天然气冷热电联供系统在某商场建筑中的应用分析

摘要：简要介绍天然气冷热电联供系统的国内外研究动态，从系统的优化配置、运行策略和性能分析
几个方面列举一些对该领域有突出贡献的专家学者及其研究成果。针对一个典型的商场建筑冷热电
联供系统进行性能分析，并将其与传统的供能方式进行了比较。

引言
随着能源危机的日益严重以及世界各国对环保问题的日益关注，节能与环保已经成为当今世界能源技术发展的主题。分布式冷热电联供能源系统(Dis仃ibuted Energy SysteII∥Conlbined Cold Heatand Power，DEs／ccHP)作为一种有效的节能技术，在世界范围内受到了广泛的重视。
分布式能源是以冷热电联产技术为基础，与大电网和天然气管网相连接，向一定区域内的用户同时提供电力、蒸汽、热水和空调冷水(或风)等能源服务系统。DES／cCHP节能高效，目前以天然气为主要燃料，通过燃气轮机或内燃机首先做功发电，再将排出的高温烟气通过各种方式按照不同的温度逐级利用，最终可实现70％～90％…以上的能源利用率。
1天然气冷热电联供系统在国内外的研究动态
1．1联供系统的优化配置和运行策略的研究

天然气冷热电联供系统设备组成较为复杂，配置方法多种多样，根据不同的能源需求，系统的运行策略也有很大差异。不同的运行策略和系统配置对联供系统的高效运行起着至关重要的作用。国内外学者对联供系统的优化配置和运行策略进行了大量的研究。
Fumo等对比了CO2减排运行策略和一次能耗运行策略下联供系统的CO2减排量和一次能耗节约率，结果证明，当优化后的系统根据最优cO2减排量运行时，系统综合效益更优。waIlg等采用遗传算法对系统设备容量和电制冷量占总制冷量之比进行了优化，在考虑系统对全球变暖、酸雨、臭氧空洞等影响的同时，实现了系统节能减排的最大化。LozaIloHo等利用混合线型方程，以最小年运行费用为目标，对联供系统的蓄能系统进行了优化设计，结果表明，联供系统的经济性能会受到地方政策的很大影响。
刘爱国等建立了一套混合整数非线性规划(MINLP)模型，对分布式冷热电联供系统的设备启停限制和设备容量进行了优化。高伟№1等以满足年运行费用最低为优化目标，以建筑物全年冷、热、电负荷需求作为基础，得到了系统的最优配置和运行策略。胡燕飞"1等根据天然气价格与电力价格的变化情况，在考虑冷热电负荷需求可变的基础上，运用混合整型(0—1)单目标规划方法，对联供系统的运行策略进行了优化。
1．2联供系统的性能研究
冷热电联供系统是建立在能源梯级利用基础上，集制冷、供热及发电一体化的总能系统，目的在于提高能源利用效率，因此在工程领域得到了大量的应用。工程领域最关注的系统性能这一实际问题，也成为了国内外研究的热点。cho旧1等对应用于不同城市的联供系统进行对比，发现当联供系统用于不同城市时，系统的一次能源消耗和c0，排放量之间的关系是不同的。

L0zaIlo等基于边界生产成本，对系统进行了热经济性分析，得到了系统内部能量流和最终产能的单位花费，找到了能量需求和能源价格之间的最佳关系。Badmi10刚等对一个由液体除湿空调和热电联供系统组合而成的微型燃气轮机联供系统的能量特性进行了分析，针对燃油价格和购电价格以及政府对联供系统的相应补贴对系统经济性的影响进行了分析。
杨晚生…1等利用热力学理论对三联供系统额定工况下的产能成本单价进行了分析，得到了天然气价格和余热利用率与发电量成本单价和制冷量成本单价之间的关系。赵奕¨21对比了天津西站采用联供系统和分供系统时，在初投资费用、一次能耗费用、一次能耗量和总能耗量上的区别，分析了联供系统的经济特性和能源特性。别祥n31等分析了环境温度、燃气轮机和吸收式制冷机出口烟气温度对制冷、供热、能量利用率、炯利用率以及经济收益的影响。

2天然气冷热电联供系统在某大型商场建筑中的应用分析
2．1工程概况及负荷预测
该商场为高档商业建筑，建筑面积19596．47m2，地下l层，地上6层。地下1层为超市，地上1—5层为商场，6层为商场办公区。
冷热负荷需求：夏季冷负荷为2100l(W，面积冷指标130W／m2；冬季热负荷为1900kw，面积热指标88W／m2。
电量需求：照明用电按20W／m2计算，共需要390kw；设备用电按10w／m2计算，共需要196kw；另外增加70kw的电量富裕量；总电量需求656l(W。
生活热水供应：该商场每层设置有8个洗手池，每个洗手池的用水量按30kg／h标准计算，同时增加了10％的富裕量。供水温度为60℃，自来水温度为10℃。由此可以计算出生活用水的热量需求为107。8kW。
2．2联供系统
2．2．1设计原则
系统设计要兼顾研究和使用两个方面，以适用于各种运行模式和运行工况，并应尽量提高系统的能源利用率。

2．2．2设计运行模式
在不超出所设计联供系统设备容量的前提下，联供系统的驱动设备根据建筑所需的电量运行，发出的电能等于建筑所需的电量。当回收的热量高于建筑所需热量时，多余的热能通过冷却塔或者排气直接释放到大气中；当回收的热量低于建筑所需热量时，不足的部分由补燃进行补充。三联供系统在制冷和采暖季节运行，过渡季节不运行，由电网供电。发电机组和空调机组均可独立运行，满足冷热电负荷需要。
2．2．3系统原理
冷热电联供系统的原理如图1所示。天然气进入内燃机燃烧室燃烧，使内燃机输出机械功带动发电机组发电，内燃机排放的高温烟气及缸套热水直接进入烟气热水(补燃型)溴化锂冷热水机组，驱动机组制冷(制热)，对外提供空调冷(热)水。

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