天然气三联供节能浅析
朱俊鹏
【摘 要】随着生态文明建设程度的不断深入，对能源的清洁性、高效性以及多元性的利用成为建设的重点。为此，必须对传统的能源利用方式进行优化。天然气三联供系统是一种新型能源利用系统，以能量的梯级利用概念为基础，实现了对能源高效、清洁性的利用，极大地弥补了传统能源利用方式的不足。论文主要对天然气三联供系统进行了介绍，同时重点分析该系统的节能性。
【Abstract】 With the deepening of ecological civilization construction， the utilization of clean， high efficiency and diversity of energy has become the focus of construction. Therefore， the traditional way of using energy must be optimized. Natural gas CCHP system is a new energy system， based on the concept of cascade utilization of energy， the efficiency and clean utilization is realized， which greatly compensates for the shortage of traditional energy utilization methods. This paper mainly introduces the natural gas CCHP system， and analyzes the energy saving characteristic of the system.
【关键词】天然气三联供系统；节能；评价指标
【Keywords】natural gas CCHP system； energy saving； evaluation index
【中图分类号】U473.2+4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0167-02
1 引言
能源结构与方式的落后，使得我国能源浪费情况比较严重，极大地降低了能源利用效率。同时，化石能源的燃烧也对我国的生态环境产生了严重影响，导致我国出现了经济发展与能源利用形式严重不相符的局面。而天然气三联供系统的研发与应用，极大地改变了这一局面。该系统利用能量梯级利用形式，将能源燃烧产生的能量以梯度的形式进行分级利用，不仅极大地增强了能源利用率，同时也提高了能源利用的清洁性，降低了二氧化碳等污染物的排放量。可以说天然气冷热电三联供系统的应用，为能源的科学利用开拓了一条新的途径。
2 天然气三联供系统简介
天然气三联供系统即冷热电三联供系统，其基本概念为能源梯级利用概念，是一种整合制冷、供热与发电功能的多连供系统。天然气三联供系统的工作过程为：首先，利用燃料进行发电；其次，将发电过程中产生的高温烟气用于制冷；最后，将烟气的残余热量用于加热生活用水。由此可见，天然气三联供系统对能源的利用比较彻底，利用效率较高，而且能够在很大程度上节约能源。与此同时，该系统也有着比较高的经济效益与社会效益[1]。因此，天然气三联供系统对于有着同时使用冷热电需求的场所十分适用。例如：居民楼、宾馆等。此外，在用电高峰期，该系统也可以在很大程度上缓解供电压力。相比传统的能量利用方式，节能性、环保性与经济性是天然气冷热电三联供系统的主要优势，其不仅能够增强能源利用效率，还可以降低环境污染，为我国能源利用行业指出了一条科学的发展道路。
3 该系统的节能性分析
节能性是天然气三联供系统的主要优势，也是其先进性的重要评价指标。该系统的节能性主要是因为天然气梯级利用的高效性，相比传统供电方式，有着更好的供电效率。具体来说：在对同一个供电区域进行同等负荷的供电时，采取三联供系统之后，一年之内节约的一次能源消耗量为：
其中，RPEC——节能率，%；TotPEC——天然气三联供系统一年内一次能源消耗量，MJ；TotPECcorw——传统供能系统一年内一次能源消耗量，MJ。
为了更好地对天然气冷热电三联供系统的节能性质进行评价，本文就以下六个方面为评价指标进行具体分析：
①发电效率。在对天然气三联供系统进行节能分析时，通常情况下是以年平均发电效率为评价指标[2]。特殊情况下，评价指标也可以采用除辅助设备外，系统耗电量的有效发电效率。
其中，RGen——发电效率，%；TotEGen——年发电量，MJ；TotEfuel——年燃料消耗量，MJ。
②负荷率。天然气冷热电三联供系统的负荷率即指其实际发电量与额定发电量二者的比例。通常情况下，在系统运行的负荷率比较低时，其发电效率也会受影响而降低。因此，不提倡该系统长期处在低负荷运行的状态下。
其中，RLoad——系统负荷率，%；EGen——发电量，MJ；GenInv——发电机的容量，kW；TGen——系统运行时间，h。
③余热利用率。系统的余热利用率即指在余热的实际利用量与系统余热回收量之间比值。简单来说，即空调与生活用水加热所利用的热量占整个系统回收热量的比值[3]。因此，在评价系统节能性与经济性方面，均必须在设计系统设备容量、型号以及系统运行策略时，重点关注系统的余热利用率。
其中，RHeat——系统余热利用率，%；Hused——系统余热实际利用量，MJ；Hrecovery——系统余热的回收量，MJ。
④综合效率。系统综合效率即指系统的一次能源利用率，是系统总输出能量與一次能源消耗量之间的比重，而系统总输出能量包括发电量与余热回收量。普通的发电供电系统，其一次能源利用率通常在41%左右，而三联供系统的一次能源利用率能够达到72%甚至以上。由此可见，天然气三联供系统的综合效率相较于普通发电系统要更高。系统综合效率这一评价指标，主要取决于发电效率与系统余热的实际利用率。其中，系统的0余热利用效率取决于系统中余热利用设备的效率，而系统回收热能的品位制约又直接影响着余热利用设备的效率，尤其是制冷过程，热能品位直接影响着系统余热回收设备的COP。
其中，Roverall——综合效率，%；Efuel——系统能源消耗量，MJ。
⑤系统满负荷运转时间。系统满负荷运转时间即指在一年时间内，系统发电机满负荷运转的小时数。满负荷运转时间不仅是评价系统负荷率与年运行时间的重要指标，而且也直接影响着系统的经济性与节能性[4]。该系统在一年的时间内，满负荷运转时间最多为8760h，而民用建筑物中三联供系统的满负荷运转时间则为4000h左右，相比于长期处在运转状态下的工业或者商业用三联供系统，其初期投资会有比较长的回收期。
⑥系统依存率。系统依存率主要包括电力依存率与热依存率，其中电力依存率指的是该系统的发电量在建筑物用电需求总量中的占比，而热依存率即指系统余热的实际利用量在建筑物用热需求总量中的占比。但系統钻机容量比较小时，尽管余热利用率与综合效率比较高，但系统依存率却很小，导致系统整体的节能性较低[5]。所以，必须在确保系统发电效率、综合效率与余热利用率满足建筑物需求的前提下，最大程度上增强系统依存率。
其中，η——系统电力依存率，%；ηheat——系统热依存率，%；Lelec——一年内电力需求量，MJ；TotHused——一年内系统余热利用量，MJ；Lheat——一年内热需求量，MJ。
4 结语
本文在简单介绍了天然气冷热电三联供系统之后，分别就以下六个评价指标对三联供系统的节能性进行了研究：发电效率、负荷率、余热利用率、综合效率、系统满负荷运转时间以及系统的电力依存率与热依存率。总而言之，天然气三联供系统的应用，在极大地提高了我国能源利用效率的同时，实现了能源利用的科学性、清洁化。相比于传统的能源利用方式，三联供系统能够在同等能源的情况下，制造更多的可用能量，缓解高峰期用电压力，减少能源浪费。除此之外，该系统还可以很好的保护生态环境。天然气冷热电三联供系统的研发与应用，极大地改变了我国以往经济发展与能源利用不匹配的局面，为我国经济发展与生态建设提供了一定保障。
【参考文献】
【1】孙雅琼，阮应君，吴家正.不同天然气价格下建筑冷热电三联供系统的经济性分析[J].建筑节能，2014，42（12）：91-96.
【2】胡孟起，肖俊峰，种道彤，等.喷射式热泵在天然气冷热电三联供系统中的应用研究[J].中国电力，2015，48（12）：54-58.
【3】刘建勋，王荣印.天然气分布式冷热电三联供系统的节能绩效分析[J].山东工业技术，2016，25（19）：46.
【4】刘蕾，周萍，李鑫.分布式能源天然气冷热电三联供系统10万m2办公建筑模拟分析[J].建筑节能，2013，41（01）：29-30.
【5】李树旺，王创创，毛玲玲，等.采用燃气—蒸汽联合循环冷热电三联供能源系统在焦炉煤气制液化天然气工厂的应用研究[J].中国能源，2012，34（11）：21-26+16.
【摘 要】随着生态文明建设程度的不断深入，对能源的清洁性、高效性以及多元性的利用成为建设的重点。为此，必须对传统的能源利用方式进行优化。天然气三联供系统是一种新型能源利用系统，以能量的梯级利用概念为基础，实现了对能源高效、清洁性的利用，极大地弥补了传统能源利用方式的不足。论文主要对天然气三联供系统进行了介绍，同时重点分析该系统的节能性。
【Abstract】 With the deepening of ecological civilization construction， the utilization of clean， high efficiency and diversity of energy has become the focus of construction. Therefore， the traditional way of using energy must be optimized. Natural gas CCHP system is a new energy system， based on the concept of cascade utilization of energy， the efficiency and clean utilization is realized， which greatly compensates for the shortage of traditional energy utilization methods. This paper mainly introduces the natural gas CCHP system， and analyzes the energy saving characteristic of the system.
【关键词】天然气三联供系统；节能；评价指标
【Keywords】natural gas CCHP system； energy saving； evaluation index
【中图分类号】U473.2+4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0167-02
1 引言
能源结构与方式的落后，使得我国能源浪费情况比较严重，极大地降低了能源利用效率。同时，化石能源的燃烧也对我国的生态环境产生了严重影响，导致我国出现了经济发展与能源利用形式严重不相符的局面。而天然气三联供系统的研发与应用，极大地改变了这一局面。该系统利用能量梯级利用形式，将能源燃烧产生的能量以梯度的形式进行分级利用，不仅极大地增强了能源利用率，同时也提高了能源利用的清洁性，降低了二氧化碳等污染物的排放量。可以说天然气冷热电三联供系统的应用，为能源的科学利用开拓了一条新的途径。
2 天然气三联供系统简介
天然气三联供系统即冷热电三联供系统，其基本概念为能源梯级利用概念，是一种整合制冷、供热与发电功能的多连供系统。天然气三联供系统的工作过程为：首先，利用燃料进行发电；其次，将发电过程中产生的高温烟气用于制冷；最后，将烟气的残余热量用于加热生活用水。由此可见，天然气三联供系统对能源的利用比较彻底，利用效率较高，而且能够在很大程度上节约能源。与此同时，该系统也有着比较高的经济效益与社会效益[1]。因此，天然气三联供系统对于有着同时使用冷热电需求的场所十分适用。例如：居民楼、宾馆等。此外，在用电高峰期，该系统也可以在很大程度上缓解供电压力。相比传统的能量利用方式，节能性、环保性与经济性是天然气冷热电三联供系统的主要优势，其不仅能够增强能源利用效率，还可以降低环境污染，为我国能源利用行业指出了一条科学的发展道路。
3 该系统的节能性分析
节能性是天然气三联供系统的主要优势，也是其先进性的重要评价指标。该系统的节能性主要是因为天然气梯级利用的高效性，相比传统供电方式，有着更好的供电效率。具体来说：在对同一个供电区域进行同等负荷的供电时，采取三联供系统之后，一年之内节约的一次能源消耗量为：
其中，RPEC——节能率，%；TotPEC——天然气三联供系统一年内一次能源消耗量，MJ；TotPECcorw——传统供能系统一年内一次能源消耗量，MJ。
为了更好地对天然气冷热电三联供系统的节能性质进行评价，本文就以下六个方面为评价指标进行具体分析：
①发电效率。在对天然气三联供系统进行节能分析时，通常情况下是以年平均发电效率为评价指标[2]。特殊情况下，评价指标也可以采用除辅助设备外，系统耗电量的有效发电效率。
其中，RGen——发电效率，%；TotEGen——年发电量，MJ；TotEfuel——年燃料消耗量，MJ。
②负荷率。天然气冷热电三联供系统的负荷率即指其实际发电量与额定发电量二者的比例。通常情况下，在系统运行的负荷率比较低时，其发电效率也会受影响而降低。因此，不提倡该系统长期处在低负荷运行的状态下。
其中，RLoad——系统负荷率，%；EGen——发电量，MJ；GenInv——发电机的容量，kW；TGen——系统运行时间，h。
③余热利用率。系统的余热利用率即指在余热的实际利用量与系统余热回收量之间比值。简单来说，即空调与生活用水加热所利用的热量占整个系统回收热量的比值[3]。因此，在评价系统节能性与经济性方面，均必须在设计系统设备容量、型号以及系统运行策略时，重点关注系统的余热利用率。
其中，RHeat——系统余热利用率，%；Hused——系统余热实际利用量，MJ；Hrecovery——系统余热的回收量，MJ。
④综合效率。系统综合效率即指系统的一次能源利用率，是系统总输出能量與一次能源消耗量之间的比重，而系统总输出能量包括发电量与余热回收量。普通的发电供电系统，其一次能源利用率通常在41%左右，而三联供系统的一次能源利用率能够达到72%甚至以上。由此可见，天然气三联供系统的综合效率相较于普通发电系统要更高。系统综合效率这一评价指标，主要取决于发电效率与系统余热的实际利用率。其中，系统的0余热利用效率取决于系统中余热利用设备的效率，而系统回收热能的品位制约又直接影响着余热利用设备的效率，尤其是制冷过程，热能品位直接影响着系统余热回收设备的COP。
其中，Roverall——综合效率，%；Efuel——系统能源消耗量，MJ。
⑤系统满负荷运转时间。系统满负荷运转时间即指在一年时间内，系统发电机满负荷运转的小时数。满负荷运转时间不仅是评价系统负荷率与年运行时间的重要指标，而且也直接影响着系统的经济性与节能性[4]。该系统在一年的时间内，满负荷运转时间最多为8760h，而民用建筑物中三联供系统的满负荷运转时间则为4000h左右，相比于长期处在运转状态下的工业或者商业用三联供系统，其初期投资会有比较长的回收期。
⑥系统依存率。系统依存率主要包括电力依存率与热依存率，其中电力依存率指的是该系统的发电量在建筑物用电需求总量中的占比，而热依存率即指系统余热的实际利用量在建筑物用热需求总量中的占比。但系統钻机容量比较小时，尽管余热利用率与综合效率比较高，但系统依存率却很小，导致系统整体的节能性较低[5]。所以，必须在确保系统发电效率、综合效率与余热利用率满足建筑物需求的前提下，最大程度上增强系统依存率。
其中，η——系统电力依存率，%；ηheat——系统热依存率，%；Lelec——一年内电力需求量，MJ；TotHused——一年内系统余热利用量，MJ；Lheat——一年内热需求量，MJ。
4 结语
本文在简单介绍了天然气冷热电三联供系统之后，分别就以下六个评价指标对三联供系统的节能性进行了研究：发电效率、负荷率、余热利用率、综合效率、系统满负荷运转时间以及系统的电力依存率与热依存率。总而言之，天然气三联供系统的应用，在极大地提高了我国能源利用效率的同时，实现了能源利用的科学性、清洁化。相比于传统的能源利用方式，三联供系统能够在同等能源的情况下，制造更多的可用能量，缓解高峰期用电压力，减少能源浪费。除此之外，该系统还可以很好的保护生态环境。天然气冷热电三联供系统的研发与应用，极大地改变了我国以往经济发展与能源利用不匹配的局面，为我国经济发展与生态建设提供了一定保障。
【参考文献】
【1】孙雅琼，阮应君，吴家正.不同天然气价格下建筑冷热电三联供系统的经济性分析[J].建筑节能，2014，42（12）：91-96.
【2】胡孟起，肖俊峰，种道彤，等.喷射式热泵在天然气冷热电三联供系统中的应用研究[J].中国电力，2015，48（12）：54-58.
【3】刘建勋，王荣印.天然气分布式冷热电三联供系统的节能绩效分析[J].山东工业技术，2016，25（19）：46.
【4】刘蕾，周萍，李鑫.分布式能源天然气冷热电三联供系统10万m2办公建筑模拟分析[J].建筑节能，2013，41（01）：29-30.
【5】李树旺，王创创，毛玲玲，等.采用燃气—蒸汽联合循环冷热电三联供能源系统在焦炉煤气制液化天然气工厂的应用研究[J].中国能源，2012，34（11）：21-26+16.
