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摘要：燃气内燃机三联供在世界范围内广泛使用，本文对燃气内燃机三联供系统碳排放进行分析，为燃气内燃机三联供的应用提供参考。
关键词：燃气内燃机，节能减排
0引言
当前，在人类共同应对全球气候变化大背景下，能源清洁、绿色、低碳转型已经成为共识，能源技术创新进入活跃期。新形势下，党的19大报告中提出推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。构建综合能源系统是实现新一代能源系统的关键路径之一。特别是为达成《巴黎协定》的全球减排目标，中国郑重承诺：到2030年，中国单位GDP的二氧化碳排放要比2005年下降60%到65%，非化石能源在总能源消费中的比例提升到20%左右，同时二氧化碳的排放量要达到峰值，并且争取尽早的达到峰值。2021年3月召开的中央财经委员会上，习总书记再次强调“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，如期实现碳达峰、碳中和的目标”。在新一代能源系统中，单纯依靠电网升级，难以促进清洁能源大规模开发和广泛替代，因此大力发展分布式能源是推进能源转型发展的有效措施。
燃气冷热电三联供（CCHP）是一种基于能量梯级利用思想，以燃气为一次能源用于发电，并利用余热进行制冷、供热，能实现同时向用户输出电、热、冷的能源供应系统。CCHP系统因其能够实现能量的梯级利用，综合用能效率可达80%以上。因其在节能、经济、环保、安全可靠、平衡能源供应等方面的诸多优势，已在世界范围内被广泛推广使用[1-4]。“双碳政策”为社会各个行业的发展规划提供了指导。
1系统概况简介
CCHP系统相对于传统能源利用方式具有能源利用效率高的特点。CCHP系统核心设备为发电机组及余热回收装置。根据能量梯级利用原则以及余热回收装置对热源的要求，通常烟气及缸套水余热用于驱动双效吸收式溴化锂机组进行制冷、制热。为了评价燃气内燃机三联供系统碳排放效果，选取一个常规供能系统作为比较基准。电能按照外购市电考虑、制冷按照水冷冷水机组考虑、供热按照燃气热水锅炉考虑。
本项目暂定设置两台2×995kW内燃机，发电效率为40.0%。天然气在内燃机内燃烧做功后，产生400℃～600℃的烟气余热、40-50℃的高温中冷水及润滑油、85-95℃的缸套水。其中，40-50℃的高温中冷水及润滑油温度较低，不再考虑余热深度利用;烟气余热、缸套水余热可利用烟气型溴化锂机组进行余热深度利用，实现夏季供冷或冬季供热。
2运行时间分析
根据内燃机的发电效率40.0%可知，2×995kW内燃机每小时发电量为1990kWh，燃气耗519.13Nm3。缸套水余热约2×509kW，烟气余热约2×598kW，总余热量2214kW可用于烟气热水型溴化锂机组深度利用。根据济南市的空调供冷季及供暖季划，供冷季为6月1日～9月30日122天，供暖季11月15日～次年3月15日121天。
2.1 过渡季系统运行
根据项目需要，过渡季内无冷、热负荷需求，燃气三联供仅向外输出电力，综合能效低，无法运行。
2.2 供冷季系统运行
根据项目需要，在供冷季尖峰电、高峰电和平电时段即16h/d，运行CCHP系统的成本要低于常规供能方案。则总供能时间为1952h，总供电量473.7万kWh，总供冷量418.67万kWh。
2.3 供暖季系统运行
根据项目需要，在供暖季高峰电和平电时段即16h/d，运行CCHP系统的成本要低于常规供能方案。则总功能时间为1936h，总供电量469.8万kWh，供热量为352.95kWh。
3 碳排放分析
碳排放核定排放源一般包含两部分：
燃料燃烧产生的二氧化碳排放，即燃料在各种类型的固定或移动燃烧设备（如燃气锅炉等）中与氧气充分燃烧生成的二氧化碳排放;
企业净购入使用电力和热力产生的二氧化碳排放。
总公式为： E=E燃烧+E電
E： 二氧化碳排放总量;
E燃烧： 燃料燃烧的二氧化碳排放总量（吨），包括化石燃料燃烧的二氧化碳排放量;
E电和热：净购入使用电力和热力产生的二氧化碳排放总量;
其中：E燃烧=AD化石×EF化石
AD化石：化石燃料的活动水平;
EF化石：化石燃料的排放因子;
E电=AD电+EF电
AD电：净购入使用电量;
EF电：区域电网年平均供电排放因子，根据企业生产地址及目前的东北、华北、华东、华中、西北、南方电网划分，采用国家主管部门最近年份公布的相应区域电网排放因子进行计算。
基于上文对CCHP系统的运行情况分析结果可知，全年运行小时数为3888h，年发电量为943.5万kWh，年供冷量为418.67万kWh，年供热量为352.95kWh，年天然气耗量为250.19万Nm3。
采用常规供能方案，年供冷量为418.67万kWh，折合市电104.67万kWh，则年外购市电量为1048.1万kWh，年供热量为352.95万kWh，折合天然气耗量为38.77万Nm3.
根据1Nm3天然气二氧化碳排放量1.98kg，1kWh煤电二氧化碳排放量0.825kg。则CCHP系统全年碳排放量为0.50万吨。根据山东省十四五能源规划，绿电比例26.25%，73.75%为煤电，则常规供能方案年外购煤电全年碳排放量为0.64万吨;供热天然气耗量全年碳排放量为0.08万吨，故常规供能方案全年碳排放量为0.714万吨。
CCHP系统与常规供能系统年碳排放量减少0.214万吨，环保效益优于常规供能系统。
CCHP系统年供热量352.95万kWh，相比综合能源规划中航站区供冷热方案，地热能供热量将降低约318.02万kWh，绿色能源贡献率降低0.38%。
4结束语
1）以天然气为燃料的内燃机作为动力系统，设计了冷热电三联供系统，对其基本模型进行了热力分析。
2）以某2×995kW燃气内燃机三联供机组为模型进行分析，CCHP系统较常规供能系统年碳排放量减少0.214万吨，环保效益优于常规供能系统。
3）该燃气三联供系统大限度的利用了烟气余热，比普通供能系统节约能源，具有较高的一次能源利用率，充分体现了“能源梯级利用”的原则。天然气分布式能源在实现高效利用的同时减少了温室气体排放，是实现持续发展的有效途径。
参考文献
[1]俞春尧.区域能源系统一次能源梯级利用优化设计方法[J]暖通空调2018.
[2]卢地，魏庆芃.从公共建筑实际能源需求分析冷热电三联供技术的可应用性[J]暖通空调，2018.
[3]付林，等.楼宇式燃气热电冷联产系统评价方法的研究[C]第五届国际热电联产分布式能源联盟年后，2018：378-396.
[4]王侃宏，袁晓华，刘宇，等.天然气分布式能源系统碳减排分析[J].科技创新与应用，2013（7）：118-119.
关键词：燃气内燃机，节能减排
0引言
当前，在人类共同应对全球气候变化大背景下，能源清洁、绿色、低碳转型已经成为共识，能源技术创新进入活跃期。新形势下，党的19大报告中提出推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。构建综合能源系统是实现新一代能源系统的关键路径之一。特别是为达成《巴黎协定》的全球减排目标，中国郑重承诺：到2030年，中国单位GDP的二氧化碳排放要比2005年下降60%到65%，非化石能源在总能源消费中的比例提升到20%左右，同时二氧化碳的排放量要达到峰值，并且争取尽早的达到峰值。2021年3月召开的中央财经委员会上，习总书记再次强调“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，如期实现碳达峰、碳中和的目标”。在新一代能源系统中，单纯依靠电网升级，难以促进清洁能源大规模开发和广泛替代，因此大力发展分布式能源是推进能源转型发展的有效措施。
燃气冷热电三联供（CCHP）是一种基于能量梯级利用思想，以燃气为一次能源用于发电，并利用余热进行制冷、供热，能实现同时向用户输出电、热、冷的能源供应系统。CCHP系统因其能够实现能量的梯级利用，综合用能效率可达80%以上。因其在节能、经济、环保、安全可靠、平衡能源供应等方面的诸多优势，已在世界范围内被广泛推广使用[1-4]。“双碳政策”为社会各个行业的发展规划提供了指导。
1系统概况简介
CCHP系统相对于传统能源利用方式具有能源利用效率高的特点。CCHP系统核心设备为发电机组及余热回收装置。根据能量梯级利用原则以及余热回收装置对热源的要求，通常烟气及缸套水余热用于驱动双效吸收式溴化锂机组进行制冷、制热。为了评价燃气内燃机三联供系统碳排放效果，选取一个常规供能系统作为比较基准。电能按照外购市电考虑、制冷按照水冷冷水机组考虑、供热按照燃气热水锅炉考虑。
本项目暂定设置两台2×995kW内燃机，发电效率为40.0%。天然气在内燃机内燃烧做功后，产生400℃～600℃的烟气余热、40-50℃的高温中冷水及润滑油、85-95℃的缸套水。其中，40-50℃的高温中冷水及润滑油温度较低，不再考虑余热深度利用;烟气余热、缸套水余热可利用烟气型溴化锂机组进行余热深度利用，实现夏季供冷或冬季供热。
2运行时间分析
根据内燃机的发电效率40.0%可知，2×995kW内燃机每小时发电量为1990kWh，燃气耗519.13Nm3。缸套水余热约2×509kW，烟气余热约2×598kW，总余热量2214kW可用于烟气热水型溴化锂机组深度利用。根据济南市的空调供冷季及供暖季划，供冷季为6月1日～9月30日122天，供暖季11月15日～次年3月15日121天。
2.1 过渡季系统运行
根据项目需要，过渡季内无冷、热负荷需求，燃气三联供仅向外输出电力，综合能效低，无法运行。
2.2 供冷季系统运行
根据项目需要，在供冷季尖峰电、高峰电和平电时段即16h/d，运行CCHP系统的成本要低于常规供能方案。则总供能时间为1952h，总供电量473.7万kWh，总供冷量418.67万kWh。
2.3 供暖季系统运行
根据项目需要，在供暖季高峰电和平电时段即16h/d，运行CCHP系统的成本要低于常规供能方案。则总功能时间为1936h，总供电量469.8万kWh，供热量为352.95kWh。
3 碳排放分析
碳排放核定排放源一般包含两部分：
燃料燃烧产生的二氧化碳排放，即燃料在各种类型的固定或移动燃烧设备（如燃气锅炉等）中与氧气充分燃烧生成的二氧化碳排放;
企业净购入使用电力和热力产生的二氧化碳排放。
总公式为： E=E燃烧+E電
E： 二氧化碳排放总量;
E燃烧： 燃料燃烧的二氧化碳排放总量（吨），包括化石燃料燃烧的二氧化碳排放量;
E电和热：净购入使用电力和热力产生的二氧化碳排放总量;
其中：E燃烧=AD化石×EF化石
AD化石：化石燃料的活动水平;
EF化石：化石燃料的排放因子;
E电=AD电+EF电
AD电：净购入使用电量;
EF电：区域电网年平均供电排放因子，根据企业生产地址及目前的东北、华北、华东、华中、西北、南方电网划分，采用国家主管部门最近年份公布的相应区域电网排放因子进行计算。
基于上文对CCHP系统的运行情况分析结果可知，全年运行小时数为3888h，年发电量为943.5万kWh，年供冷量为418.67万kWh，年供热量为352.95kWh，年天然气耗量为250.19万Nm3。
采用常规供能方案，年供冷量为418.67万kWh，折合市电104.67万kWh，则年外购市电量为1048.1万kWh，年供热量为352.95万kWh，折合天然气耗量为38.77万Nm3.
根据1Nm3天然气二氧化碳排放量1.98kg，1kWh煤电二氧化碳排放量0.825kg。则CCHP系统全年碳排放量为0.50万吨。根据山东省十四五能源规划，绿电比例26.25%，73.75%为煤电，则常规供能方案年外购煤电全年碳排放量为0.64万吨;供热天然气耗量全年碳排放量为0.08万吨，故常规供能方案全年碳排放量为0.714万吨。
CCHP系统与常规供能系统年碳排放量减少0.214万吨，环保效益优于常规供能系统。
CCHP系统年供热量352.95万kWh，相比综合能源规划中航站区供冷热方案，地热能供热量将降低约318.02万kWh，绿色能源贡献率降低0.38%。
4结束语
1）以天然气为燃料的内燃机作为动力系统，设计了冷热电三联供系统，对其基本模型进行了热力分析。
2）以某2×995kW燃气内燃机三联供机组为模型进行分析，CCHP系统较常规供能系统年碳排放量减少0.214万吨，环保效益优于常规供能系统。
3）该燃气三联供系统大限度的利用了烟气余热，比普通供能系统节约能源，具有较高的一次能源利用率，充分体现了“能源梯级利用”的原则。天然气分布式能源在实现高效利用的同时减少了温室气体排放，是实现持续发展的有效途径。
参考文献
[1]俞春尧.区域能源系统一次能源梯级利用优化设计方法[J]暖通空调2018.
[2]卢地，魏庆芃.从公共建筑实际能源需求分析冷热电三联供技术的可应用性[J]暖通空调，2018.
[3]付林，等.楼宇式燃气热电冷联产系统评价方法的研究[C]第五届国际热电联产分布式能源联盟年后，2018：378-396.
[4]王侃宏，袁晓华，刘宇，等.天然气分布式能源系统碳减排分析[J].科技创新与应用，2013（7）：118-119.