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摘 要： 近几年来我国对环境问题越来越重视，节能减排力度越来越大，天然气作为清洁能源的优点日益突出。本文结合天然气特点及冷热电联产技术原理，阐述推广使用冷热电联产技术的重要性。
关键词： 冷热电联产技术 节能减排 天然气
天然气具有洁净、高效、储量丰富、价格稳定等特点，但天然气剩余可采储量有限，如何合理利用是首要问题。燃气作为燃料燃烧，在产生效率提供动力的同时，排放出大量的余（废）热。余（废）热的回收利用是现代城市能源合理利用规划中不可忽视的，具有重大经济、环保效益。目前，余（废）热的利用方式很多，如工业用窑炉的高温余（废）热、发电厂的中低温余（废）热等利用系统。而冷热电联产方式，是余（废）热利用中最主要的表现形式。
一、冷热电联产技术概述
传统的集中式供能系统采用大容量设备集中生产，然后通过专门的输送设施（大电网、大热网等）将各种能量输送到较大范围的众多用户。冷热电联产是分布式能源的一种主要形式，冷热电联产系统是位于或临近负荷中心的，能够提供能源的生产、存储、转换及相关服务的小型系统。冷热电联产技术，可实现冷、热、电联产，大幅度提高能源利用率，减少碳排放，改善城市环境，在工业发达国家得到迅速发展。
冷热电联产技术，将燃气涡轮发电机与直燃机组合，效率可提高40%。并且，冷热电联产技术的意义不仅在于节能，更是一场能源产业的革命：散布在千万座楼宇中的小型涡轮发电机，是国民经济、国家安全至关重要而又极为脆弱的纽带大电网，不再孤立而笨拙。大电网与分散的小型发电机并存被公认为投资省、能耗低、可靠性高的能源系统，是21世纪的能源供给主流发展方向。
二、冷热电联产系统工作原理
以天然气为一次能源的分布式冷、热和电（Combined Cooling Heat and Power）三联产系统（简称CCHP系统）是以能量的梯级利用为基础，同时为用户提供冷、热和电的一种分布式能源系统。天然气CCHP系统的热动力设备主要有燃气轮机、燃气内燃机、微型燃气轮机、燃料电池和燃气外燃机等。
燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：燃气轮机、压气机（空气压缩机）、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转，带动发电机发电，乏气被继续利用。图1为典型的燃用天然气的燃气轮机为驱动动力的建筑（楼宇）冷热电三联产常规应用方式。
该系统工作过程为：天然气能源进入燃气轮机，带动发电机发电，一部分电力用于该建筑的动力及照明，另一部分电力用于驱动电动热泵。燃气轮机产生的高温烟气进入直燃机和余热锅炉，直燃机承担夏季供冷和冬季采暖，余热锅炉内高压蒸汽经汽-水热交换器后供该建筑的生活用水。
三、推广使用冷热电联产技术的重要性
1.提高能源利用率
CCHP系统安装在居民用户附近，是合理的能源梯度利用方式（如图2所示）。它不仅提供电力，还满足冷量和热能的要求，为分布式能源的广泛应用建立模型，并将大大缓解集中电网建设投资压力，避免远距离输配电损失。CCHP系统贴近用户进行能量转换，将温度向下利用，利用发电后的余热，不是用电来交换，而通过提高能源的综合利用率弥补发电的低效率。虽然CCHP系统设备的发电效率较低，但综合利用效率达到80%～90%。
2.缓解电力短缺
CCHP系统不仅能缓解电力短缺，平衡电力峰谷差，还能提高建筑供电的可靠性和安全性，避免电空调与电网争电的局面，有效改善电网负荷的不平衡性，提高发电厂设备的负荷率。CCHP系统利用燃气或发电余热制冷制热，填补了夏季燃气用量的严重不足，改善了电力和燃气不合理的能源结构状况。
3.安全可靠
CCHP系统提供了可靠的供电安全和品质保证，尤其是对供电安全和稳定性要求较高的用户，摆脱了电网拉闸限电、崩溃和意外灾害（如地震、风雪、人为破坏、战争等）等突发性事故带来的供电危机，避免了因停电造成的经济损失。CCHP系统一般采取并网方式设计，大电网与三联供发电机组互为备用，因此相当于用户增加了一路常用供电系统，提高了用户供电的可靠性；用户常规冷热的空调系统一般由电空调和锅炉组成，采用三联供系统后可以使用發电机的余热供冷或供热，对于用户来说，相当于在常规调峰设备以外增加了一套空调冷热源系统，对于使用电空调的用户，更是将供冷动力由原来的单一用电变为了可以同时用电和燃气，提高了用户的冷热供应可靠性。
4.良好的经济性
随着电力供应的日趋紧张，全国各地纷纷实行了峰谷电价。采用传统电空调除了增加电网的负担外，用户还承担着高额的运行费。采用CCHP系统利用发电后余热来供热供冷，整个系统能源效率提高，其能源供应成本大大下降，在能源价格不断增长的体系下具有良好的经济效益。
四、结语
我国目前正处在大发展中的过程。大机组、大电厂、大电网是主导方向，但分布式电源将不以人们的意志为转移，必将迅速发展。通常100MW以上的燃气轮为大型燃机，20-100MW为中型，20MW以下为小型，小于300MW的为微型燃机。小型燃机具有高效、清洁、经济、占地少、自动化水平高，适用分散建设和可靠等优势，因而发展很快。倪维斗院士在“能源的发展前景”报告中特别提出应积极鼓励和扶持燃气天然气的热、电、冷联供技术。目前我国北京、上海、广州已有一批分布式热、电、冷工程投入运行，取得了明显的经济效益、环保效益和社会效益。全国各省市必将积极推进天然气分布式热电冷联产系统试点工作。
参考文献：
[1]王武林，夏明.地方热电联产企业发展对策的探讨[J].煤气与热力，2004（9）.
[2]吴军.我国利用天然气发展分布式能源技术的探讨[J].化工技术经济，2005（4）.
[3]何语平，祝耀坤.采用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率[J].浙江电力，2004（3）.
[4]王涛.冷热电联产技术的探讨[J].应用能源技术，2010（3）.
[5]焦树健.论21世纪初发电行业发展所面临的几个技术热点问题[J].燃气轮机技术，2000（1）.
[6]周邦宁.燃气空调[M].北京.中国建筑工业出版社，2005.
关键词： 冷热电联产技术 节能减排 天然气
天然气具有洁净、高效、储量丰富、价格稳定等特点，但天然气剩余可采储量有限，如何合理利用是首要问题。燃气作为燃料燃烧，在产生效率提供动力的同时，排放出大量的余（废）热。余（废）热的回收利用是现代城市能源合理利用规划中不可忽视的，具有重大经济、环保效益。目前，余（废）热的利用方式很多，如工业用窑炉的高温余（废）热、发电厂的中低温余（废）热等利用系统。而冷热电联产方式，是余（废）热利用中最主要的表现形式。
一、冷热电联产技术概述
传统的集中式供能系统采用大容量设备集中生产，然后通过专门的输送设施（大电网、大热网等）将各种能量输送到较大范围的众多用户。冷热电联产是分布式能源的一种主要形式，冷热电联产系统是位于或临近负荷中心的，能够提供能源的生产、存储、转换及相关服务的小型系统。冷热电联产技术，可实现冷、热、电联产，大幅度提高能源利用率，减少碳排放，改善城市环境，在工业发达国家得到迅速发展。
冷热电联产技术，将燃气涡轮发电机与直燃机组合，效率可提高40%。并且，冷热电联产技术的意义不仅在于节能，更是一场能源产业的革命：散布在千万座楼宇中的小型涡轮发电机，是国民经济、国家安全至关重要而又极为脆弱的纽带大电网，不再孤立而笨拙。大电网与分散的小型发电机并存被公认为投资省、能耗低、可靠性高的能源系统，是21世纪的能源供给主流发展方向。
二、冷热电联产系统工作原理
以天然气为一次能源的分布式冷、热和电（Combined Cooling Heat and Power）三联产系统（简称CCHP系统）是以能量的梯级利用为基础，同时为用户提供冷、热和电的一种分布式能源系统。天然气CCHP系统的热动力设备主要有燃气轮机、燃气内燃机、微型燃气轮机、燃料电池和燃气外燃机等。
燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：燃气轮机、压气机（空气压缩机）、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转，带动发电机发电，乏气被继续利用。图1为典型的燃用天然气的燃气轮机为驱动动力的建筑（楼宇）冷热电三联产常规应用方式。
该系统工作过程为：天然气能源进入燃气轮机，带动发电机发电，一部分电力用于该建筑的动力及照明，另一部分电力用于驱动电动热泵。燃气轮机产生的高温烟气进入直燃机和余热锅炉，直燃机承担夏季供冷和冬季采暖，余热锅炉内高压蒸汽经汽-水热交换器后供该建筑的生活用水。
三、推广使用冷热电联产技术的重要性
1.提高能源利用率
CCHP系统安装在居民用户附近，是合理的能源梯度利用方式（如图2所示）。它不仅提供电力，还满足冷量和热能的要求，为分布式能源的广泛应用建立模型，并将大大缓解集中电网建设投资压力，避免远距离输配电损失。CCHP系统贴近用户进行能量转换，将温度向下利用，利用发电后的余热，不是用电来交换，而通过提高能源的综合利用率弥补发电的低效率。虽然CCHP系统设备的发电效率较低，但综合利用效率达到80%～90%。
2.缓解电力短缺
CCHP系统不仅能缓解电力短缺，平衡电力峰谷差，还能提高建筑供电的可靠性和安全性，避免电空调与电网争电的局面，有效改善电网负荷的不平衡性，提高发电厂设备的负荷率。CCHP系统利用燃气或发电余热制冷制热，填补了夏季燃气用量的严重不足，改善了电力和燃气不合理的能源结构状况。
3.安全可靠
CCHP系统提供了可靠的供电安全和品质保证，尤其是对供电安全和稳定性要求较高的用户，摆脱了电网拉闸限电、崩溃和意外灾害（如地震、风雪、人为破坏、战争等）等突发性事故带来的供电危机，避免了因停电造成的经济损失。CCHP系统一般采取并网方式设计，大电网与三联供发电机组互为备用，因此相当于用户增加了一路常用供电系统，提高了用户供电的可靠性；用户常规冷热的空调系统一般由电空调和锅炉组成，采用三联供系统后可以使用發电机的余热供冷或供热，对于用户来说，相当于在常规调峰设备以外增加了一套空调冷热源系统，对于使用电空调的用户，更是将供冷动力由原来的单一用电变为了可以同时用电和燃气，提高了用户的冷热供应可靠性。
4.良好的经济性
随着电力供应的日趋紧张，全国各地纷纷实行了峰谷电价。采用传统电空调除了增加电网的负担外，用户还承担着高额的运行费。采用CCHP系统利用发电后余热来供热供冷，整个系统能源效率提高，其能源供应成本大大下降，在能源价格不断增长的体系下具有良好的经济效益。
四、结语
我国目前正处在大发展中的过程。大机组、大电厂、大电网是主导方向，但分布式电源将不以人们的意志为转移，必将迅速发展。通常100MW以上的燃气轮为大型燃机，20-100MW为中型，20MW以下为小型，小于300MW的为微型燃机。小型燃机具有高效、清洁、经济、占地少、自动化水平高，适用分散建设和可靠等优势，因而发展很快。倪维斗院士在“能源的发展前景”报告中特别提出应积极鼓励和扶持燃气天然气的热、电、冷联供技术。目前我国北京、上海、广州已有一批分布式热、电、冷工程投入运行，取得了明显的经济效益、环保效益和社会效益。全国各省市必将积极推进天然气分布式热电冷联产系统试点工作。
参考文献：
[1]王武林，夏明.地方热电联产企业发展对策的探讨[J].煤气与热力，2004（9）.
[2]吴军.我国利用天然气发展分布式能源技术的探讨[J].化工技术经济，2005（4）.
[3]何语平，祝耀坤.采用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率[J].浙江电力，2004（3）.
[4]王涛.冷热电联产技术的探讨[J].应用能源技术，2010（3）.
[5]焦树健.论21世纪初发电行业发展所面临的几个技术热点问题[J].燃气轮机技术，2000（1）.
[6]周邦宁.燃气空调[M].北京.中国建筑工业出版社，2005.