燃气轮机冷热电联供系统分析
摘要:利用燃气轮机发电的联供系统是各国家目前普遍使用的方式之一。

利用燃气轮机发电，冷热电负荷不同，选择的形式、方案也不尽相同。

关键词：分布式能源、燃气轮机、梯级利用、以电定热
中图分类号： tu996.2文献标识码：a 文章编号：
目前，以天然气为主要燃料的新型分布式能源技术设备和冷热电联产系统，将能源利用和环保标准提高到一个全新的层次。

这种新型能源将从根本上改变传统的发电、供热、供冷互相分离的能源利用模式。

燃气轮机冷热电联产系统中，燃气轮机在发电的同时，回收利用其烟气的余热制冷或制热，实现在能的梯级利用基础上的冷热电联产，从而达到节能目的。

在冷热电联产系统中，燃气轮机不仅仅是动力设备，还是热的提供者。

笔者调查了国内外主要品牌的燃气轮机的相关余热特性，发现燃气轮机的排气温度都比较高，均具有很好的可用性。

例如，索拉透平公司，是全球工业燃气轮机行业的知名企业，也是美国排名前50强的出口企业。

其生产的“水星”mercury 50燃气轮机，排气温度可达到377℃,taurue60燃气轮机，排气温度可高达到510℃;国内青岛汽轮机厂生产的rf0221燃气轮机，排气温度可达到454℃, rf0391燃气轮机，排气温度可达到532℃.
在制定和选择以燃气轮机作为原动机的冷热电联产系统集成方
案时,应充分考虑燃气轮机的额定工况及变工况特点。

燃气轮机的
余热温度高,使得余热的回收利用方式更为灵活,能够满足各种不
同的冷热需要。

因此，对冷热负荷较大的用户，选择以燃气轮机作为冷热电联产能源利用方式具有潜在优势。

笔者通过调查国内外部分运行的冷热电联产系统发现，集成方式多种多样，根据需要选择性也相对灵活，主要方式包括：燃气轮机-锅炉并联、燃气轮机-余热锅炉型、燃气-蒸汽联合循环型、燃气轮机-直燃机型、燃气轮机-湿空气型等等。

具体应用方式如下：
1、燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组
此系统是一种“以电定热”的余热应用方式。

天然气进入燃气轮机做功，带动发电机发电；经燃气轮机做功后排出的高品位余热进入余热锅炉，经余热锅炉产生蒸汽并同时驱动吸收式冷水机，夏季供冷；另一部分锅炉蒸汽通过汽-水换热器供应全年生活热水。

冬季供热水由天然气锅炉供应。

此系统可作为楼宇夏季电力供应的高峰负荷，补足电力的短缺；燃气轮机废气用于吸收式冷水机的夏季供冷，起着电力削峰作用，且燃气轮机余热可充分利用，但冷水机在冬季就停用，全年设备利用率不高；冬季供暖热水由天然气热水锅炉单独供应，无余热利用，致使锅炉容量大，热负荷负担重，设备投资较大。

该方案适合在城市中心区域作为大楼自备电与小规模冷暖供应。

例如，日本东京芝浦区东京燃气公司高层建筑内设置了2台1000kw的燃气轮机发电机组，作为该大楼的自备电，向周围（及自身）大楼供暖和供应热水；并安装了2台溴化锂吸收式冷水机，装机容量约17mw，利用该
蒸汽生产冷水向用户供冷。

2、燃气轮机+天然气直燃型溴化锂吸收型冷热水机
天然气进入燃气轮机做功，带动发电机发电；经燃气轮机做功后排出的高品位余热进入直燃机预热高压发生器的吸收剂溶液，使天然气燃料用量大幅度降低；燃气轮机排出的多余尾气，通过气-水热交换器，向建筑楼宇提供生活热水，不足时由直燃机提供。

直燃机夏供冷，冬供暖并可提供生活热水。

此系统燃气轮机供应高峰电力负荷；直燃机夏供冷有电力削峰作用，冬供暖，设备利用率高。

但直燃机只能部分利用余热，因而综合热效率不高。

同时，采用小型或微型燃气轮机单循环发电装置时，由于冬季电力需求减少，燃气轮机出力不足，余热量减少，发电效率降低，一次能源利用率相对更低。

上海华夏宾馆地处徐汇区漕河泾商业区，2005年对宾馆进行分布式能源系统的改造，新引入2240kw 燃气内燃机发电机组，1台330 usrt燃气直燃溴化锂冷暖机组，1台600 usrt燃气直燃溴化锂冷暖机组，1台3t/h天然气生活锅炉。

按照“以热定电并网不上网，不足电力由电网补充”的设计原则，系统配置的燃气内燃气机在额定功率状态下，每台在输出240 kw 电功率的同时又可产出402 kw 的热功率，其额定热电比值为1.67，热电总效率达到86％以上。

宾馆的空调系统将原来的低效率的蒸汽溴化锂制冷机组改为天然
气直燃型冷暖机组。

容量由原来的两台580 usrt改为1600 usrt 1台330 usrt．这样制冷机组的制冷效率提高约30%。

由于厨房、家
宴工厂内的用热设备改造困难因此系统中另外配置1台3t／h天然气蒸汽锅炉，按原有方式单独为这些部门供应蒸汽，同时，也作为在发电机组故障或检修时对热水系统进行补充和调节。

3、燃气轮机+天然气型直燃机+电动压缩式热泵
天然气进入燃气轮机做功，带动发电机发电，电力主要用于驱动电动压缩式热泵机组，部分电力用于大楼的动力及照明。

直燃机和余热锅炉采用燃气轮机排出的高温烟气，进入直燃机的高温烟气用于吸收剂溶液进入高压发生器前的预热，以减少天然气燃料耗量，承担夏季供冷，冬季供暖；余热锅炉内高压蒸汽经汽-水换热器后供应生活热水。

此系统采用自身的燃气轮机发电电力，用于电动压缩式热泵的夏季供冷，是对直燃机夏季承担的冷负荷的一个补充。

冬季供暖时，利用电动压缩式热泵供暖，可以起着“以电补热”，从而保持燃气轮机发电基本负荷不变。

4、燃气轮机+余热锅炉+蒸汽轮机+制冷机或热泵装置
此系统采用两台燃气轮机并联方式，其中一台燃气轮机发电，与该汽轮机排出的烟气进入余热锅炉产生蒸汽再进入一台背压式蒸汽轮机-发电机所发的电一起，共同承担大楼的电力负荷；另一台燃气轮机直接驱动压缩式冷水机组（或热泵），与蒸汽轮机排出的余热驱动的吸收式冷水机，共同承担大楼的供冷负荷。

冬季蒸汽轮机排出的背压蒸汽供暖使用。

该系统燃气轮机与蒸汽轮机共同发电，而蒸汽轮机利用燃气轮机排出的高品位余热发电；蒸汽轮机的余热蒸汽或抽汽又用于驱动吸收式冷水机夏季供冷或冬季供暖，形
成良性的能源梯级利用。

广州大学城分布式能源站位于广州大学城二期，冷、热、电能三联供系统，是目前全国最大的分布式能源站，能源站采用高效的燃气-蒸汽联合循环发电，以溴化锂蒸汽制冷，利用烟气余热制备生活热水，设计能源梯级利用效率为80%。

项目投产后，可替代同等容量的小火电机组，每年可减少温室气体二氧化碳的排放 24 万吨，减少二氧化硫排放 6000 吨。

该工程燃气轮机发电机组为美国普惠公司的ft8-3 swift pac双联机组(60mw)；余热锅炉为两台中压和低压蒸汽带自除氧、尾部制热水、卧式自然循环、无补燃型、露天布置的余热锅炉；蒸汽轮机发电机组分别选用一套带调整抽汽的抽汽凝汽式蒸汽轮机发电机组和一套双压补汽式蒸汽轮机发电机组，配套18mw 和25mw 发电机各一台。

系统输入一次能源后，经燃气轮机发电机组发电、蒸汽轮机发电机组发电、余热锅炉供低压蒸汽和利用余热锅炉尾部烟气制备热媒水几个环节，实现了一次能源的梯级利用，高品位的一次能源用于发电，低品位的高温烟气用于二次发电和供热制冷，系统的综合能源利用效率达到78%。

而且经余热利用后，余热锅炉排烟温度由140℃降至90℃左右，对环境的影响降至最低。

综上所述，合理的燃气轮机冷热电联供系统，只要选择正确，一定会从根本上实现节能减排，并可实现最小的投资资最大的回报。