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天然气冷热电三联供系统基本原理是温度对口、梯级利用,其原理如图所示。首先洁净的天然气在燃气发电设备内燃烧产生高温高压的气体用于发电做功,产出高品位的电能,发电做功后的中温段气体通过余热回收装置回收利用,用来制冷、供暖,其后低温段的烟气可以通过再次换热供生活热水后排放。通过对能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右,大量节省了一次能源。

天然气冷热电三联供的特点

天然气冷热电三联供系统具有节能、减排、经济、安全、削峰填谷、促进循环经济发展等多种不可替代的优势。

● 提高能源综合利用效率

天然气冷热电三联供的节能不是单纯的设备或工艺的节能,而是整个供能系统的节能。由于系统建在用户现场或邻近,减少了能源输运过程的损失。以供电为例,大型电厂远离用户,通过高压输变电网的逐级降压后进入配电网,再分配给低压用户,远距离输电损失一般占到总发电量的5%-10%,配电网中的电能损耗更大。分布式能源不仅避免了输配电损失,还应用了能量梯级利用原理,先发电,再利用余热,体现了由能量的高品位到低品位的科学用能,且使一次能源综合利用效率和效益大幅度提高。

● 降低排放,保护环境

由于采用清洁燃料,大量减少了烟气中温室气体和其它有害成分,一次能源综合利用率的提高和当地的各种可再生能源的利用进一步起到减排效果。据测算,在满足同样电热负荷条件下,天然气分布式供能方式与传统燃煤发电分供方式比较,CO2排放可降低约50%。近年来,脱氮及温室气体捕获利用技术的发展可以使分布式供能系统满足各种严格的环保标准。

● 良好的经济性

与大型天然气集中发电,特别是与燃煤电厂相比,天然气冷热电三联供首先用天然气生产了高价值的电力,又将余热用于供冷供热或工业蒸汽负荷,创造了比前者更加显著的经济效益。如果站在国家宏观能源经济的层面上,同时考虑优化能源结构,为电力和天然气供应削峰填谷,以及增强城市电网供电安全性等方面的贡献,天然气冷热电三联供系统所带来的附加经济价值是可观的。

● 提高能源供应的安全性

传统的集中供电依赖于大电网、高电压输变电系统,系统中一处故障可能造成严重影响,也可能引起大面积的停电。近年来我国的低温、雨雪冰冻灾害和国外如美国、欧洲、东南亚地区发生的大面积停电事故,不断提高人们对供能安全重要性的认识。分布式能源在大电网出现突发事件时可以维持当地继续供电,减缓了地方对集中供电系统的过分依赖,还可以根据用户负荷的特殊需求采用调节手段提高供电质量。

● 改善能源使用结构

天然气冷热电三联供系统对电力与燃气供应的削峰填谷是其重要的功能。如北京等大城市夏季多采用电制冷,冬季用燃气锅炉供热,电力及燃气供应存在很大的季节性峰谷差,以2007年以来的北京为例,采暖季天然气耗量可占全年用气量80%,冬夏燃气供应量峰谷差达到8:1以上,而制冷季空调耗电占总电负荷的40%,电力峰谷差接近2:1。采用三联供分布式能源系统,发电余热可用于供热和制冷,既能减小电空调造成的供电高峰,又填补了燃气供应在夏季的低谷,缓解了各自的峰谷差,是供能需求侧管理的有效手段,有利于能源供应的可持续发展。

天然气冷热电三联供的特点

天然气冷热电三联供分布式能源的应用非常广泛,原则上可应用于任何有稳定电、热(冷)负荷和天然气气源供应的地方,无论负荷规模的大小和当地有无公用电网。不同类型用户的天然气冷热电三联供在系统规模上有较大差异。根据系统的规模可大致分为楼宇型、区域型两种类型。

楼宇型系统主要针对楼宇单一类型的用户,建筑规模相对较小,系统比较简单,用户的用能特点和规律差异不大。这类联供系统目前应用数量最多,建筑面积在一般在几十万平米以内,用户类型包括办公楼、商场、酒店、医院、学校、居民楼等等。

区域型指在一定区域内多种功能建筑构成的建筑群,建筑群各组成部分的能量需求有显著差异,不同功能建筑的负荷种类、用能规律、负荷曲线都有所不同。该类型系统规模较大总建筑面积可为几十万到一、二百万平米。用户类型包括商务区(含商场、酒店、办公等)、金融区(金融中心、办公等)、机场、火车站、大学城、新城(含部分住宅)、综合社区等。

国内外天然气冷热电三联供的潜在市场十分广阔,包括居民建筑和公用建筑节能、老电厂与供热厂的设备更新和扩容改造、具有高负荷密度的数据中心、区域供热供冷、工业园与经济开发区的能源中心等,应用范围向小型化和规模化的两级扩展,以发挥更大的全社会的效益。我国正处在工业化和城镇化的发展进程中,有利于同步进行区域总体规划和分布式能源规划,建设更多的区域型或大规模的分布式能源系统,发挥分布式能源的规模效益,为实现节能减排目标提供更有利条件。