【正文】 有必要設(shè)置特殊的防振設(shè)施； 可選用氣體燃料或液態(tài)燃料，采用水噴射、蒸汽噴射、預(yù)混合稀薄燃燒等低 NOx 燃燒技術(shù)；廢氣用氨、尿素脫硫；發(fā)電效率低、余熱量大；排氣溫度高，余熱容易回收；罩外噪聲?。徊挥美鋮s水或需少量冷卻水；輸出功率受環(huán)境溫度影響，運動部件較少，維修工作量小，維修費用較低。 內(nèi)燃機也是成熟的技術(shù)， 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中內(nèi)燃機的負荷通常在 5MW以下，其特點是初投資很低，容易起動，采取適當(dāng)?shù)木S護可以獲得較高的可靠性，變工況性能良好。冷卻水余熱回收為熱水；振動大，需要設(shè)置防振設(shè)施；采用稀薄燃燒；廢氣用三元催化處理； 發(fā)電效率高，余熱利用復(fù)雜；裸機噪聲大；輸出功率的變化??；發(fā)電機功率范圍廣；可選生產(chǎn)廠家多，需要定期維護，因而維護費用較高。與燃氣輪機不同，內(nèi)燃機的余熱回收包括缸套水和煙氣余熱回收兩部分，較小的機組可以提供熱水，而較大的可以提供低壓蒸汽。 微型燃氣輪機葉片很小，為了獲得較好的空氣動力學(xué)性能，多使用單級離心壓氣機和單級向心透平，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)所使用的微型燃氣輪機的功率在30kW～ 300kW之間。微燃機的特點是廢氣余熱回收為熱水；運動部件少，重量輕，振動小，沒有必要設(shè)置特殊的防振設(shè)施；輸出功率受環(huán)境溫度影響；罩外噪聲小； 100 kW以下可切網(wǎng)運行。另外，小葉片的冷卻問題使透平進口溫度受到限制，使目前的微型燃氣輪機簡單循環(huán)的效率很難超過 20 % ，帶回?zé)崞鞯目梢越咏?30 %。發(fā)電效率低、發(fā)電功率小。 燃料電池有很多種，目前正在發(fā)展的主要有熔融碳酸鹽（ MCFC）、固體氧化物 （ SOFC） 和質(zhì)子交換膜燃料電池（ PEMFC）。其中 MCFC 的排氣溫度在650℃ 左右， SOFC 的排氣溫度在 1000℃ 左右，屬于高溫燃料電池，比較適合用于冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。由于技術(shù)、價格原因， 目前在冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中的應(yīng)用尚處于起步研發(fā)階段，價格昂貴，對燃料的要求很高，技術(shù)不夠成熟，容量較小，要達到商業(yè)化運行還需要一段時間。但隨著燃料電池技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，燃料電池在未來的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中有著廣闊前景。 表 41為微型燃氣輪機、內(nèi)燃機、小型燃氣輪機、燃料電池 CCHP 系統(tǒng)初投資、運行維護費、發(fā)電效率、熱電聯(lián)供效率的比較。從表中可以看出，微型燃氣輪機作為一種新興技術(shù)，在設(shè)備成本方面相對較高，這主要是由于目前微型燃氣輪機中使用的高效回?zé)崞?、高速發(fā)電機、電子控制等部件的成本還比較昂貴，它的發(fā)電效率低于內(nèi)燃機，但其運行維護費用要比內(nèi)燃機低得多 . 燃氣內(nèi)燃機發(fā)電效率較高，但其運行維護費用也很高，這將導(dǎo)致其發(fā)電成本的上升 . 小型燃氣輪機投資少、運行維護費低、效率高、供熱品質(zhì)高，是 CCHP 系統(tǒng)的極佳選擇，但小型燃氣輪機一般容量不小于 1MW，適合于稍大規(guī)模的設(shè)施，如工廠、大型公用建筑、社區(qū)等 . 在小規(guī)模設(shè)施如樓宇、賓館、乃至個人用戶等的分布式 CHP系統(tǒng)的應(yīng)用中，主要將是微型燃氣輪機和燃氣內(nèi)燃機的競爭。燃料電池系統(tǒng)在發(fā)電效率上具有很明顯的優(yōu)勢，同時其運行維護費用也處于較低的水平，是一種高效、高可靠性的系統(tǒng)，但其每kW的系統(tǒng)造價遠遠高出其它設(shè)備的 CCHP 系統(tǒng)造價，昂貴的成本是阻礙其進入市場應(yīng)用實現(xiàn)商業(yè)化的最主要因素。 表 41 冷熱電聯(lián)供不同動力系統(tǒng)模式的比較 微型燃氣輪機系統(tǒng)雖然在初投資上略高于燃氣內(nèi)燃機系統(tǒng)，但前者的投資回收期卻要小于后者，這主要是因為其年運行成本中的運行維護費低，不到燃氣內(nèi)燃機系統(tǒng)的一半；同時系統(tǒng)的供熱量大，供熱收入高。而燃氣內(nèi)燃機系統(tǒng)的發(fā)電效率較高，調(diào)節(jié)能力強，但其自身供熱量有限，需要解決其供熱能力與發(fā)電量匹配的問題，它可以與微型燃氣輪機配合使用 . 動力發(fā)電設(shè)備類型和容量的合理選擇應(yīng)遵循的原則： 1．若發(fā)電機與市電并網(wǎng)運行，則應(yīng)根據(jù)基本用電負荷初選發(fā)電機組容量；若發(fā)電機與市電切網(wǎng)運行，則應(yīng)根據(jù)全部或部分高峰用電負荷選擇發(fā)電機組容量。 2．如果聯(lián)供系統(tǒng)對電力需求較多，或經(jīng)常處于低負荷運行時應(yīng)優(yōu)先考慮內(nèi)燃機。內(nèi)燃機的缸套水溫度和排氣溫度較低，而燃氣輪機的排氣溫度較高且流量較大，如果用戶的熱量需求較大且對熱量的要求較高時，燃氣輪機具有很大的優(yōu)勢。 3．根據(jù)確定的發(fā)電機容量選擇發(fā)電機類型。若單臺發(fā)電機容量 ≥1 000 kW，可選擇燃氣輪機或內(nèi)燃機；若單臺發(fā)電機容量 1 000 kW，可選擇內(nèi)燃機；若單臺發(fā)電機容量 200 kW，可選擇微燃機。 4．根據(jù)初選的發(fā)電機容量和冷、熱負荷情況，重新核定發(fā)電機類型和容量，盡量多地利用發(fā)電的余熱，冷熱尖峰負荷部分應(yīng)補燃解決。根據(jù)冷熱負荷衡量余熱利用率后再次確定發(fā)電機組容量。 5．由于不同類型的發(fā)電機進氣壓力要求不同，因此還應(yīng)根據(jù)建筑物所在地的燃氣供應(yīng)壓力確定發(fā)電機類型。若建筑物附近有高壓燃氣管道，則可直接選用燃氣輪機或微燃機，而不必加壓或少加壓；若建筑物附近僅有中壓燃氣管道，則可選用燃氣內(nèi)燃機。 對于具體工程，不同動力系統(tǒng)的模式選擇經(jīng)濟性還需要視其具體條件如單機容量、發(fā)電效率、余熱利用程度、價格高低、運行條件以及天然氣供應(yīng)條件等作具體分析，才能得出相應(yīng)的結(jié)論，這是三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，在方案考慮和選擇時應(yīng)慎重。 不同余熱設(shè)備的模式選擇 燃氣輪機和微燃機可利用余熱的形式主要是煙氣；內(nèi)燃機可利用余熱的形式除煙氣外，還有大量冷卻水。 余熱利用設(shè)備的基本形式可歸納為兩類：第一類是燃氣在燃機發(fā)電后高溫?zé)煔膺M入余熱吸收式制冷機（余熱直燃機） 夏季制冷、冬季得到熱水供熱。因為省掉了余熱鍋爐及相關(guān)系統(tǒng)，系統(tǒng)比較簡單。但受到制冷設(shè)備自身的限制，溴化鋰機組的排煙溫度較高，通常在 170～ 200℃ 。為了提高能源利用率，可在溴化鋰機組的后面增加一級換熱器，進一步回收煙氣中的余熱，但這將增加設(shè)備的成本。 其中，雙效煙氣直燃機完全利用燃氣輪機排氣作為制冷熱源，制冷和供熱完全不需要燃料，從而大幅度的提高了能源利用率。但是，系統(tǒng)本身也存在一些制約因素，即發(fā)電和制冷供熱必須同步。如果只需要電的時候，那么燃機的排氣沒有被利用；不需要電的時候，空調(diào)就沒有了熱源。補燃型煙氣直燃機利用燃氣輪機的排氣制冷和制熱，不僅可以大幅度節(jié)能，還可以利用天然氣獨立提供冷或熱，適用于大型建筑和區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)。主要優(yōu)點是，在正常發(fā)電的情況下，制冷、制熱不需要能源，少發(fā)電或不發(fā)電時也可以提供冷和熱。可根據(jù)冷負荷、熱負荷的變化，在夏季供冷期和冬季供熱期可采用燃氣補燃增加供冷量、供熱量；但是該系統(tǒng)的投資成本和保養(yǎng)費用較高。 第二類是燃氣在燃機發(fā)電后高溫?zé)煔膺M入余熱鍋爐或余熱直燃機，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可由吸收式制冷機制冷或直接供熱；夏季供冷期以電制冷機增加供冷量滿足峰段需要；冬季以燃氣鍋爐補充供熱量滿足峰段需要。因存在獨立的鍋爐系統(tǒng)，需要水處理設(shè)備，投資成本相對較大；但蒸汽的利用相對容易，蓄熱也較方便，這種形式目前較廣泛的被使用。 由余熱鍋爐 — 雙效蒸汽型機組成的系統(tǒng)是一個傳統(tǒng)的解決方案，適合于蒸汽需求量比較大、蒸汽品質(zhì)要求比較高的項目，適于已經(jīng)購買蒸汽鍋爐和蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機組的單位進行冷熱電聯(lián)供改造。余熱鍋爐已經(jīng)是一種技術(shù)非常成熟的產(chǎn)品，不僅能夠充分利用各種廢熱，還可能采用補燃，增加供熱能力，提高供熱靈活性。但是系統(tǒng)中可能還需要一臺小型蒸汽鍋爐來提供冬季、夏季燃氣輪機不運行時段的采暖、制冷對蒸汽的需求以及安全備用。系統(tǒng)比較復(fù)雜，運行維護成本高，又由于增加了壓力容器，所以安全要求也比較高。 圖 41為燃機 + 余熱直燃機（補燃型）的流程示意圖；圖 42為燃機 +余熱鍋爐 +蒸汽吸收式制冷 +電制冷機 +燃氣鍋爐的流程示意圖。 圖 41 燃氣輪機 + 余熱直燃機（補燃型） 流程示意圖 圖 42 燃氣輪機 +余熱鍋爐 +蒸汽 LiBr制冷 +電制冷 +燃氣鍋爐流程示意圖 制冷與供熱方式的選擇 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中的制冷系統(tǒng)主要分為壓縮式和吸收式兩種：壓縮式制冷機組消耗電力或由動力系統(tǒng)直接提供動力，經(jīng)軸傳遞給壓縮機制冷；吸收式制冷機組耗費低品位熱能達到制冷的目的，動力系統(tǒng)的余熱被回收，然后用于驅(qū)動吸收式制冷系統(tǒng)對外供冷。壓縮式制冷通過機械能的分配，可以調(diào)節(jié)電量和冷量的比例；吸收式制冷根據(jù)對熱量和冷量的需求進行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。最常見的吸收式制冷系統(tǒng)為溴化鋰制冷機組和氨制冷機組。 溴化鋰吸收式制冷機在冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中的應(yīng)用：由于溴化鋰溶液中水是制冷劑，溴化鋰為吸收劑，只能制取 0℃ 以上的冷水，一般常用在空調(diào)系統(tǒng)中作為冷源，制取冷凍水，供回水溫度為 7/12℃ 。由于單效溴化鋰制冷機的熱力系數(shù) ε為，雙效 ε為 ，直燃式 ε為 ，對于相同的供熱效率 η，它們的一次能源利用率 PER高低的順序為：單效 雙效 直燃式。單效溴化鋰機組和雙效機組相比，雙效溴化鋰制冷機的一次能源利用率更高，所以空調(diào)系統(tǒng)的冷源優(yōu)先選用雙效溴化鋰吸收式制冷機，供汽壓力在 ～ MPa 之間。 氨吸收式制冷機在冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中的應(yīng)用：氨吸收式制冷機是以氨為制冷劑，水為吸收劑，蒸發(fā)溫度可以達到 0 ℃ ，可獲得 0 ℃ 以下的制冷溫度，當(dāng)熱源溫度不超過 150 ℃ 時，最低蒸發(fā)溫度可達 30℃ 。多級氨水吸收式制冷機的蒸發(fā)溫度最低可達 55～ 60 ℃ ，因此用戶也可以選用氨吸收式制冷機制取 0℃ 以下的冷量為工業(yè)冷用戶供冷。氨吸收式制冷系統(tǒng)主要由發(fā)生器、精流塔、回流冷凝器、回?zé)崞?、?jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器和溶液泵等組成。 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，供熱系統(tǒng)提供的熱量主要或全部來自動力系統(tǒng)的高溫排氣：通常使用余熱鍋爐或熱交換器回收動力系統(tǒng)排氣中的熱量；也可以使用吸收式機組中的熱交換設(shè)備回收熱量，此時吸收式設(shè)備起換熱器的作用。熱水由循環(huán)水泵驅(qū)動在熱網(wǎng)中循環(huán)，不斷將熱量輸送至各用戶，用于供暖或提供生活熱水。 另外，冷熱電三聯(lián)供并不局限于余熱采暖或吸收制冷，燃氣輪機或直供電驅(qū)動的壓縮制冷有時更為經(jīng)濟。從根本上說，各種原動機與各種制冷、供熱方式（包括熱泵等） 形成的各種組合，都是“三聯(lián)供”系統(tǒng)。但只有那些最充分考慮具體情況、組合最優(yōu)的，才有最好的經(jīng)濟效益和最高的能源利用效率。 5 分布式燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的運行與調(diào)節(jié) 分布式燃氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)進入實際運行階段后，就要制定合適的運行策略，考慮運行時間、部分負荷工況效率、管網(wǎng)控制參數(shù)等因素，在保證滿足負荷要求的情況下，以最優(yōu)方式進行運行，以使系統(tǒng)具有最好的經(jīng)濟性。 系統(tǒng)的運行時間 每一個項目都有自身的內(nèi)部需求以及需求規(guī)律，因此設(shè)備利用時間也有所不同。由于燃氣輪機年利用周期是一個對項目進行經(jīng)濟評價的關(guān)鍵因素，所以在對項目進行熱經(jīng)濟性分析之前，需要確定設(shè)備在采暖期、制冷期和非采暖制冷期的實際運行時間。 大多數(shù)分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的上網(wǎng)電價均大于電網(wǎng)峰、平時段加權(quán)平均售電價，為了使系統(tǒng)在經(jīng)濟上可行就要設(shè)法提高利用小時，或者提高熱價。 年利用小時要超過 4000h對于大型燃機聯(lián)合循環(huán)或帶有工藝性熱負荷的小用戶還有可能，而對于以空調(diào)為主的小用戶來說就很困難，特別是一天只運行于峰平時段的 16h要達到年利用小時 4000h就更困難，何況年利用小時是基于機組的額定工況而言的， 4000h相當(dāng)于 250d每天運行 16h（峰、平時段），天天每時每刻運行于額定負荷事實上是不可能的。 要提高燃機聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟性就要增加運行小時數(shù)。由于市電在夜間低谷時段的電價低于燃機聯(lián)供系統(tǒng)的能源成本電價，夜間運行時支出將大于成本，毛利是減少、虧損的。但若考慮了管理及投資，實際電價比市電高峰、平時、低谷三者的加權(quán)平均電價還要便宜。 因此，若不考慮已投入的管理及投資費用，夜間電價低谷時不能運行；若從實際成本出發(fā)，則可以運行，這有利于早日收回投資。機組夜間運行后，運行小時數(shù)增加使管理及投資分攤費用降低，這樣用所增加利潤去彌補夜間運行時能源成本高于市電低谷電價而帶來的虧損。 如果谷時段也運行，就最好采用蓄能熱／冷技術(shù)，使機組在谷時段蓄熱／冷，峰時段則除機組滿發(fā)外以蓄熱／冷部分補足，這樣既可減小機組容量，又可大大提高機組的利用時間。當(dāng)然這個蓄能措施要視客觀條件而定，不是都能辦得到的。 冷熱電三系統(tǒng)全日制連續(xù)運行，可減少每日起停的設(shè)備壽命損耗，避免機組起動過程可能發(fā)生故障。特別是像上一節(jié)中提到的，當(dāng)系統(tǒng)中設(shè)計了蓄熱（冷）資源時，則完全可以考慮機組的夜間運行。 系統(tǒng)的部分負荷工況運行 在實際運行使用過程中，分布式燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)并不是一直都處于高能效狀態(tài)，低負荷運行時效率降低，負荷低到一定程度甚至造成一些類型的發(fā)電機無法運行，當(dāng)發(fā)電量減少時，壓氣機的耗功不會等比例減少，使燃氣輪機自身的功耗增加，所以此時能源的利用效率將下降。由于發(fā)電量減少，燃氣輪機天然氣的供應(yīng)量也相應(yīng)減少，燃氣輪機的排煙量隨之減少、排煙溫度也隨之降低，因此進入溴化鋰吸收式制冷機的煙氣量減少，帶入的熱量也減少，不能使余熱發(fā)生器內(nèi)的溴化鋰溶液充分加熱發(fā)生，溴化鋰吸收式制冷機的制冷量減少。發(fā)電量越少，燃氣輪機的排煙量和排煙溫度下降得越多，溴化鋰吸收式制冷機的制冷量也就下降得越多。 當(dāng)發(fā)電量在燃氣輪機設(shè)計發(fā)電量 50%以下時，能源利用效率的下降趨勢增大；發(fā)電量在燃氣輪機設(shè)計發(fā)電量 50%以上時，變