摘要：本文通過分析燃氣發電裝置的特點和天然氣冷熱電聯供系統的余熱利用最大化原則，說明冷熱電聯供系統的年平均綜合利用率大于70%是可行的。說明《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》中的規定是科學的、合理的。本文通過熱電比對區域式天然氣冷熱電聯供系統節能的影響，說明熱電比既是反映區域式聯供系統的技術經濟指標，也是區域式上網發電和擴大熱用戶的重要指標。本文通過分布式能源節能率的計算公式說明由發電設備、余熱利用設備和調峰設備組成的聯供系統中各部分的選型、規模和性能參數對聯供系統節能率的影響，說明隨著分布式能源系統的發展，樓宇式聯供系統的節能率會不斷的增加，節能效益會不斷的提高。本文認為區域式既是能源企業，也是能耗大戶，故節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能指標之一。
關鍵詞：年平均能源綜合利用率熱電比節能率
0引言
在《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》中規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域式和樓宇式，區域式是指具有規模較大，系統為燃氣蒸汽聯合循環和并網并向公共電網輸送電能的特點的聯供系統，熱電比是熱電聯產項目節能的評估指標，但在《燃氣冷熱電三聯供工程技術規程》中未作規定。樓宇式的規模較小，當以能源站的電能自發自用為依據，選擇發電機組容量時，即使年平均綜合利用率大于70%，節能率也是有限的，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節能量影響較大。隨著分布式能源系統的發展，太陽能、地熱、可再生能源與樓宇式的結合，分布式能源系統的節能率會進一步提高。從天然氣分布式能源的分類，性質、特點和發展上看，年平均能源綜合利用率，熱電比和節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 天然氣冷熱電聯供系統的一次能源綜合利用率
燃氣聯供系統的優勢在于其能源綜合利用率高，符合國家的能源戰略和節能目標。一次能源（燃氣）由發電機組產生30%-40%的高品位能源（電能），發電余熱再產生50%左右的低品位能源（熱能），同樣數量電能的做功能力是熱能的（4-5）倍，因此燃氣聯供系統一次能源通過梯級利用，綜合效率高于燃氣發電和燃氣供熱系統。
目前燃氣冷、熱、電聯供系統所使用的發電機組發電效率較高，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. 天然氣冷熱電聯供系統的余熱利用最大化原則
天然氣冷熱電聯供系統不同于小型熱電聯產項目，為保證燃氣這一寶貴清潔能源的最佳利用，實現“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，提出聯供系統“電能自發自用、余熱利用最大化”的原則。并且要求對聯供系統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——燃氣低位發熱量（MJ/m3）
該計算公式反映了天然氣能量在數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. 聯供系統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供系統所使用的發電機組的發電效率較高，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產的45%，大于燃氣蒸汽聯合循環的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《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》（發改能源2011.2196號）中規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《燃氣冷熱電三聯供工程技術規程》總則1.0.5規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域式能源利用的界控指標
2.1 熱電比對節能的影響
熱電比即熱電廠發熱量和發電量的比值。根據《分布式供能系統工程技術規程》中的相關規定，熱電比根據下式進行計算：
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《關于發展熱電聯產的規定》，要求供熱式汽輪發電機組的蒸汽流既發電又供熱的常規熱電聯產，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—蒸汽聯合循環熱電機組熱電比應大于30%。
⑤在《分布式供能系統工程技術規程》中規定：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和方便。
③熱電比是安排熱電廠上網發電計劃的考核指標。
④熱電比是熱電廠發展熱電聯產，建設熱網的考核指標，計算出在其額定負荷下的熱電比，并以此制定出發展熱電聯產，擴大熱用戶的規劃。
2.3 區域式天然氣冷熱電分布式能源項目的特點
① 規模較大，從100MW至200MW
② 系統為燃氣蒸汽聯合循環冷熱電聯供分布式能源系統。
③ 聯供系統并網并向公共電網輸送電能。
2.4 熱電比是區域式的天然氣冷熱電分布式能源系統的重要評估指標
① 燃氣蒸汽聯合循環天然氣冷熱電聯供分布式能源系統的熱電比﹥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上網發電計劃的依據。
④ 熱電比同樣是擴大熱用戶的熱電聯產集中供熱規劃和熱網建設的依據。
2. 年平均能源綜合利用率和節能量（節能率）是樓宇式天然氣分布式能源系統能源利用的界控指標
3.1 節能量的作用
節能量指的是在滿足同等需要或達到相同目的條件下，使能源消費減少的數量。節能量的多少是衡量其節能管理成效的一個主要標志，也是考察節能降耗和污染減排的一個主要手段。
（1）基本計算
以實際能耗與比較基準之差進行計算，故確定實際能耗與按目的和要求選擇比較基準十分重要。
（2）具體方法
以實際能源消耗和合格產品為計算原則，以節能率為節能效果的計算補充和評價。
（3）節能率
節能量是絕對值，節能率是相對值.節能率與存款的負利率是一致的，故可用利率的計算方式推算節能率。
3.2 分布式能源節能率的計算
(1)系統節能率
節能率是反映三聯供系統先進性的一個重要指標，三聯供系統的節能主要體現在天然氣就近梯級利用的高效與傳統大電網供電方式到用戶端較低的供電效率相比較的優勢。對于具體項目而言，節能率是指采用三聯供系統與原來用戶可能采用的常規供電和空調方式相比所節省的一次能源消耗量。
(2)分布式能源節能率的計算（陳霖新提出的公式）
供熱期節能率=
供冷期節能率=
式中
--燃煤電廠發電效率與電網輸配效率的乘積
--燃氣鍋爐效率
--燃氣分布式能源系統的發電效率
--燃氣分布能源系統余熱利用率
COPa--吸收式制冷機性能系數
COPe--電制冷機性能系數
X--電制冷機承擔的冷負荷
Y--吸收式制冷機承擔的冷負荷
例：假設a）設內燃機的發電效率ηe=0.38，余熱利用效率ηh=0.44
b）市電網ηce=0.4×0.9=0.36
c）LiBr吸收制冷機COPa=1.2，電制冷機COPe=4.5燃氣鍋爐熱效率ηb=0.9
供熱期節能率
節能率35.3%
供冷期節能率
冷負荷由電制冷（y）和余熱制冷（x）供應
節能率(B)
節能率34.5%
*表中數據為COPa=1.2時的節能率**表中數據為COPa=0.7時的節能率
3.3 樓宇式天然氣分布式能源系統的特點
（1）規模小，裝機容量為15MW以下。
（2）當以能源站的電能自發自用為依據選擇發電機組容量時，余熱利用數量不是很大，即使年平均綜合利用率大于70%，節能率也很有限。
（3）當以樓宇的冷（熱）負荷為主，并按熱電平衡方法選擇發電機組裝機容量時，樓宇（除數據中心外），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的節能量（節能率）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，關注節能率。
（1）提高節能率的措施：
①通過系統集成技術，追求全工況最優；
②充分利用中低溫余熱，發揮環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的發展，相對節能率從5%提高至40%（見下圖）。
3. 年平均能源綜合利用率、熱電比和節能率是天然氣分布式能源的三項重要的節能和經濟性指標
4.1 節能量（節能率）是區域式天然氣分布式能源項目可行性研究技術規定的主要要求之一。
在《熱電聯產項目可行性研究技術規定》1.19中指出：
熱電廠既是節能企業，又是耗能大戶，要認真采取節能措施。在可行性研究階段要計算節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）
當燃氣內燃機三聯供系統應用于賓館酒店時，由于發電只能并網不能上網，故只能按30－40%的冷負荷選擇發電機裝機容量。
大型商場除廣州地區外，用電量大于用冷量，故應選擇較大的發電機裝機容量。
(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供系統設計中，要注意適當地降低ζR
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）熱電比對節能率的影響
熱電比對天然氣分布式能源的節能率也有一定的影響（見下圖）
從上圖可知，當全部使用自己發電量，熱電比為1.2時，節能率可達20%。
4. 結論
5. 本文通過分析燃氣發電裝置的特點和天然氣冷熱電聯供系統的余熱利用最大化原則，說明冷熱電聯供系統的年平均綜合利用率大于70%是可行的。說明《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》中的規定是科學的、合理的。本文通過熱電比對區域式天然氣冷熱電聯供系統節能的影響，說明熱電比既是反映區域式聯供系統的技術經濟指標，也是區域式上網發電和擴大熱用戶的重要指標。本文通過分布式能源節能率的計算公式說明由發電設備、余熱利用設備和調峰設備組成的聯供系統各部分的選型、規模和性能參數對聯供系統節能率的影響，說明隨著分布式能源系統的發展，樓宇式聯供系統的節能率會不斷的增加，節能效益會不斷的提高。本文認為區域式既是能源企業，也是能耗大戶，故節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能指標之一。
主要參考文獻：
1.《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》
2.陳霖新《燃氣冷熱電聯供的節能效益》
3.徐建中《科學用能與分布式能源系統》
