冷热电联供燃气内燃发电机热电冷联供系统高春梅(北京市公用事业科学研究所,北京100011)摘要:介绍了燃气内燃发电机三联供系统的工作原理及3种系统形式,着重阐述了热电一体式联供系统,提出了发展燃气热电冷联供遇到的问题和对今后发展的建议。

关键词:热电一体式系统;燃气内燃机;热电冷联供中图分类号:TU995文献标识码:B文章编号:1000-4416(2006)04-0055-03H eati ng,Power and Cooli ng Cogeneration Syste m w ithGas-fired Internal Co mbustion Engi ne G eneratorGAO Chun-m ei(B eiji n g P ublic Utilit y Science Institute,B eijing100011,China)Abstract:The operati n g pri n ciple o f heati n g,po w er and cooling generation syste m w ith gas-fired i n ter nal co m busti o n eng i n e generator,and three k i n ds o fm ake-up o f the syste m are i n tr oduced,w ith the e m phasis on i n tegrated heating and po w er syste m.The proble m s encountered i n develop i n g gas-fired hea-t i n g,pow er and coo li n g cogenerati o n syste m,and suggestions on its deve l o p m ent in the future are put for-w ard.K ey w ords:i n tegrated heating and po w er syste m;gas-fired interna l co mbusti o n eng ine;hea-t i n g,po w er and cooling cogeneration对一个建筑提供电力、制冷和供暖,将供热(采暖和供热水)、制冷及发电过程一体化,形成热、电、冷三联供系统,可以获得能质合理匹配和能源多级利用,取得最大的能源利用率。

它既削减了用气季节性峰谷差,又缓解了夏季用电的高峰,有利于电与气的均衡发展。

另外,避免了设备闲置而造成的浪费,从而降低燃气供热的成本。

燃气热电冷三联供能减少碳化物及有害气体的排放,特别值得在大气污染严重的大城市推广和发展。

1燃气内燃发电机三联供系统工作原理天然气热电冷三联供的系统形式很多。

在传统的三联供系统的基础上,机组设备与系统形式不断得到创新和改造。

系统常用的发电机包括微燃机、燃气轮机、内燃机等。

由于燃气内燃发电机发展比较早,技术相对成熟,设备造价比较低,对燃气压力要求不高,因此应用比较广泛。

燃气内燃发电机的工作原理如下:燃气进入燃气内燃机,空气进入混合器混合后,通过烟气涡轮增压器增压、冷却器冷却后进入气缸,经火花塞高压点火,燃烧膨胀,推动活塞做功,带动曲轴转动,通过发电机输出电能。

内燃机产生的烟气经排气管、换热装置、消声器、烟囱排到室外。

整个过程由可编程序控制器控制。

模块式发电机组向小型化、高效一体化的方向发展。

燃气内燃发电机三联供系统的工作原理如下:利用天然气燃烧产生的高温烟气在内燃机中做功,将一部分热能转换为高品位的电能。

利用热回收技术,将燃气内燃机中的润滑油、中冷器、缸套水和排第26卷第4期2006年4月煤气与热力GA S&HEATV o.l26N o.4A pr.2006放尾气中的热量充分回收利用,用于冬季采暖以及提供生活热水,也可与溴化锂吸收式制冷机连接,用于夏季制冷。

2 系统形式及热电利用方式① 传统的三联供系统国内外应用燃气热电冷联供的形式较多。

较为传统的系统形式是采用燃气发电机与余热锅炉,通过余热锅炉将发电机的余热(烟气和缸套水所含热量)转换成热水或蒸汽,再通过换热器和吸收式制冷机将能量转换成冷、热量加以利用。

技术较成熟,系统较为可靠。

但是这种连接方式的缺点是系统设备较多、结构较为复杂、转化效率低、占地面积大等。

传统的三联供系统见图1[1]。

图1 传统的燃气内燃机热电冷三联供系统F ig .1 Conventi onal co m bined heati ng ,power and coo li ngsystem w it h gas -fired i nterna l combustion eng i ne② 余热型直燃机系统在传统系统形式的基础上,根据余热温度分别利用烟气和缸套水热量,提高制冷效率,使余热也得到了梯级利用,系统见图2[2]。

温度约500e 的烟气进入的高发端,缸套水进入低发端,冬季提供采暖用热水,夏季提供空调用冷水,实现热、电、冷三联供,使天然气资源得到合理的梯级利用。

本系统的特点是结构形式较简单、系统的转换效率高、占地面积小。

③ 热电一体式系统目前一些国外发电设备将余热利用与发电机机组集成一体化,即换热装置在机组内部,一个在烟管内,另一个在缸套部位,不用外置配套设备。

设备只设3个接口:出、回水接口和烟气接口。

燃气内燃机的冷却与一般的汽油、柴油发动机一样,用水冷却。

为防止产生水垢,冷却水要用软水,有时还要添加防冻液。

为此,通常把调制的水作为一次冷却水,在发动机内部循环,而用热交换器把热量传到二次冷却水。

缸套水冷却循环就采用此方图2 燃气内燃机与余热型直燃机结合的三联供系统F i g .2 Co m bined heati ng ,po w er and cooli ng syste m w it h g as -fired i n ternal co m busti on eng i ne and res i dua l heat -t ypedirect co m busti on eng i ne法。

此外,润滑油吸收的热量也通过润滑油冷却器传至二次冷却水。

内燃机热回收系统中吸收的热量一般以90e 的热水形式供给热交换中心,内燃机正常回水温度为70e 。

产生的热水可用于冬季采暖及提供生活热水,实现热电联产。

机组输出的热水可与热水型吸收式溴化锂制冷机连接,用于夏季制冷,实现热、电、冷三联供。

机组还可与热水锅炉并联连接,提供更多的热量。

这样,既简化了系统,节省了占地面积,利于运行维护,又降低了系统总造价。

进口的燃气内燃机机组还配有全自动电脑控制系统,可实现远程控制。

燃气内燃机发电效率通常达30%~40%,热效率逾50%,总效率可达到90%。

④ 电力输出燃气发电机输出低压电力(如400V ),经过变压系统升压至高压(如10kV)。

在技术上可采取独立运行、区域内部并网的方式,必要时可与电网不间断切换,也可以采取与电力公司的配电系统并联(并网或上网)。

发电机机组采用微机控制,具有以下功能:发动机自身的保护功能;自动负载跟踪调节功能;自动同步并网功能;逆功率保护功能等。

燃气发电机机组设置了完善的安全保护装置,一旦机组出现故障,会自动掉闸,与电网断开,自动停机。

电力输出运行模式如下:并网运行)))发电机供基本负荷或始终控制一定的购买电量;上网运行)))发电机满负荷或大负荷运行,多余电量上网销售;独立运行)))发电系统单独运行为负载供电,或作为应急备用电源。

3 国外燃气内燃发电机组概况国外燃气内燃发电机的生产厂家主要有美国卡第4期煤气与热力第26卷特彼勒公司、美国康明斯公司、奥地利颜巴赫公司、捷克Tedo m公司、芬兰瓦锡兰公司、德国MDE公司等。

其中,捷克Tedo m公司生产的燃气内燃发电机联供机组目前已遍布欧洲。

其产品的显著特点是将发电、供热集中于一体,机体内部包含了内燃机、发电机、余热回收换热装置、自控系统。

系统简单,节省许多配套设备,降低工程造价。

机体采用了隔声罩等措施,距机体1m处噪声为70dB;在烟道上安装了烟气催化净化装置,NO x及CO排放均符合欧洲标准。

自动补充机油,可远传自动控制。

其产品分为大、中、小型系列,小型系列电功率为20~44 k W,中型系列电功率为42~170k W,大型系列电功率为190k W~3.8MW。

发电效率达到40%,热效率为50%,综合效率达到90%。

4讨论和建议随着能源的大量消耗,能源储量逐年减少,人们对能源的合理、高效、综合利用的重视程度在不断提高,但推广使用燃气热电冷三联供系统、加速其商业化进程还存在一定的障碍。

从国内的几个示范项目来看,有一些值得总结的经验和教训:①引进设备较贵,主要的发电设备国产化不够,工程造价较高,国产设备的生产还有待进一步提高。

②机组选型时一定要考虑优化配置,若机组不能满负荷运行,会造成运行成本较高,系统整体的经济性下降。

③并网政策。

若机组作为备用电源独立运行必然会使机组不能长期满负荷运行,不能体现热电冷三联供的经济性。

因此,只有允许上网或并网才能体现其经济性。

但目前电力部门对小型电源并网发电的规定不明确。

④国家在税收政策上的支持力度不够。

在总结国内示范工程的经验和教训的同时,对引进燃气热电冷三联供技术,不能一味照抄国外的经验,应该结合国内的实际情况,在三联供系统的应用技术上进行创新,简化系统、降低工程造价、提高运行的经济性,这样才能使这项技术在国内得到广泛的推广应用。

参考文献:[1]北京市燃气集团.楼宇型天然气热电冷联供系统应用研究与示范课题研究总报告[R].北京:北京市燃气集团,2004.[2]段洁仪,冯继蓓,梁永建.楼宇式天然气热电冷联供技术及应用[J].煤气与热力,2003,(6):337-341.作者简介:高春梅(1965-),女,北京人,高级工程师,学士,从事燃气应用与输配的研究与设计工作。

电话:(010)64213031转3201E-ma il:gch m ei_cn@ho t m a i.l com收稿日期:2005-11-03#信息#《节能型双向集热卫浴间建筑设计图集》编制完成近日,《节能型双向集热卫浴间建筑设计图集》(以下简称《图集》)编制完成。

此《图集》由中国房地产及住宅研究会住宅设施委员会、建设部政策研究中心住宅厨房卫生间技术研究所、江苏淮阴辉煌太阳能有限公司共同编制完成。

这部《图集》是建设部重点科研项目/建设部2003年科学技术项目计划0之中《住宅厨房卫生间集成化研究》的分项课题。

/双向集热0技术的本质是热量的循环利用,是对可再生能源的开发,实现热源设备由高能耗、低能效向低能耗、高能效转变。