天然气分布式能源系统与城市供电系统的综合利用

【摘要】文章介绍了利用天然气热电冷三联供与城市供电网的综合利用，解决了冬季的“气短”和夏季的“电荒”问题。

【关键字】燃气热电冷三联供系统；天然气分布式能源系统；烟气余热机组。

天然气分布式能源系统是指以天然气为燃料，通过热、电、冷三联供电方式，实现能源的梯级利用，系统组成（详见图一）；此系统是高效利用天然气的有效途径，可为一栋建筑或为一个片区供暖、供冷、供电以及解决区域能源的需求；

燃气内燃发电机组电转换效率较其他形式的发电效率高，燃料的能量约有35%被自身转化为电能，其他约有30%随尾气排出，25%被发动机冷却水带走，通过机身散发等其他约占10%左右。

在西方发达国家热电冷联供的应用十分普及，发电机组的余热80%以上被有效利用。

在满足同等负荷需求的条件下，对用户而言，与向电网购买高价电能和单纯使用天然气供热相比，天然气分布式能源系统具有更好的经济效益，可节约更多用能成本；较其他供能方式相比天然气分布式能源系统减少温室气体排放和减少、排放较低，有利于改善大气环境，保护生态环境；为此我们设计了热泵型燃气热电冷三联供系统与城市电网协同运行系统（详见图二）。

图 二 热泵型燃气热电冷三联供与城市电网协同运行图

过渡季：在过渡季节不需要制冷和采暖负荷；只需要电负荷和生活热水负荷；系统运行方式供电由燃气内燃发电机电源供电运行，市电电源做备用电源；生活热水由烟气型溴化锂吸收空调机和烟气热水器回收利用燃气内燃机发电产生的约600℃烟气，生产80℃的热水通过极换换热后产生55℃的生活热水供用户使用。

冬季：在冬季需要电负荷、采暖热水负荷和生活热水负荷，不需要制冷负荷；系统运行方式：主供电源由燃气内燃发电机组发电主供运行，市电电源做备用电源；采暖热水由烟气型溴化锂吸收式空调机回收利用燃气内燃机发电产生的600℃烟气热能供应；若采暖热水不能满足大楼最大供暖量的需求，不足部分利用风冷热泵组解决；生活热水由从内燃机缸套冷却器、烟气换热器等设备回收的热量输入，在晚上天然气的使用处于高峰期即“气短”，停止燃气内燃发电机供电，投入备用电源，由城市电网供电，热负荷由保温水箱的热水通过极换换热后产生55℃的热水供给不足部分由热泵机组满足供给。

夏季：在夏季需要用电负荷，制冷负荷和生活热水负荷；系统运行方式：在夏季处于“电荒”期，主供电源由燃气内燃发电机组利用天然气发电主供运行，市电电源作为备用电源；制冷负荷由烟气型溴化锂吸收式空调机回收利用制冷，若烟气余热量不能满足大楼最大制冷量的需求，不足部分由风热泵机组满足供冷，在夜间制冷负荷需求下降，停止燃气内燃发电机供电由备用市电供电，使用风冷热泵来满足夜间冷负荷需求。生活热水由从内燃机缸套冷却器、烟气换热器等设备回收的热量输入保温水箱，热水通过极换换热后产生55℃热水供给。

从以上燃气热电冷三联供系统与电网协同运行模式下，提高了热电冷三联供系统的能效；与传统热电冷三联供系统相比效率可提高10%以上；提高了城市供电系统的能效闲置率降低，为电网调峰，降低电网损耗；燃气的利用率达到100%以上，排烟温度降低到25℃以下；这种技术的增量投资一般在3～4年收回。

随着能源供应日益紧张，节能降耗，提高能源的利用率，越来越引起人们重视。余热的利用热电冷联供已经被列入国家“十五”规划节能重点投资领域；热电冷联供必将为能源的综合利用，提供一条可持续发展的道路。

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