熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟性-影響因素分析

1、熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟性-影響因素分析            摘要：本文從熱電廠、熱力輸送系統(tǒng)和制冷站以及冷負荷特性、蓄能裝置等幾方面，定性分析了對熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟性的主要影響因素。 關鍵詞：熱電冷聯(lián)供 經(jīng)濟性 影響因素 一引言 近幾年來，國內(nèi)一些城市開始醞釀建設熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，即在原有熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)基礎上增設吸收式制冷機裝置，利用供熱汽輪機組的抽汽或背壓排汽制冷，使得整個系統(tǒng)不但可以發(fā)電和供熱，還可在夏季向用戶提供空調(diào)用冷。由于熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)規(guī)模和投資大，系

2、統(tǒng)復雜，運行期間能源消耗多，因而對熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行全面深入地分析和研究是非常必要的。本文從國家或一個地區(qū)的角度，分析和探討影響熱電冷系統(tǒng)經(jīng)濟性的主要技術因素。 二影響熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟性的技術因素分析 關于熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟性的研究目前已很成熟，故本文僅討論在熱電聯(lián)產(chǎn)基礎上加入制冷系統(tǒng)后影響熱電冷系統(tǒng)經(jīng)濟性的有關技術因素。以下就系統(tǒng)的幾個組成部分，即熱電廠、熱力輸送系統(tǒng)和制冷站，以及冷負荷特性、蓄能裝置等幾方面對各主要技術因素加以分析。 1熱電廠 包括熱電廠機組的型式、容量、初蒸汽參數(shù)、抽汽或背壓排汽參數(shù)等。 1) 機組型式 機組型式對系統(tǒng)初投資和運行費的影響

3、很大。燃煤熱電廠主要包括背壓機或抽凝機兩種型式。由于背壓機組初投資低，能量轉(zhuǎn)換效率高，因而對于新建熱電廠來講，背壓機組經(jīng)濟性顯然好于抽凝機組。  再看一下在原有熱電廠基礎上擴建的熱電冷系統(tǒng)。假設空調(diào)負荷峰谷變化與電力負荷一致。從整體角度看，背壓機組由于制冷負荷的加入而增加了背壓排汽量，進而增加了空調(diào)峰期的發(fā)電容量。這會減少電網(wǎng)相應容量的電廠初投資，從而使整體系統(tǒng)的投資大幅度降。而抽凝機組在電力高峰期一般會滿功率發(fā)電，故在增加制冷用熱負荷后不會減少電網(wǎng)投資。因此，就初投資而言，背壓機組經(jīng)濟性更具優(yōu)勢。在運行費方面，抽凝機組所具有的經(jīng)濟性則好于背壓機組，因為抽凝機組由于供冷而增加的抽汽發(fā)

4、電代替了效率低的本機組純凝汽發(fā)電，而背壓機組則是代替了效率相對較高的電網(wǎng)機組發(fā)電量。由于背壓機組初投資減少對經(jīng)濟性的影響大于運行費方面的劣勢，使得由背壓汽輪機組成的熱電冷系統(tǒng)經(jīng)濟性好于抽凝汽輪機組成的系統(tǒng)1。順便指出，冷負荷一天之中變化幅度較大，這給熱電廠的運行調(diào)節(jié)帶來困難。由于鍋爐負荷調(diào)節(jié)范圍和慣性的限制，背壓機組如何滿足冷負荷的變化是一個殛待解決的問題。抽凝機組因抽汽調(diào)節(jié)較為靈活而使該問題不那么突出。 隨著人們現(xiàn)代文明和環(huán)境保護意識的不斷增強，以油、氣等相對清潔的燃料代替污染嚴重的煤而作為城市使用的主要一次能源以成為必然趨勢，其中包括燃氣輪機、內(nèi)燃機等型式的熱電廠在城市供熱方面的應用。這種

5、熱電聯(lián)產(chǎn)裝置在西方國家使用較為普遍。其特點是熱電比小，發(fā)電效率高，單位容量投資少。如果燃料價格較為合理，以這種熱電廠為熱源的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟性。 2) 機組容量 主要指系統(tǒng)熱化系數(shù)的合理選取?？照{(diào)負荷變化幅度大，可選取適當容量的鍋爐蒸汽在負荷高峰期作為式制冷機的熱源，進而減小供熱機組的容量。這樣，不僅可降低系統(tǒng)的初投資，而且還可提高系統(tǒng)運行效率，使熱電廠運行工況更加穩(wěn)定。 3) 熱電廠初蒸汽參數(shù) 初蒸汽參數(shù)越高，系統(tǒng)的發(fā)電效率越高，熱電比越小，會使熱電冷的經(jīng)濟性越好。當熱電冷系統(tǒng)系統(tǒng)和所代替的發(fā)電機組所用燃料的價格在正常波動范圍內(nèi)時，熱電冷系統(tǒng)

6、年運行成本是隨著熱電比的降低而減小的。因此，熱電冷系統(tǒng)應優(yōu)先選用高參數(shù)的熱電廠為熱源。 4) 熱電廠抽汽或背壓排汽參數(shù)的降低，會使系統(tǒng)的發(fā)電效率增加，熱電比減小，有利于提高熱電冷系統(tǒng)的經(jīng)濟性。對于吸收式制冷機而言，抽汽或背壓排汽參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化對其熱力系數(shù)影響不大，但對冷機的出力有較大影響。當蒸汽壓力每降低0.1MPa時，蒸汽型雙效機制冷量減少9%-11%2。這表明，當蒸汽壓力降低時，為保證制冷量要選擇內(nèi)部傳熱面積更大的制冷機，從而增加了制冷站的初投資。因此，熱電廠抽汽或背壓排汽參數(shù)對于不同的具體系統(tǒng)應有其最優(yōu)值。 2熱力輸送系統(tǒng) 包括供熱管網(wǎng)和供冷管網(wǎng)，影響因素主要有

7、輸送介質(zhì)種類及其熱力參數(shù)、輸送系統(tǒng)運行方式等。 1) 輸送介質(zhì)種類 由于技術條件的限制，供冷管網(wǎng)的輸送介質(zhì)只能采用冷水。但該介質(zhì)輸送冷量的能力小，管網(wǎng)初投資及輸送電耗巨大。近年來國外正在研制以冰漿或在冷水中加入相變材料作為輸冷介質(zhì)，可使管網(wǎng)輸送冷量的能力大大提高，較大幅度地降低管網(wǎng)初投資，但這種輸送技術目前仍處于試驗階段3。 輸熱介質(zhì)主要指蒸汽或熱水。當以蒸汽作為作為熱網(wǎng)的輸送介質(zhì)時，供冷系統(tǒng)可采用熱力系數(shù)高的雙效制冷機。同時，蒸氣在輸送中電耗低，不需要設置熱力首站換熱設備及泵等。但是，蒸汽在較遠距離的熱網(wǎng)輸送中，壓力損失大，導致供熱機組抽汽或背壓排汽壓力較高，熱電廠熱電比

8、大，且熱網(wǎng)的熱效率較低。這會對系統(tǒng)的經(jīng)濟性產(chǎn)生不利影響。以熱水作為熱網(wǎng)的輸送介質(zhì)，可使供熱機組抽汽或背壓排汽壓力較低。同時，熱網(wǎng)熱效率較高。但是，由于管道成本的限制，通常采用直埋管道的熱水網(wǎng)供水溫度大都在120以下，供冷系統(tǒng)只能采用熱力系數(shù)低的單效機。這會大幅度地增加供冷系統(tǒng)的初投資以及整個系統(tǒng)的運行費。另外，熱水網(wǎng)還有輸送耗電大等缺點。  2) 輸送介質(zhì)熱力參數(shù) 對于蒸汽網(wǎng)而言是指蒸汽壓力，亦即指汽輪機抽汽或背壓排汽壓力，上文對此已作分析。 對于熱水網(wǎng)而言，輸送介質(zhì)的熱力參數(shù)主要是指熱網(wǎng)供回水溫度，該參數(shù)對輸送系統(tǒng)仍至整個熱電冷系統(tǒng)的影響都很大。供水溫度選擇的小

9、,熱電廠供熱機組抽汽或排汽壓力可以降低。但熱水溫度低會使制冷機制冷效率降低，制冷設備的投資及耗電量高。供回水溫差增大,無疑會節(jié)省熱網(wǎng)初投資及輸送能耗。但這會導致制冷系數(shù)降低，制冷設備初投資增加。因此，從系統(tǒng)的經(jīng)濟性看，熱網(wǎng)供回水溫度應有最佳選擇。 3) 輸送系統(tǒng)運行方式 為保證制冷機的出力及運行效率，不希望降低熱網(wǎng)供水溫度，熱網(wǎng)的運行基本上依靠量調(diào)節(jié)完成。由于用戶熱負荷變化頻繁，導致熱網(wǎng)水的循環(huán)流量在很大范圍內(nèi)變化，且大部分時間在低負荷下運行，常規(guī)熱網(wǎng)運行方式將使主循環(huán)泵的電耗很大。因此，輸送系統(tǒng)的運行方式對于熱網(wǎng)的低能耗和安全運行有重要作用45。   

10、  2007-05-12        3制冷站 包括供冷站位置與規(guī)模，吸收式制冷機型式、容量和運行方式等。 1) 制冷站位置與規(guī)模 由于冷水管道的供回水溫差通常在10以內(nèi)，供冷管道輸送能量的能力遠小于供熱管道，相同距離下供熱管道的投資要小于供冷管道。從這一點看，制冷站應盡量靠近用戶。但用戶負荷在地理上是分散的，位置靠近用戶會使單個制冷站規(guī)模變小，數(shù)量增多，導致制冷設備容量增加，整個系統(tǒng)的制冷站占用空間增大，而且用戶附近的制冷站建筑造價往往更加昂貴。因此，位置靠近用

11、戶又會使熱電冷系統(tǒng)制冷站的投資增大。合理選取制冷站位置與規(guī)模是一個較復雜的問題，應從整體供冷系統(tǒng)考慮，全面加以優(yōu)化。 2) 吸收式制冷機的型式、容量和運行方式 制冷機的型式主要指單效或雙效。毫無疑問，在條件允許的情況下應盡量使用雙效機。由于空調(diào)負荷變化幅度大，制冷站內(nèi)單臺制冷機容量的選擇，制冷機的運行方式，包括各制冷機之間的負荷分配、啟停順序等，都會影響系統(tǒng)的經(jīng)濟性。 4供冷負荷特性 包括負荷因子、負荷密度、用戶負荷性質(zhì)、年最大供冷負荷小時數(shù)等。 1) 負荷因子 指平均負荷與最大負荷之比。負荷因子越小，則設備利用率越低，單位制冷容量的供冷系統(tǒng)初

12、投資越大。與采暖負荷相比，空調(diào)日負荷因子要小得多，這會使系統(tǒng)的容量無法得到充分利用。同時，也會給設備的運行效率和調(diào)節(jié)手段帶來不利。解決問題的有效辦法包括合理選取系統(tǒng)熱化系數(shù)和適當設立蓄能裝置。 2) 負荷密度 指單位社區(qū)面積所擁有的冷負荷量。負荷密度大，則輸送系統(tǒng)單位負荷投資小，有利于區(qū)域供冷的經(jīng)濟性。當負荷密度過小，采用區(qū)域冷熱聯(lián)供的單位負荷初投資過大，就會被分散的供冷方式取代。 3) 用戶負荷性質(zhì) 由于建筑物使用功能不同，用戶負荷性質(zhì)，即用戶之間最大空調(diào)負荷出現(xiàn)的時刻，會有所不同。這將使區(qū)域供冷系統(tǒng)與用戶獨立設置空調(diào)系統(tǒng)相比，設備容量減小。工程上采用系統(tǒng)供冷負荷峰值與各用戶最大冷負荷之和的比值，即負荷同時使用系數(shù)以體現(xiàn)這一減小量。各用戶負荷性質(zhì)將直接影響制冷站的規(guī)模和分布，進而影響熱電冷系統(tǒng)的經(jīng)濟性。 4) 年最大供冷負荷小時數(shù) 年最大供冷負