况，并对未来低碳经济发展前景进行了展望。要改善温室气体逐年增长的现状，科学地利用与发展天然气势在必行。天然气是一种清洁环保的优质能源，相比于其他化石燃料，天然气在燃烧时产生较少的温室气体，从根本上对全球变暖具有缓解作用，同时其几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，在一定程度上减少了酸雨的生成。近年来随着勘探技术、开采装备的不断进步，我国的天然气产量逐年升高。2007年已达到639.1亿m3，预计2020年可达到1500亿m3到2100亿m3。
2天然气冷热电联供系统
天然气冷热电三联供又叫CCHP（Combined Cooling，Heatingand Power），是以天然气作为燃料带动燃气轮机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，设备所发的电力用来满足用户的需求，对做功后的余热进一步回收，用来制冷、供热，为用户提供冷量或热量，从而实现能量的梯级利用。根据已有的天然气冷热电三联供项目分析，该系统的能源利用率可高达80%，大量节约了一次能源。天然气冷热电联供系统的温度大致分为4个梯度，高温段、中温段、低温段和环境温度。（1）高温段热能的利用形式是：燃气和空气按照一定比例混合进入燃烧室进行燃烧，通过燃气机轮机透平把高温高压的能量转化为机械能进而驱动发电机进行发电。（2）中温段热能利用形式是：燃气机轮机透平中的高温烟气通入余热锅炉中，余热锅炉产生高温蒸汽驱动蒸汽轮机透平进而使发电机进行发电。（3）低温段热能的利用形式是：余热锅炉中的中温蒸汽通入中央空调中的吸收式制冷机组，吸收式制冷机组根据用户需求来向用户提供冷负荷或热负荷。进入吸收式制冷机组中的中温蒸汽经过相态变化成为中温热水，中温热水经过余热回收换热器同生活用水换热，换热之后的生活用水被用于生活。
3评价指标
3.1节能性
节能率是反映三联供系统先进性的一个重要指标，三联供系统的节能主要体现在天然气就近梯级利用的高效与传统大电网供电方式到用户端较低的供电效率相比较的优势。具体指的是在满足对象区域冷热电负荷的情况下，采用天然气冷热电三联供之后，和传统供能系统相比，一整年节约的一次能源消费量。
3.2经济性
虽然高效节能的系统，其使用燃料的经济性非常高，但是这些系统的投资成本也很大，所以三联供能系统设计时，在保证预期的节能环保效益的前提下，选择经济效益较好的系统是至关重要的。对三联供系统的经济性评价，这里介绍两种评价指标，单纯回收年数和年等效运行费用。
3.3综合效率
综合效率指的是三联供系统的一次能源利用率，是发电量、余热回收量的能量輸出总和与燃料消耗量的比例。对于天然气冷热电三联供系统具有较高的综合效率，对于普通的火力发电系统，一次能源利用率约为40%，而采用天然气冷热电三联供系统，一次能源利用率一般可达到70%以上。这个指标由系统的发电效率和余热利用率决定。其中余热利用率由余热利用设备的效率决定，而余热利用设备的效率，受三联供系统回收的热能的品位制约（从系统回收的热能包括温水、蒸汽，蒸汽的压力、水的温度决定着能量的品位）。特别是制冷的时候，热能的品位对余热回收设备的COP有很大的影响。
3.4满负荷运转时间
满负荷运转时间指的是一年中发电机满负荷运转的小时数，这是综合考虑三联供系统的负荷率和年运行时间的指标，与系统的节能性和经济性密切相关。系统一年的满负荷运转时间最高是8760h，一些设置在民用建筑物里三联供系统夜晚、周末停止运行的情况比较多，一年满负荷运转时间大约为3000～5000h，和长时间运转的工业、商业中的三联供系统相比，初期投资的回收期会较长。
4天然气冷热电三联供的优点
（1）节能和能源综合利用效率天然气冷热电三联供能通过梯级利用大幅度提高能源的利用率，相比于燃煤发电冷热电三联供系统的效率更高，能源综合利用率高达80%。（2）安全性天然气冷热电三联供系统自成一体，只要提供天然气就能源源不断地产生冷、热、电，来使建筑中的各项功能运转，这就使采用此系统的建筑对外界的依赖性大大减少。城市大电网、热力管网故障将不再是威胁。（3）天然气调峰因用户之间的差异导致了天然气需求在时间上和用量上的差异，天然气在使用过程中出现用气高峰和用气低谷也就成了无法避免的现象。一般冬季比夏季用气量要高，一天中随着居民的作息规律天然气的用量也有相应的变化。在北方的一些地区，冬季因用气量较大曾经出现过“气荒”的现象，因此天然气调峰成为城镇燃气发展的重点。天然气冷热电三联供系统具有极强的调峰性能，系统较为灵活，可以调节和中断发电系统，具有双重削峰填谷的作用。（4）电力调峰由于夏季和冬季空调用户激增，电力的需求量也大幅度提高。天然气冷热电三联供系统能有效地缓解电力短缺、平衡电力峰谷差。每增加1kW三联供系统相当于为电网减少1.78kW的夏季电负荷，可为电网减少数百亿投资。（5）环保效益天然气因不产生粉尘和灰渣，温室气体产生较少，燃烧产物中SO2、SO含量极少，因此被认为是高效清洁能源。相比于燃煤发电和供暖对环境的危害，冷热电三联供的环保性能就显得格外突出。
结语
经济水平的提高必将以能源为依托，无论从能源利用率、能源的安全使用，还是从环保角度来看，发展天然气冷热电三联供系统对转变经济发展方式，实现可持续发展起到了推进作用。
参考文献
[1]王树尧，施行之，周宇昊，丁小川.浅谈天然气冷热电三联供[J].发电与空调，2014（5）1-3+35.
[2]罗健.燃气分布式能源发展前景及经济性分析[J].燃气轮机技术，2012（01）：17-19.
作者简介
李磊：身份证号430019420107198508071059。