摘要：分析了天然氣三聯供方式的主要技術特征、介紹了國外的應用情況同時對應用情況的綜合效率進行了技術經濟分析。
關鍵詞：天然氣；冷熱電三聯供；技術經濟分析
Simple Analysis of Combined Cooling，Heating and Power of Natural Gas
Wang ge，Zhang haisheng
(Foshan Gas Corporation，Foshan 528000，CHina) Abstract: The primary technique characteristics of CCHP of natural gas are analyzed and the applications of overseas are introduced.The sythesis efficiency of CCHP is discussed in the aspects of technology and economy.
Key words: natural gas;CCHP；analysis in the aspects of technology and economy.
0、引言
天然氣冷熱電三聯供，又稱CCHP(Combined Cooling ，Heating & Power)，它主要是利用十分先進的燃氣輪機或燃氣內燃機燃燒潔凈的天然氣進行發電，對發電做功后的余熱進一步進行回收，用來制冷、供暖和供應生活熱水。這是一種高效節能環保的新型能源利用方案，在歐美已有約十年的發展時期，并方興未艾，被確認是能源將來的發展方向。
冷熱電三聯供主要由兩部分組成——發電系統和余熱回收系統，發電部分以燃氣內燃機、燃氣輪機或微燃機為主，近年來還發展有外燃機和燃料電池。余熱回收部分包括余熱鍋爐和余熱直燃機等。
小型冷熱電三聯供系統中的燃氣輪機或其他發電裝置燃燒天然氣做功，首先是將其中約35%的能量轉化為電能，這部分自發電和市電同時向自身用戶供電；其余大部分能量是在煙氣余熱和缸套水介質中，這些熱量被余熱系統回收用來產生所需冷和熱。
系統可由高度智能化的控制系統集中控制，實現發電機組和余熱回收系統的連鎖運行，對不同的冷熱電負荷情況下按不同的運行方式運行，同時還可接入樓棟控制系統；也可實現無人值守，通過電話線與遠程控制站相連，實現遠程控制。
1、國外應用情況介紹
美國是全球發展新型能源系統的先鋒，1978年開始提倡發展小型熱電聯產，目前除了繼續堅持發展小型熱電聯產之外，正在走向高效利用能源的小型冷熱電聯產。美國能源部已經提出了小型冷熱電聯供規劃。根據這項規劃，2005年要建立200個示范點；2010年20%的新建商用、寫字樓類建筑物使用小型冷熱電聯產；2020年50%新建商用、寫字樓建筑采用小型冷熱電聯產。
三聯供系統主要應用在醫院、超級市場、辦公大樓、機場、體育中心、酒店等場所。
目前冷熱電聯供系統主要的燃燒動力裝置以燃氣輪機、燃氣渦輪機為主。燃氣輪機在裝機容量為30～100KW的機組型號和市場方面占絕對優勢； 100KW～1MW的市場方面，以燃氣輪機為主，燃氣渦輪機占較小比例；1MW～5MW方面，燃氣輪機和燃氣渦輪機各占一半的比例；裝機容量超過5MW的機組，以燃氣渦輪機為主。
2、技術特征與效益分析
⑴ 綜合效率高
一般普通的火力發電系統，輸入熱量按100%計算，扣除送電損失約2%、未利用的排熱約60%、其發電效率約38%。而對清潔能源天然氣冷熱電聯供系統，同樣輸入熱量按100%，發電占25%～40%，排熱利用占40%～50%，如果把用電和用熱分配好，綜合效率可以達到70%～80%，而沒利用的排放熱僅為20%～30%。因此，天然氣冷電熱聯供系統由于增加了排放余熱的利用，其綜合效率比普通的火力發電系統高約30%～40%。
⑵ 節省能源
天然氣燃燒可得到1500℃的高溫能源，將這部分能源由高到低進行多階段的利用，可以把制冷、采暖、電力和衛生熱水等優化整合為一個新的、統一的能源系統，可實現不同形式、不同能量的梯級利用，以獲得整個系統最佳能量綜合利用效果。
⑶ 有利于環保
天然氣是一種清潔、優質的能源，特別在環境方面，不會產生造成酸雨的SOx和灰塵等，和其他化石燃料相比，產生CO2和NOx的量也少。采用天然氣三聯供的環保效益是非常明顯的。
⑷ 有利于電力負荷的調峰
天然氣冷熱電聯供系統可作為傳統電力系統的補充調峰，更好地保證電力供應。在用電高峰時，能使電力負荷平均化。夏季城市大量使用電力空調時，電力負荷會在一段時間內出現負荷高峰，同時夏季也是用氣的低谷時期，有富余的供氣能力。通過利用天然氣冷熱電聯供可在滿足高峰用電的同時，還可以利用排放余熱來制冷，也可減少電力調峰裝置投資和運行費用，用電負荷得以改善，更好更充分地發揮天然氣基礎設施的功能。
⑸ 經濟性較好
配備有冷熱電聯供系統發電設備的單位，可以減少對電網電力的使用量。雖然天然氣費隨著天然氣用于發電的需求量的增加而增加，但由于排放余熱的利用使其他熱源設備減少，整體來說能源費用大大降低。
另外冷熱電聯供系統雖然比原來系統設備費用增加了，但可減少變電設備，并可兼作應急用發電設備，也減少了自備應急用電設備的費用。
⑹ 增強了能源供給的可靠性
冷熱電聯供系統在保證商業電力電源的同時，也可保證供冷供熱設備的多渠道，并且天然氣冷熱電聯供系統可作為防災設施使用。對原來的用電系統，需配備應急發電機。而天然氣冷熱電聯供系統的發電設備便可作為電力公司供電的應急發電機。在供熱方面，天然氣冷熱電聯供系統的排放余熱利用可作為供熱熱源，增加了供給的可靠性。
在看到冷熱電聯供系統的優點的同時，也不可忽略它本身不可避免的缺點：一是燃料的限制，只能使用天然氣或輕質油品，費用受市場影響；二是冷熱電聯供系統規模小，只能滿足小區域用戶的需要，同時又不如家庭用戶用電那么方便。
3、國內的應用情況
近幾年，中國電機工程學會、中國能源研究會、中國能源網等都紛紛發出倡議，倡導利用天然氣發展小型冷熱電聯供。現在，這種小型的燃氣冷熱電聯供系統已經在我國出現了，如上海黃埔區中心醫院、浦東國際機場、北京燃氣集團大樓等都建立了這種系統。與此同時，為了緩解現今電力緊張的局面，廣東省也決定將天然氣發電同分布式能源站冷熱電聯供相結合，在廣州大學城建設廣東省首個分布式能源站。
4、經濟技術分析
采用燃氣輪機冷熱電聯產技術的建設投資費用大于單獨購買電空調、單獨購買電集中供熱蒸汽空調或單獨購買直燃機等進行供熱、制冷的技術解決方案的費用；但它的優勢在于運行起來的經濟性明顯優于其他方式。經濟技術方案對比后發現，新增的投資費用主要發生在聯產后集中制冷設備投資、燃氣輪機投資等方面。但是采用冷熱電聯產方式以后，項目可在自發電費用中節支；制冷、供熱節支等方面取得良好的經濟效益。整個工程項目即使不采用燃氣輪機，也是需要投資建設制冷和供熱系統的。所以實際上，真正增加的費用只是燃氣輪機等的設備費用。
以容量為1MW級的索拉土星20號小型燃氣輪機，與BHRS250Ⅶ型的遠大余熱型溴化鋰空調機組配套進行冷熱電聯產為例進行分析，該機組可保證供熱/制冷面積為50000m2，制冷設計應用指標為44～60w/m2，供熱設計應用指標為34～50w/m2，供電設計指標為50～80w/m2，系統工況變化出力進行比較如下表：
關鍵詞：天然氣；冷熱電三聯供；技術經濟分析
(Foshan Gas Corporation，Foshan 528000，CHina)
Key words: natural gas;CCHP；analysis in the aspects of technology and economy.
0、引言
天然氣冷熱電三聯供，又稱CCHP(Combined Cooling ，Heating & Power)，它主要是利用十分先進的燃氣輪機或燃氣內燃機燃燒潔凈的天然氣進行發電，對發電做功后的余熱進一步進行回收，用來制冷、供暖和供應生活熱水。這是一種高效節能環保的新型能源利用方案，在歐美已有約十年的發展時期，并方興未艾，被確認是能源將來的發展方向。
冷熱電三聯供主要由兩部分組成——發電系統和余熱回收系統，發電部分以燃氣內燃機、燃氣輪機或微燃機為主，近年來還發展有外燃機和燃料電池。余熱回收部分包括余熱鍋爐和余熱直燃機等。
小型冷熱電三聯供系統中的燃氣輪機或其他發電裝置燃燒天然氣做功，首先是將其中約35%的能量轉化為電能，這部分自發電和市電同時向自身用戶供電；其余大部分能量是在煙氣余熱和缸套水介質中，這些熱量被余熱系統回收用來產生所需冷和熱。
系統可由高度智能化的控制系統集中控制，實現發電機組和余熱回收系統的連鎖運行，對不同的冷熱電負荷情況下按不同的運行方式運行，同時還可接入樓棟控制系統；也可實現無人值守，通過電話線與遠程控制站相連，實現遠程控制。
1、國外應用情況介紹
美國是全球發展新型能源系統的先鋒，1978年開始提倡發展小型熱電聯產，目前除了繼續堅持發展小型熱電聯產之外，正在走向高效利用能源的小型冷熱電聯產。美國能源部已經提出了小型冷熱電聯供規劃。根據這項規劃，2005年要建立200個示范點；2010年20%的新建商用、寫字樓類建筑物使用小型冷熱電聯產；2020年50%新建商用、寫字樓建筑采用小型冷熱電聯產。
三聯供系統主要應用在醫院、超級市場、辦公大樓、機場、體育中心、酒店等場所。
目前冷熱電聯供系統主要的燃燒動力裝置以燃氣輪機、燃氣渦輪機為主。燃氣輪機在裝機容量為30～100KW的機組型號和市場方面占絕對優勢； 100KW～1MW的市場方面，以燃氣輪機為主，燃氣渦輪機占較小比例；1MW～5MW方面，燃氣輪機和燃氣渦輪機各占一半的比例；裝機容量超過5MW的機組，以燃氣渦輪機為主。
2、技術特征與效益分析
⑴ 綜合效率高
一般普通的火力發電系統，輸入熱量按100%計算，扣除送電損失約2%、未利用的排熱約60%、其發電效率約38%。而對清潔能源天然氣冷熱電聯供系統，同樣輸入熱量按100%，發電占25%～40%，排熱利用占40%～50%，如果把用電和用熱分配好，綜合效率可以達到70%～80%，而沒利用的排放熱僅為20%～30%。因此，天然氣冷電熱聯供系統由于增加了排放余熱的利用，其綜合效率比普通的火力發電系統高約30%～40%。
⑵ 節省能源
天然氣燃燒可得到1500℃的高溫能源，將這部分能源由高到低進行多階段的利用，可以把制冷、采暖、電力和衛生熱水等優化整合為一個新的、統一的能源系統，可實現不同形式、不同能量的梯級利用，以獲得整個系統最佳能量綜合利用效果。
⑶ 有利于環保
天然氣是一種清潔、優質的能源，特別在環境方面，不會產生造成酸雨的SOx和灰塵等，和其他化石燃料相比，產生CO2和NOx的量也少。采用天然氣三聯供的環保效益是非常明顯的。
⑷ 有利于電力負荷的調峰
天然氣冷熱電聯供系統可作為傳統電力系統的補充調峰，更好地保證電力供應。在用電高峰時，能使電力負荷平均化。夏季城市大量使用電力空調時，電力負荷會在一段時間內出現負荷高峰，同時夏季也是用氣的低谷時期，有富余的供氣能力。通過利用天然氣冷熱電聯供可在滿足高峰用電的同時，還可以利用排放余熱來制冷，也可減少電力調峰裝置投資和運行費用，用電負荷得以改善，更好更充分地發揮天然氣基礎設施的功能。
⑸ 經濟性較好
配備有冷熱電聯供系統發電設備的單位，可以減少對電網電力的使用量。雖然天然氣費隨著天然氣用于發電的需求量的增加而增加，但由于排放余熱的利用使其他熱源設備減少，整體來說能源費用大大降低。
另外冷熱電聯供系統雖然比原來系統設備費用增加了，但可減少變電設備，并可兼作應急用發電設備，也減少了自備應急用電設備的費用。
⑹ 增強了能源供給的可靠性
冷熱電聯供系統在保證商業電力電源的同時，也可保證供冷供熱設備的多渠道，并且天然氣冷熱電聯供系統可作為防災設施使用。對原來的用電系統，需配備應急發電機。而天然氣冷熱電聯供系統的發電設備便可作為電力公司供電的應急發電機。在供熱方面，天然氣冷熱電聯供系統的排放余熱利用可作為供熱熱源，增加了供給的可靠性。
在看到冷熱電聯供系統的優點的同時，也不可忽略它本身不可避免的缺點：一是燃料的限制，只能使用天然氣或輕質油品，費用受市場影響；二是冷熱電聯供系統規模小，只能滿足小區域用戶的需要，同時又不如家庭用戶用電那么方便。
3、國內的應用情況
近幾年，中國電機工程學會、中國能源研究會、中國能源網等都紛紛發出倡議，倡導利用天然氣發展小型冷熱電聯供。現在，這種小型的燃氣冷熱電聯供系統已經在我國出現了，如上海黃埔區中心醫院、浦東國際機場、北京燃氣集團大樓等都建立了這種系統。與此同時，為了緩解現今電力緊張的局面，廣東省也決定將天然氣發電同分布式能源站冷熱電聯供相結合，在廣州大學城建設廣東省首個分布式能源站。
4、經濟技術分析
采用燃氣輪機冷熱電聯產技術的建設投資費用大于單獨購買電空調、單獨購買電集中供熱蒸汽空調或單獨購買直燃機等進行供熱、制冷的技術解決方案的費用；但它的優勢在于運行起來的經濟性明顯優于其他方式。經濟技術方案對比后發現，新增的投資費用主要發生在聯產后集中制冷設備投資、燃氣輪機投資等方面。但是采用冷熱電聯產方式以后，項目可在自發電費用中節支；制冷、供熱節支等方面取得良好的經濟效益。整個工程項目即使不采用燃氣輪機，也是需要投資建設制冷和供熱系統的。所以實際上，真正增加的費用只是燃氣輪機等的設備費用。
以容量為1MW級的索拉土星20號小型燃氣輪機，與BHRS250Ⅶ型的遠大余熱型溴化鋰空調機組配套進行冷熱電聯產為例進行分析，該機組可保證供熱/制冷面積為50000m2，制冷設計應用指標為44～60w/m2，供熱設計應用指標為34～50w/m2，供電設計指標為50～80w/m2，系統工況變化出力進行比較如下表：
