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摘要：燃气内燃机三联供在世界范围内广泛使用，本文对燃气内燃机三联供系统进行阐述并详细分析燃气内燃机三联供机组运行经济性，为燃气内燃机三联供的工程场景应用提供参考。
关键词：燃气内燃机，经济性
0引言
燃气冷热电三联供（CCHP）是一种基于能量梯级利用思想，以燃气为一次能源用于发电，并利用余热进行制冷、供热，能实現同时向用户输出电、热、冷的能源供应系统。因其在节能、经济、环保、安全可靠、平衡能源供应等方面的诸多优势，已在世界范围内被广泛推广使用[1-2]。
CCHP系统核心设备为发电机组及余热回收装置。根据能量梯级利用原则以及余热回收装置对热源的要求，通常烟气及缸套水余热用于驱动双效吸收式溴化锂机组进行制冷、制热。
1系统概况简介
CCHP系统因其能够实现能量的梯级利用，综合用能效率可达80%以上[3]。相对于传统能源利用方式具有能源利用效率高的特点。为了评价燃气内燃机三联供系统运行经济性，选取一个常规供能系统作为比较基准。电能按照外购市电考虑、制冷按照水冷冷水机组考虑、供热按照燃气热水锅炉考虑。
本文以济南市某燃气内燃机三联供项目为例分析其运行经济性。本项目配置为2×995kW燃气内燃机组配备同等容量的烟气热水型溴化锂机组。经济性对比边界条件如下：
燃气费用：夏季2.4元/Nm3、冬季2.8元/Nm3;
电价：
尖峰（6-8月10：00-11：00，19：00-21：00）0.9507元/kWh;
高峰（8：30-11：00，14：30-21：00）0.8423元/kWh;
低谷（12：00-13：00，23：00-7：00）0.3002元/kWh;
平段（其他时段）0.5712元/kWh。
CCHP系统相较传统供能方案投资增加约1500万元。
3运行经济性分析
根据内燃机的发电效率40.0%可知，2×995kW内燃机每小时发电量为1990kWh，燃气耗519.13Nm3。缸套水余热约2×509kW，烟气余热约2×598kW，总余热量2214kW可用于烟气热水型溴化锂机组深度利用。
3.1 过渡季系统运行
过渡季内无冷、热负荷需求，燃气三联供仅向外输出电力，综合能效低，无法运行。
3.2 供冷季系统运行
过渡季高温中冷水、润滑油及缸套水等冷却量为2×80kW，耗水量约为0.36t。辅助设备运行能耗约为25kWh。总余热量2214kW，若溴化锂COPa1=1，则制冷量为2214kW。
综上，核减系统运行电耗，则内燃机系统实际输出电量为1965kWh。同时，可以获取2214kWh冷量。以上共耗燃气519.13Nm3合1245.91元，另需耗冷却水1.81元，运维费用199元，合计1446.72元。
传统供能方案若要获得等量电量、冷量。则需要向市电购买2518.5kWh（供冷系统COPb1=4.0）。根据山东省电网销售电价销售价格可知，各时段费用如下：尖峰电段2438.62元，高峰电段2166.61元，平电段1482.85元，低谷电段800.33元。因而，在供冷季尖峰电、高峰电和平电时段，运行CCHP系统的成本要低于常规供能方案。
3.3 供暖季系统运行
供暖季辅助设备消耗与供冷季相似。总余热量为2214kWh，溴化锂COPa2=0.85，则制热量为1881.9kWh。
综上，核减系统运行电耗，则内燃机系统实际输入电量为1965kWh。同时，可以获取1881.9kWh热量。以上共耗燃气519.13Nm3合1453.57元，另需耗冷却水1.81元，运维费用199元，合计1654.38元。
对比方案若要获得等量电量、热量。则需要向市电购买1965kWh的电及206.7Nm3天然气（燃气锅炉热效率按95%考虑）。根据山东省电网销售电价销售价格及燃气价格可知，各时段费用如下：高峰电段2271.5元，平电段1738.79元，低谷电段1206.27元。因而，在供暖季高峰电和平电时段，运行CCHP系统的成本要低于常规供能方案。
3.4 全年运行经济性分析
根据济南市的空调供冷季及供暖季划，供冷季为6月1日～9月30日122天，供暖季11月15日～次年3月15日121天。
内燃机在按上文分析的经济性时段满负荷运行，全年各时段累计节约费用1624467元，年满负荷运行小时数为3645h。考虑到融合了CCHP系统的能源站复杂度提高，至少需增加运维人员1人，增加人员成本约16万元/年。如进一步考虑运行实际情况，山东省每天中午12：00-1：00为谷电时段，该时段前后为平电时段，按上文分析，供冷供热季内该谷电时段需停机。如每日该1小时谷电时段内停启一次，将大大增加运维操作难度，降低燃气内燃机使用寿命。综合考虑，该1小时谷电时段内，燃气内燃机以50%负荷运行。则：
供冷季收益减少122×50%×（1446.7-800.3）=3.94万元;
供暖季收益减少121×50%×（1654.4-1206.3）=2.71万元。
综上，则CCHP系统较常规供能系统年运行费用可节约139.8万元
4结束语
1）以某2×995kW燃气内燃机三联供机组为模型进行分析，CCHP系统较常规供能系统年运行费用可节约139.8万元，运行收益较好。
2）考虑到CCHP系统较常规供能系统初投资需增加1500万元，则CCHP系统总体经济性偏差，如能争取到较合理的燃气价格可提高项目整体经济性。
参考文献
[1]俞春尧.区域能源系统一次能源梯级利用优化设计方法[J]暖通空调2018.
[2]卢地，魏庆芃.从公共建筑实际能源需求分析冷热电三联供技术的可应用性[J]暖通空调，2018.
[3]付林，等.楼宇式燃气热电冷联产系统评价方法的研究[C]第五届国际热电联产分布式能源联盟年后，2018：378-396.
关键词：燃气内燃机，经济性
0引言
燃气冷热电三联供（CCHP）是一种基于能量梯级利用思想，以燃气为一次能源用于发电，并利用余热进行制冷、供热，能实現同时向用户输出电、热、冷的能源供应系统。因其在节能、经济、环保、安全可靠、平衡能源供应等方面的诸多优势，已在世界范围内被广泛推广使用[1-2]。
CCHP系统核心设备为发电机组及余热回收装置。根据能量梯级利用原则以及余热回收装置对热源的要求，通常烟气及缸套水余热用于驱动双效吸收式溴化锂机组进行制冷、制热。
1系统概况简介
CCHP系统因其能够实现能量的梯级利用，综合用能效率可达80%以上[3]。相对于传统能源利用方式具有能源利用效率高的特点。为了评价燃气内燃机三联供系统运行经济性，选取一个常规供能系统作为比较基准。电能按照外购市电考虑、制冷按照水冷冷水机组考虑、供热按照燃气热水锅炉考虑。
本文以济南市某燃气内燃机三联供项目为例分析其运行经济性。本项目配置为2×995kW燃气内燃机组配备同等容量的烟气热水型溴化锂机组。经济性对比边界条件如下：
燃气费用：夏季2.4元/Nm3、冬季2.8元/Nm3;
电价：
尖峰（6-8月10：00-11：00，19：00-21：00）0.9507元/kWh;
高峰（8：30-11：00，14：30-21：00）0.8423元/kWh;
低谷（12：00-13：00，23：00-7：00）0.3002元/kWh;
平段（其他时段）0.5712元/kWh。
CCHP系统相较传统供能方案投资增加约1500万元。
3运行经济性分析
根据内燃机的发电效率40.0%可知，2×995kW内燃机每小时发电量为1990kWh，燃气耗519.13Nm3。缸套水余热约2×509kW，烟气余热约2×598kW，总余热量2214kW可用于烟气热水型溴化锂机组深度利用。
3.1 过渡季系统运行
过渡季内无冷、热负荷需求，燃气三联供仅向外输出电力，综合能效低，无法运行。
3.2 供冷季系统运行
过渡季高温中冷水、润滑油及缸套水等冷却量为2×80kW，耗水量约为0.36t。辅助设备运行能耗约为25kWh。总余热量2214kW，若溴化锂COPa1=1，则制冷量为2214kW。
综上，核减系统运行电耗，则内燃机系统实际输出电量为1965kWh。同时，可以获取2214kWh冷量。以上共耗燃气519.13Nm3合1245.91元，另需耗冷却水1.81元，运维费用199元，合计1446.72元。
传统供能方案若要获得等量电量、冷量。则需要向市电购买2518.5kWh（供冷系统COPb1=4.0）。根据山东省电网销售电价销售价格可知，各时段费用如下：尖峰电段2438.62元，高峰电段2166.61元，平电段1482.85元，低谷电段800.33元。因而，在供冷季尖峰电、高峰电和平电时段，运行CCHP系统的成本要低于常规供能方案。
3.3 供暖季系统运行
供暖季辅助设备消耗与供冷季相似。总余热量为2214kWh，溴化锂COPa2=0.85，则制热量为1881.9kWh。
综上，核减系统运行电耗，则内燃机系统实际输入电量为1965kWh。同时，可以获取1881.9kWh热量。以上共耗燃气519.13Nm3合1453.57元，另需耗冷却水1.81元，运维费用199元，合计1654.38元。
对比方案若要获得等量电量、热量。则需要向市电购买1965kWh的电及206.7Nm3天然气（燃气锅炉热效率按95%考虑）。根据山东省电网销售电价销售价格及燃气价格可知，各时段费用如下：高峰电段2271.5元，平电段1738.79元，低谷电段1206.27元。因而，在供暖季高峰电和平电时段，运行CCHP系统的成本要低于常规供能方案。
3.4 全年运行经济性分析
根据济南市的空调供冷季及供暖季划，供冷季为6月1日～9月30日122天，供暖季11月15日～次年3月15日121天。
内燃机在按上文分析的经济性时段满负荷运行，全年各时段累计节约费用1624467元，年满负荷运行小时数为3645h。考虑到融合了CCHP系统的能源站复杂度提高，至少需增加运维人员1人，增加人员成本约16万元/年。如进一步考虑运行实际情况，山东省每天中午12：00-1：00为谷电时段，该时段前后为平电时段，按上文分析，供冷供热季内该谷电时段需停机。如每日该1小时谷电时段内停启一次，将大大增加运维操作难度，降低燃气内燃机使用寿命。综合考虑，该1小时谷电时段内，燃气内燃机以50%负荷运行。则：
供冷季收益减少122×50%×（1446.7-800.3）=3.94万元;
供暖季收益减少121×50%×（1654.4-1206.3）=2.71万元。
综上，则CCHP系统较常规供能系统年运行费用可节约139.8万元
4结束语
1）以某2×995kW燃气内燃机三联供机组为模型进行分析，CCHP系统较常规供能系统年运行费用可节约139.8万元，运行收益较好。
2）考虑到CCHP系统较常规供能系统初投资需增加1500万元，则CCHP系统总体经济性偏差，如能争取到较合理的燃气价格可提高项目整体经济性。
参考文献
[1]俞春尧.区域能源系统一次能源梯级利用优化设计方法[J]暖通空调2018.
[2]卢地，魏庆芃.从公共建筑实际能源需求分析冷热电三联供技术的可应用性[J]暖通空调，2018.
[3]付林，等.楼宇式燃气热电冷联产系统评价方法的研究[C]第五届国际热电联产分布式能源联盟年后，2018：378-396.