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天然氣分布能源系統(tǒng)節(jié)能影響因素的分析

文檔作者：閆志鵬蔡云峰馬永貴文檔來源：東南大學(xué)熱電工程設(shè)計(jì)研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2023年08月15日
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(3)
(2)
天然氣分布能源系統(tǒng)節(jié)能影響
因素的分析
閆志鵬，蔡云峰，馬永貴
（東南大學(xué)熱電工程設(shè)計(jì)研究所，南京210096）
摘要：從理論上分析了天然氣分布式能源的節(jié)能效果，推導(dǎo)了相比常規(guī)供能系統(tǒng)的節(jié)能率表達(dá)式。重點(diǎn)分析了聯(lián)
供系統(tǒng)能源綜合利用率及熱電比對節(jié)能效果的影響，測算了保證系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵指標(biāo)要求，對分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
及選型有著良好的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：天然氣分布式能源；節(jié)能率；熱電比
中圖分類號：TK01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號：1001-5523（2013）06-0026-04
26 能源研究與利用
ENERGY RESEARCH &amp;amp; UTILIZATION
·2013年第6期
(1)
▲
ＪＩＥＮＥＮＧＫＥＪＩ 節(jié)能科技
天然氣分布式能源是指利用天然氣為燃料，通過冷
熱電三聯(lián)供等方式實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用，其綜合
能源利用效率在70%以上，并在負(fù)荷中心就近實(shí)
現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式，是天然氣高效利用的重要
方式。與傳統(tǒng)集中式供能方式相比，天然氣分布式能源具有能
效高、清潔環(huán)保、安全性好、削峰填谷、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)[1]。
本文對分布式能源相對常規(guī)供能方式的節(jié)能效果做了
研究，著重分析了能源綜合利用率及熱電比對系統(tǒng)節(jié)能效果
的影響， 對分布式能源系統(tǒng)機(jī)組的選型具有明顯的指導(dǎo)意
義。
1 天然氣分布式能源系統(tǒng)的節(jié)能率
1.1能源綜合利用率
對于天然氣分布式能源系統(tǒng)，系統(tǒng)在發(fā)電的同時(shí)，采用
余熱利用設(shè)備供熱和制冷，其能源綜合利用率表示為：
式中，PERd為聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電一次能源利用率；PERr為聯(lián)供系
統(tǒng)供熱一次能源利用率；PERl為聯(lián)供系統(tǒng)供冷一次能源利用
率；P 為系統(tǒng)供電量，kW·h；Qr為系統(tǒng)供熱量，kW·h；Ql為系
統(tǒng)制冷量，kW·h；Qfbs為分布式系統(tǒng)總的能源消耗量，kW·h。
1.2 常規(guī)分產(chǎn)系統(tǒng)的能源綜合利用率
對于常規(guī)的冷熱電分產(chǎn)系統(tǒng)，電能供應(yīng)來自電網(wǎng)，供熱
來自燃?xì)忮仩t，制冷來自電制冷機(jī)，該系統(tǒng)的能源綜合利用
率為：
式中，ηcgd為常規(guī)電廠發(fā)電效率與電網(wǎng)效率的乘積，%；ηb為
燃?xì)忮仩t效率，%；COPdzl 為電制冷機(jī)的能效系數(shù)。
1.3 能源系統(tǒng)節(jié)能率
對于分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，可以定義節(jié)能率來表征在
生產(chǎn)相同的電能、熱能和冷量的情況下，聯(lián)供系統(tǒng)相對于分
產(chǎn)系統(tǒng)的一次能源節(jié)約率，即：(5)
(6)
圖1 節(jié)能率與能源綜合利用率關(guān)系曲線
表1 節(jié)能條件下的能源綜合利用率最低指標(biāo)%
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能源研究與利用 27
ENERGY RESEARCH &amp;amp; UTILIZATION
2013年第6期·
ＪＩＥＮＥＮＧＫＥＪＩ
▲
節(jié)能科技
經(jīng)整理后可得：
式中，ηd為分布式能源系統(tǒng)的發(fā)電效率。
節(jié)能率可作為聯(lián)供系統(tǒng)相對分產(chǎn)系統(tǒng)是否節(jié)能的評判
標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)PES>0 時(shí)，聯(lián)供系統(tǒng)相對分產(chǎn)系統(tǒng)是節(jié)能的；PES<0
時(shí)，分產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能性更好。PES 的大小反應(yīng)了相對節(jié)能能
力的大小。
由以上分析，發(fā)現(xiàn)影響天然氣分布式能源系統(tǒng)是否節(jié)能
的關(guān)鍵因素是發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率以及余熱利用系統(tǒng)的熱
利用效率。
2 節(jié)能效果影響因素分析
為了定量的測算分布式能源系統(tǒng)的節(jié)能效果，在此做了
如下假設(shè)：
（1）根據(jù)華東地區(qū)的氣候特征，假設(shè)系統(tǒng)年供冷與年供
熱小時(shí)數(shù)之比為3:2；
（2）測算中不考慮系統(tǒng)的補(bǔ)燃工況。
2.1 常規(guī)供能參照系統(tǒng)的選取
選取典型的常規(guī)供能系統(tǒng)作為計(jì)算參照系統(tǒng)， 參數(shù)如
下： 根據(jù)中電聯(lián)2011 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 全國火電廠煤耗為
329 g/kW·h，熱效率為37.3%，線路損耗取5.75%，那么常規(guī)
電廠效率與電網(wǎng)效率的乘積為35%[2]；燃?xì)忮仩t效率取90%；
電制冷機(jī)能效系數(shù)取4.3。
2.2能源綜合利用率對節(jié)能效果的影響
因全年供冷與供熱小時(shí)數(shù)之比為3:2， 對于年供冷一次
能源利用率和年供熱一次能源利用率存在如下關(guān)系：
式中，COPxhl為分布式系統(tǒng)中溴化鋰制冷機(jī)組的能效系數(shù)。
將式（5）及2.1 章節(jié)中常規(guī)供能參照系統(tǒng)的參數(shù)帶入式
（4），同時(shí)溴化鋰制冷機(jī)組的能效系數(shù)取1.25，可以整理得到
系統(tǒng)節(jié)能率與聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電效率及系統(tǒng)能源綜合利用率的
關(guān)系如下：
目前， 在分布式能源系統(tǒng)中被廣泛使用的發(fā)電主機(jī)，小
型燃機(jī)（微型燃機(jī)）的發(fā)電效率在20%～35%之間，燃?xì)鈨?nèi)燃
機(jī)的發(fā)電效率在25%～45%之間[3]，總體來說，發(fā)電主機(jī)效率
在20%～45%之間。分別取發(fā)電效率為20%、25%、30%、35%、
40%、45%，由式(6)可以做節(jié)能率和系統(tǒng)能源綜合利用率的關(guān)
系曲線，如圖1 所示。
從上圖可以得出：
（1）當(dāng)發(fā)電效率一定時(shí)，分布式能源系統(tǒng)的節(jié)能率隨著
能源綜合利用率的提升而提升；
（2）在相同的能源綜合利用率下，系統(tǒng)的節(jié)能率隨發(fā)電
主機(jī)的效率提升而提升；
（3）如要保證分布式能源具有一定的節(jié)能效果，即保證
節(jié)能率大于零，那么對于不同的發(fā)電效率都有著對應(yīng)的能源
綜合利用率最低指標(biāo)的要求，如表1 所示。從表中可以看出，
隨著發(fā)電效率的提升，能源綜合利用率的最低指標(biāo)要求逐漸
降低，當(dāng)發(fā)電效率超過35%以后，聯(lián)供系統(tǒng)必定是節(jié)能的。
2.3 熱電比對節(jié)能效果的影響
分布式能源的熱電比表征了系統(tǒng)供熱（冷）量與供電量
的比值，對于分布式能源，熱電比可進(jìn)一步推導(dǎo)為：
在進(jìn)行系統(tǒng)配置時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)能源綜合利用率和發(fā)電效率
兩個(gè)參數(shù)中任意一個(gè)相對固定時(shí)，熱電比對系統(tǒng)節(jié)能率的影
響趨勢不同。

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