摘要：本文通過分析燃氣發(fā)電裝置的特點和天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的余熱利用最大化原則，說明冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的年平均綜合利用率大于70%是可行的。說明《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》中的規(guī)定是科學的、合理的。本文通過熱電比對區(qū)域式天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能的影響，說明熱電比既是反映區(qū)域式聯(lián)供系統(tǒng)的技術經濟指標，也是區(qū)域式上網(wǎng)發(fā)電和擴大熱用戶的重要指標。本文通過分布式能源節(jié)能率的計算公式說明由發(fā)電設備、余熱利用設備和調峰設備組成的聯(lián)供系統(tǒng)中各部分的選型、規(guī)模和性能參數(shù)對聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能率的影響，說明隨著分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展，樓宇式聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能率會不斷的增加，節(jié)能效益會不斷的提高。本文認為區(qū)域式既是能源企業(yè)，也是能耗大戶，故節(jié)能減排是十分必要的。由于不同類型的建筑物的熱電比不同，由于不同規(guī)模的燃機的熱電比不同，故熱電比也應該是評估樓宇式的重要節(jié)能指標之一。

關鍵詞：年平均能源綜合利用率熱電比節(jié)能率

0引言

在《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》中規(guī)定了天然氣分布式能源的年平均能源綜合利用率必須大于70%，同時在指導意見中也將天然氣分布式能源分為區(qū)域式和樓宇式，區(qū)域式是指具有規(guī)模較大，系統(tǒng)為燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)和并網(wǎng)并向公共電網(wǎng)輸送電能的特點的聯(lián)供系統(tǒng)，熱電比是熱電聯(lián)產項目節(jié)能的評估指標，但在《燃氣冷熱電三聯(lián)供工程技術規(guī)程》中未作規(guī)定。樓宇式的規(guī)模較小，當以能源站的電能自發(fā)自用為依據(jù)，選擇發(fā)電機組容量時，即使年平均綜合利用率大于70%，節(jié)能率也是有限的，當以樓宇的冷（熱）負荷為主，并按熱電平衡方法選擇發(fā)電機組裝機容量時，余熱供熱裝機容量約為全部冷（熱）負荷的30～40%，余熱全年供熱（冷）量約占全年總供熱（冷）量的60～80%，余熱量較大，但調峰設備的選擇對系統(tǒng)節(jié)能量影響較大。隨著分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展，太陽能、地熱、可再生能源與樓宇式的結合，分布式能源系統(tǒng)的節(jié)能率會進一步提高。從天然氣分布式能源的分類，性質、特點和發(fā)展上看，年平均能源綜合利用率，熱電比和節(jié)能率都應該是天然氣分布式能源的能源利用評估指標。

1.年平均能源綜合利用率評估指標是科學的、合理的

1.1 天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源綜合利用率

燃氣聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其能源綜合利用率高，符合國家的能源戰(zhàn)略和節(jié)能目標。一次能源（燃氣）由發(fā)電機組產生30%-40%的高品位能源（電能），發(fā)電余熱再產生50%左右的低品位能源（熱能），同樣數(shù)量電能的做功能力是熱能的（4-5）倍，因此燃氣聯(lián)供系統(tǒng)一次能源通過梯級利用，綜合效率高于燃氣發(fā)電和燃氣供熱系統(tǒng)。

目前燃氣冷、熱、電聯(lián)供系統(tǒng)所使用的發(fā)電機組發(fā)電效率較高，經余熱回收利用后，年平均能源綜合利用率一般在70%-85%。

1.1.1. 天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的余熱利用最大化原則

天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)不同于小型熱電聯(lián)產項目，為保證燃氣這一寶貴清潔能源的最佳利用，實現(xiàn)“分配得當、各得所需、溫度對口、梯級利用”，提高燃氣的綜合利用效率，提出聯(lián)供系統(tǒng)“電能自發(fā)自用、余熱利用最大化”的原則。并且要求對聯(lián)供系統(tǒng)的設備配置及運行模式進行技術經濟比較（一般在可行性研究階段進行）。

1.1.2. 年平均能源綜合利用率的計算公式

——年平均能源綜合利用率（%）；

W——年凈輸出電量（kWh）；

Q1——年有效余熱供熱總量（MJ）；

Q2——年有效余熱供冷總量（MJ）；

B——年燃氣總耗量（m3）；

QL——燃氣低位發(fā)熱量（MJ/m3）

該計算公式反映了天然氣能量在數(shù)量上的有效利用程度，采用該指標評估天然氣分布式能源的節(jié)能和經濟性是科學的、合理的。

1.2 年平均能源綜合利用率大于70%是可行的

1.2.1. 燃氣內燃機

燃氣內燃機的發(fā)電效率為35-45%，余熱利用形式為400-550℃的高溫煙氣、80-120℃的汽缸冷卻水和40-65℃的潤滑油冷卻水，余熱利用效率約為40%。

1.2.2. 燃氣輪機

燃氣輪機的發(fā)電效率為30-38%，余熱利用形式為450-600℃高溫煙氣，余熱利用效率約為40%。

1.2.3. 聯(lián)供系統(tǒng)的年平均能源綜合利用率

①從以上說明可知，目前天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)所使用的發(fā)電機組的發(fā)電效率較高，經余熱回收利用后，年平均能源綜合利用率一般在70-85%。

②年平均能源綜合利用率大于燃煤熱電聯(lián)產的45%，大于燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的55%。

1.3 年平均能源綜合利用率大于70%

年平均能源綜合利用率大于70%是天然氣分布式能源示范項目的強制項，是天然氣分布式能源示范項目必須達到的要求。

1.3.1《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》（發(fā)改能源2011.2196號）中規(guī)定天然氣分布式能源的年平均能源綜合利用率應大于70%。

1.3.2天然氣分布式能源示范項目評分辦法中僅對項目全年能源綜合利用率進行限定，即對年平均綜合利用率低于70%的項目實行“一票否決”。

1.3.3《燃氣冷熱電三聯(lián)供工程技術規(guī)程》總則1.0.5規(guī)定年平均能源綜合利用率大于70%。

1. 年平均能源綜合利用率和熱電比是區(qū)域式能源利用的界控指標

2.1 熱電比對節(jié)能的影響

熱電比即熱電廠發(fā)熱量和發(fā)電量的比值。根據(jù)《分布式供能系統(tǒng)工程技術規(guī)程》中的相關規(guī)定，熱電比根據(jù)下式進行計算：

熱電比=供熱量/（供電量×3600千焦/千瓦時）×100%。

在一定的發(fā)電效率之下，熱電比越高總熱效率越高，要求余熱利用程度越高，熱損失越小。根據(jù)《關于發(fā)展熱電聯(lián)產的規(guī)定》，要求供熱式汽輪發(fā)電機組的蒸汽流既發(fā)電又供熱的常規(guī)熱電聯(lián)產，應符合下列指標：

①單機容量在5萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應大于100%；

②單機容量在5萬千瓦至20萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應大于50%；

③單機容量20萬千瓦及以上抽汽凝汽兩用供熱機組，采暖期熱電比應大于50%。

④燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機組熱電比應大于30%。

⑤在《分布式供能系統(tǒng)工程技術規(guī)程》中規(guī)定：熱電比年平均不應小于55%。

2.2 熱電比的作用

①熱電比是熱電聯(lián)產機組的技術經濟指標：它反映了熱電廠的運行水平和管理效益，是熱電廠主要的技術經濟指標之一。

②熱電比是審批熱電建設項目的界控指標，通過熱電比的計算和對比，參照建設項目的具體條件和實際需求，就可確定熱電建設項目的合理性，為項目審批提供依據(jù)和方便。

③熱電比是安排熱電廠上網(wǎng)發(fā)電計劃的考核指標。

④熱電比是熱電廠發(fā)展熱電聯(lián)產，建設熱網(wǎng)的考核指標，計算出在其額定負荷下的熱電比，并以此制定出發(fā)展熱電聯(lián)產，擴大熱用戶的規(guī)劃。

2.3 區(qū)域式天然氣冷熱電分布式能源項目的特點

① 規(guī)模較大，從100MW至200MW

② 系統(tǒng)為燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)。

③ 聯(lián)供系統(tǒng)并網(wǎng)并向公共電網(wǎng)輸送電能。

2.4 熱電比是區(qū)域式的天然氣冷熱電分布式能源系統(tǒng)的重要評估指標

① 燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)天然氣冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)的熱電比﹥30%。

② 熱電比同樣是審批天然氣分布式能源建設項目的界控指標。

③ 熱電比同樣是安排天然氣分布式能源建設項目并網(wǎng)上網(wǎng)發(fā)電計劃的依據(jù)。

④ 熱電比同樣是擴大熱用戶的熱電聯(lián)產集中供熱規(guī)劃和熱網(wǎng)建設的依據(jù)。
 

3.3 樓宇式天然氣分布式能源系統(tǒng)的特點

（1）規(guī)模小，裝機容量為15MW以下。

（2）當以能源站的電能自發(fā)自用為依據(jù)選擇發(fā)電機組容量時，余熱利用數(shù)量不是很大，即使年平均綜合利用率大于70%，節(jié)能率也很有限。

（3）當以樓宇的冷（熱）負荷為主，并按熱電平衡方法選擇發(fā)電機組裝機容量時，樓宇（除數(shù)據(jù)中心外），余熱供熱裝機容量約為全部冷（熱）負荷的30-40%，余熱全年供熱（冷）量約占全年總供冷（熱）量的60-80%。余熱量較大，但調峰設備的選擇對系統(tǒng)的節(jié)能量（節(jié)能率）影響較大。

3.4 徐建中院士提出，不僅要關注能源利用率，還要關注科學用能，關注節(jié)能率。

（1）提高節(jié)能率的措施：

①通過系統(tǒng)集成技術，追求全工況最優(yōu)；

②充分利用中低溫余熱，發(fā)揮環(huán)境熱源與熱泵的作用；

③針對用戶的不同需求制定適用的個性化方案。

（2）隨著分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展，相對節(jié)能率從5%提高至40%（見下圖）。

3. 年平均能源綜合利用率、熱電比和節(jié)能率是天然氣分布式能源的三項重要的節(jié)能和經濟性指標

4.1 節(jié)能量（節(jié)能率）是區(qū)域式天然氣分布式能源項目可行性研究技術規(guī)定的主要要求之一。

在《熱電聯(lián)產項目可行性研究技術規(guī)定》1.19中指出：

熱電廠既是節(jié)能企業(yè)，又是耗能大戶，要認真采取節(jié)能措施。在可行性研究階段要計算節(jié)煤量和各類污染物的減排量。

4.2 熱電比是樓宇式分布式能源重要的節(jié)能評估指標

（1）我國主要城市各類型建筑物的熱電比（見下表）

（2）建筑物熱電比在熱電平衡中的作用

建筑物熱電比（見下表）

當燃氣內燃機三聯(lián)供系統(tǒng)應用于賓館酒店時，由于發(fā)電只能并網(wǎng)不能上網(wǎng)，故只能按30－40%的冷負荷選擇發(fā)電機裝機容量。

大型商場除廣州地區(qū)外，用電量大于用冷量，故應選擇較大的發(fā)電機裝機容量。

(3)燃氣內燃機的性能在熱電平衡中的作用

燃氣內燃機的性能（見下表）

燃氣內燃機容量較小時，熱電比較大，故在較小的樓宇三聯(lián)供系統(tǒng)設計中，要注意適當?shù)亟档?zeta;R

燃氣內燃機容量較大時，熱電比較小，故在選型設計中不能降低ζR值。

（4）熱電比對節(jié)能率的影響

熱電比對天然氣分布式能源的節(jié)能率也有一定的影響（見下圖）

從上圖可知，當全部使用自己發(fā)電量，熱電比為1.2時，節(jié)能率可達20%。

4. 結論

5. 本文通過分析燃氣發(fā)電裝置的特點和天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的余熱利用最大化原則，說明冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的年平均綜合利用率大于70%是可行的。說明《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》中的規(guī)定是科學的、合理的。本文通過熱電比對區(qū)域式天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能的影響，說明熱電比既是反映區(qū)域式聯(lián)供系統(tǒng)的技術經濟指標，也是區(qū)域式上網(wǎng)發(fā)電和擴大熱用戶的重要指標。本文通過分布式能源節(jié)能率的計算公式說明由發(fā)電設備、余熱利用設備和調峰設備組成的聯(lián)供系統(tǒng)各部分的選型、規(guī)模和性能參數(shù)對聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能率的影響，說明隨著分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展，樓宇式聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能率會不斷的增加，節(jié)能效益會不斷的提高。本文認為區(qū)域式既是能源企業(yè)，也是能耗大戶，故節(jié)能減排是十分必要的。由于不同類型的建筑物的熱電比不同，由于不同規(guī)模的燃機的熱電比不同，故熱電比也應該是評估樓宇式的重要節(jié)能指標之一。

主要參考文獻：

1.《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》

2.陳霖新《燃氣冷熱電聯(lián)供的節(jié)能效益》

3.徐建中《科學用能與分布式能源系統(tǒng)》