分布式燃气冷热电三联产的设计
班级：电气13-4班学号04131586 姓名：仓传林
一、简介
分布式燃气冷热电三联产系统（DES/CCHP系统）是一种建立在能量梯级利用概念基础上，以天然气为一次能源，同时产生电能和可用热（冷）能的分布式供能系统。

作为能源集成系统，冷热电联产系统按照功能可分成三个子系统：动力系统（发电）、供热系统（供暖、热水、通风等）和制冷系统（制冷、除湿等）。

目前多采用燃气轮机或燃气内燃机作为原动机，利用高品位的热能发电，低品位的热能供热和制冷，从而大幅度提高系统的总能效率，降低了燃气供应冷热电的成本。

联产技术的具体应用取决于许多因素，包括：电负荷大小，负荷的变化情况、空间的要求、冷热需求的种类及数量、对排放的要求、采用的燃料、经济性和并网情况等。

二、发展条件
1．供能系统分布化趋向；
2．天然气使用推广；
3．电力和天然气的季节性峰谷差；
4．能源利用效率的要求。

三、设计方法
（一）设计的原则与要求
DES/CCHP系统在系统设置、负荷匹配合理的情况下，冷热电联产系统的优越性才能真正体现出来。

根据国内外分布式冷热电联产系统应用的经验，设计时必须注意的问题为：
1.严格按设计流程先进行方案设计；
2.准确预测冷热电负荷及负荷变化规律；
3.根据负荷规律合理确定运行方式；
4.合理选择发电机组类型和容量；
5.最终优化设计冷热电系统。

DES/CCHP系统设计通常依据下述原则：一种是以电定冷（热），即根据建筑配电负荷来确定发电机功率，根据发电机尾气余热来配套制冷和制热设备，这种方式注重了余热回收效率，再考虑楼宇冷热负荷要求；另一种方式是以热（冷）定电，即根据建筑的冷热负荷确定发电机功率。

由于项目对能源的需求主要是电力、采暖、制冷和生活热水，其中热力和制冷一般是无法得到外部支持的，而电力可以依靠电网补充，所以在燃气发电装置的选择上，主要依照“以热（冷）定电”的原则，这样可以兼顾余热利用效率和楼宇能源负荷，综合性能好。

（二）主要设计流程
1．根据建筑种类和建筑规模确定冷、热、电的需求量及日、月负荷规律。

2．确定三联产系统冷热点供应量，提供选型依据。

3．确定动力系统发电机种类、发电容量、发电效率。

4．确定系统余热利用量及方式。

5．设定余热系统运行参数。

6．设定冷热电联产系统运行参数。

7．确定系统运行方式。

8．确定技术及经济指标。

包括年发电量、年余热量、年燃料消耗量、余热利用量、余热利用率、系统总效率等。

9．与其他供能方式的技术经济指标进行比较，看是否满足要求。

10．若满足要求，则最终确定系统方案，准备进入施工阶段。

若不满足要求，则重新进行机组的选型，调整技术经济指标，直至满足要求为止。

（三）对环境影响最小
冷热电联产是环保型能源供应系统，天然气燃烧设备的排放指标本来就很小，再加上一些低氮处理技术，可使氮氧化物的排放值降得很低。

但发电机噪声和振动的危害应在系统设计时合理解决。

（四）发电机组优化配置宁小勿大
当建筑物的冷热电负荷预测有难度时，应本着宁小勿大的原则确定发电机发电能力和余热利用能力，电力不足部分由市电补充，热、冷不足部分由直燃机或锅炉+ 吸收式制冷机补充，以保证三联产系统的经济性。

以避免出现由于设备选择过大、系统长期低效运行的不利情况。

（五）发电系统稳定供电与市电并网
冷热电联产系统的稳定经济运行取决于发电机与市电的并网运行，对于> 100 kW的发电机应争取与市电并网，以提高供电的稳定性、连续性和系统运行的经济性。

从发电机设备看，发电机的控制系统能够保证发电电压、频率与并联在一起的市电侧完全相同，且不对市电构成危害，市电侧及发电机侧均可采取措施保证相互的安全。

（六）冷热电负荷的准确预测
冷热电负荷的目标是：根据建筑类型、使用规律、建筑围护结构、窗墙比、当地气象条件等预测冬季热负荷和夏季冷负荷月日规律及其峰谷值；分析建筑物各种用电负荷的特点，分别预测电负荷在冬季、夏季和过渡季的月日规律以及峰谷值；详细分析冷热电负荷在一年四季的匹配规律，以便确定合理的发电机容量及系统的运行方式。

冷热电负荷的预测有三种基本的方法，在实际计算时可根据具体条件选择使用：
第一种方法是根据现有的建筑规范和建筑物特征，通过对建筑的各组成元素如建筑围护结构（墙体、屋面、门窗）的传热系数、体形系数、窗墙比、遮阳，以及采暖、空调、照明设备最小能效指标等规定计算出一个限值。

第二种方法是在现有建筑的改造项目中，可根据历史记录的负荷数据，进行进一步的数据分析与计算，采用一定的计算模型对当前建筑负荷的需求量进行估计和预测。

以上两种方法计算方法明确，客观，能够比较广泛地从各个侧面反映了建筑的综合能耗性能，而且可以方便的转化为经济指标，直接与建筑运行的成本相关联，比较容易被接受和运用。

第三种方法是使用计算机专业软件对建筑及其能耗系统进行模拟，这是建筑能耗系统效率评价和建筑节能标准规范一致性评估的一种有效方法，针对性好，计算精度高。

但以此为基础的众多评价工具，大多是针对建筑师或暖通设备工程师等专业人员设计，建筑的实际使用者或者业主、物业管理等不具备建筑能源系统相关专业知识的人员，则无法通过这种方式对自己的房屋能耗状况有一个基本的了解。

这种方法和第一种方法适合在建筑的设计初期使用，使用期中可与第二种方法得到的数据进行比较修正。

（七）系统构成模式选择
典型分布式燃气冷热电三联产系统一般包括：动力系统和发电机（供电）、余热回收装置（供热）、制冷系统（供冷）等。

针对不同的用户需求，系统方案的可选择范围很大，在系统构成方式和各设备选型时应全面考虑。

四、医院冷热电三联产的设计
（一）方案能源配置的原则
以电力负荷定容量，不足冷量由电制冷补充，不足热量由城市热网补充；电力并网不上网。

因此燃气发电装置的功率选择原则是：平均负荷+尖峰负荷接近或小于医院要求的电力负荷，并具有较大的调节灵活性。

（二）技术方案
方案设计范围是：医院全年用电、冬季供暖、夏季病房楼制冷。

医院其他区域的夏季制冷沿用原有的电制冷方式及设备，不作改动。

根据以上设计范围，本方案拟选用2台燃气轮机发电机组，1台为平均负荷机组，1台为基本负荷机组。

2台机组根据电负荷需要分时段运行，为整个医院提供基本负荷，不足部分由城市电网补充；产生的蒸汽一部分用于供暖及制取生活热水，一部分用于制冷，一部分用于卫生消毒及蒸煮。

供暖不足部分由城市热网补充，蒸汽不足部分由燃气锅炉产生的蒸汽补充。

多余的部分热量可送入城市热网，这里城市热网还起到蓄热的作用。

图1是本方案的工艺流程总图。

（三）运行方案
热电冷三联产方案的经济性主要取决于机组怎样运行，合理的运行方案可减少能源损失，降低能耗，创造最大效益。

运行方案由医院每天各时段的热、电、冷负荷决定。

根据本方案的设计原则，电负荷决定了机组的运行时段及台数，蒸汽需要量决定了燃气锅炉的运行时间，热和电的缺口可随时由城市热网及电网补充。

医院每天分时段的用电负荷情况如图 2所示。

（四）设备选型
1、燃气轮机发电机组 ( 见表1)
平均负荷机组 尖峰（基本）负荷机组
数量/台 1 1
型号 GPC10D GPC06D
发电量(15℃时 )/ kW 1000 610
产生蒸汽/(t/ h) 3. 58 2. 48
天然气消耗量/ (h /m 3)
396 280 注 : 燃气轮机发电机组自带余热锅炉。

2、蒸汽溴化锂吸收式制冷机组
燃气轮机发电机组选定后再选择机组的外围设备。

可以有两种不同的方式来利用燃气轮机的排烟：一种方式是燃气轮机的排烟进入余热锅炉产生蒸汽。

夏季，蒸汽进入蒸汽溴化锂吸收式制冷机组制取冷水，向用户提供冷量，冷量不足时启动辅助电制冷机（或燃气直燃机）供冷；冬季，蒸汽进入换热器制取热水，向用户提供部分热量，不足部分由城市热网补充。

另一种方式是燃气轮机的排烟直接进入烟气溴化锂吸收式冷热水机组。

夏季，烟气溴化锂吸收式冷热水机组用于制冷，向用户提供冷水，冷量不足时进行补燃，产生更多的烟气用于制冷，冬季，烟气溴化锂吸收式冷热水机组用于制热，向用户提供热水，不足热量由城市热网补充。

采用蒸汽溴化锂吸收式制冷机组的热电联产需要一些辅助设备，如余热锅炉、换热器等，而采用烟气溴化锂吸收式冷热水机组不需要其他大型的辅助设备。

总体来讲，采用蒸汽溴化锂吸收式制冷机组的热电联产初投资略高于采用烟气溴化锂吸收式冷热水机组的热电联产。

图 1 工艺流程总图
图 2 医院每天分时段用电负荷示意图表 1 燃气轮机发电机组参数。