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第九章 城市冷热电联产91 城市冷热电联产概论随着工业的发展和人民生活水平的提高，既需供热又需供冷的城市公用建筑大量增加，一些城市已发展了一批以热电厂为热源的集中供热与供冷系统，溴化锂制冷负荷的增加，使热电厂的综合效益明显提高，现已出现迅速增加热、电、冷联产的势头。冷热电联产是在能源中心同时生产电能（或机械能）、热能和冷媒水的一种联合生产方式。它是由热电联产发展而来，是热电联产技术与制冷技术（吸收式或压缩式）的结合。911 冷热电联产系统原理就我国目前现状来讲，冷热电联供系指以煤为能源的热电厂在利用汽轮机组发电的同时，充分利用汽轮机的抽汽或背压排汽于冬季向用户供热，夏季作为吸收式或压缩式制冷机的热源制备冷水向用户供冷。冷热电联供系统实现了能量的逐级利用提高了一次能源利用牢能源的综合利用效率可达7085左右，因此该系统也称为全能系统。而热电分产时综合能效仅为40左右。图91为冷热电联产系统原理图。图 91 冷热电联产系统原理图912 冷热电联产系统特点传统动力系统的技术开发以及商业化的努力主要着眼于单独的设备，例如，集中供热、直燃式中央空调及发电设备。这些设备的共同问题在于单一目标下的能耗高，在忽视环境影响和不合理的能源价格情况下，具有一定的经济效益。但是，从科学技术角度出发，这些设备都尚未达到有限能源资源的高效和综合利用。冷热电联产（CCHP）是一种建立在能的梯级利用概念基础上，将制冷、供热（采暖和供热水）及发电过程一体化的多联产总能系统，目的在于提高能源利用效率，减少碳化物及有害气体的排放。与集中式发电远程送电比较，CCHP可以大大提高能源利用效率。大型发电厂的发电效率一般为35% 55，扣除厂用电和线损率，终端的利用效率只能达到30 47%。而CCHP的能源利用率可达到90%，没有输电损耗；另外，CCHP在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力，据有关专家估算，如果从2000年起每年有4%的现有建筑的供电、供暖和供冷采用CCHP，从2005年起25的新建建筑及从2010年起50的新建建筑均采用CCHP的话，到2020年的二氧化碳的排放量将减少19%。如果将现有建筑实施CCHP的比例从4%提高到8%，到2020年二氧化碳的排放量将减少30%。目前从我国经济发展水平和居民收入水平看，城镇已进入暖通空调大发展时期，我国在暖通空调方面有可能实现跨越。1、小型电站是21世纪的新电源，最具经济潜力。用高科技武装起来的小型电站、CHP（热电联产系统）以及CCHP，耗能低、可靠性高、效率高、低排污，具有很大的优越性，是提高能源利用效率、降低冷热电成本和保护生态环境的重要措施。应当重视大电网与众多小型分布式电站相结合的研究。2、严格控制楼宇采暖用大型热电联产电厂和供热网的建设。世界上对于楼宇（包括商用建筑、写字楼、公寓和住宅小区）采暖供热有两种模式，欧美国家大都采用分散式的采暖设施，现在正向小型冷热电联供（CCHP）的方向发展。而原苏联、东欧等国家主要是学习原苏联模式采用大型热电厂、大中型锅炉房和大型热网。现在看来修建大型热电厂、大中型锅炉房和大型热网专门供商用、写字楼、公寓和住宅小区传热是极不经济的。今后大型热电厂主要应用于有稳定热负荷的工业企业。楼宇采暖应当因地制宜采用多种方式解决。 3、加快发展天然气、煤层气，积极引进液化天然气和管道天然气。有充足的燃气供应是发展分布式小型CHP、CCHP的前提条件，在有天然气供应的地方应当优先用于发展CHP和CCHP。有便宜电力供应的地方，可以及时利用低谷的地方，可以发展蓄冰空调、蓄热式电热锅炉；有的地方可以发展电力空调、电采暖器和电热水器。总之，要从节能、经济、环境保护的原则出发，因地制宜。4、加强冷热电联产（CCHP）的研究和推广工作。美国为发展冷热电联产采取了更新经营模式、联合研究和政策扶植等措施，并编制了长达20年的研究发展目标。我国如要发展小型CHP、CCHP也应组织联合攻关，政府扶持。913 冷热电联产系统方案选择典型冷热电三联产系统一般包括：动力系统和发电机（供电）、余热回收装置（供热）、制冷系统（供冷）等。针对不同的用户需求，冷热电联产系统方案的可选择范围很大；与热、电联产技术有关的选择有蒸汽轮机驱动的外燃烧式和燃气轮机驱动的内燃烧式方案；与制冷方式有关的选择有压缩式、吸收式或其它热驱动的制冷方式。另外，供热、供冷热源还有直接和间接方式之分。在外燃烧式的热电联产应用中，由于背压汽轮机常常受到区域供热负荷的限制不能按经济规模设置，多数是相当小的和低效率的；而对于内燃烧式方案，由于技术的不断进步，已经生产出了尺寸小、重量轻、污染排放低、燃料适应性广、具有机械效率和高排气温度的燃气轮机，同时燃气轮机的容量范围很宽，从几十到数百KW的微型燃气轮机到300MW以上的大型燃气轮机，它们用于热电联产时既发电又产汽，兼有高发电效率（30% 40%）和高的热效率（70% 80%）。现在，在有燃气和燃油的地方，燃气轮机正日益取代汽轮机在热电联产中的地位。压缩式制冷是消耗外功并通过旋转轴传递给压缩机进行制冷的，通过机械能的分配，可以调节电量和冷量的比例；而吸收式制冷是耗费低温位热能来制冷（根据对热量和冷量的需求进行调节和优化），把来自热电联产的一部分或全部热能用于驱动吸收式制冷系统。目前最为常见的吸收式制冷系统为溴化锂吸收式制冷系统和氨吸收式制冷系统。前者制冷温度由于受制冷剂的限制，不能低于5，一般仅用于家用空调；后者的制冷温度范围非常大（+1050），不仅可用于空调，而且可用于0以下的制冷场所。同时，氨吸收式制冷系统可以利用低品位的余热，所需热源的温度只要达到80以上就能利用，从而使能源得到充分合理的利用；而且氨吸收式制冷系统还具有节电、设备易于制造和维修、对安装场所要求不高、系统运行平稳可靠、噪声小、便于调节、可以在同一系统内提供给用户不同温度的冷量、单个系统的制冷量很大等优点。值得强调的是：简单的分布式供电是不合理的，而冷热电三联产系统（CCHP）热力过程更加符合能的梯级利用原则，通过吸收式制冷循环和供热循环的有机结合，使系统内的中低温热能得以合理利用，相对于分产系统能量利用率可提高30 50。可以预见，随着天然气的广泛应用、电力垄断的逐步解体、环境保护要求提高和可再生能源利用技术水平的提高，不仅我国边远地区和西部地区的分布式供电将得到极大的发展，而且小型化的分布式供电（特别是具有能量-资源利用合理、环保性能优良、冷热电负荷分配灵活等优势的冷热电联产）将成为中国城市现代化的重要动力。毫无疑问，分布式供电将成为未来能源领域的个重要的新方向。 92 热电联供系统装置在热能供应范畴中，凡是将天然气或人造德含能形态转化为符合供热系统要求参数德热能设备与装置，通称为热源。热电厂是联合生产电能贺热能的发电厂。联合生产电能和热能的方式，取决于采用供热汽轮机的型式。供热汽轮机主要有两种型式：背压式汽轮机和抽汽式汽轮机921 背压式汽轮机排汽压力高于大汽压力的供热轮机称为背压式汽轮机。背压式汽轮机的热能利用效率最高，理论上达到100，但是由于热、电负荷相互制约，它只适用于承担全年或供暖基本热负荷的供热量。背压式汽轮机是将汽轮机的排汽供热用户使用的汽轮机。主要特点是在设计工况运行时的经济性能好，节能效果明显。另外，它的结构简单，投资少，运行可靠。主要缺点是发电量取决于供热量，不能独立调节同时满足热用户和电用户的需要。因此，背压式汽轮机多用于有稳定的基本热负荷的热电厂。图92是一个具有双抽式供热汽轮机的热电厂的热力系统示意图，下面简要说明热源部分的工作过程。供汽轮机上有许多个抽汽口，其中多数是不可调节的抽汽口。它的抽汽量是随汽轮机的负荷变化的。双抽式供热汽轮机有两个可调节抽汽口。它的抽汽量可以调节使其不随汽轮机的负荷变化而变化，因而可以保证供气量随用户的要求而变化，又能在一定范围内不影响发电量。图92中的双抽式供热汽轮机，其高压可调节抽汽压力同常为0.7851.27MPa（绝对压力），主要用来向用户供应高压蒸汽，满足生产工艺用热量。低压可调节抽汽口的抽汽压力，通常为0.1180.245MPa（绝对压力）。抽出的蒸汽，大部分送进主加热器（基本加热器）4，用来加热网络回水。被主加热器加热的网路水，如供水温度尚不能满足热水网路供热调节曲线图所要求的供水温度，则再送入高峰加热器5进一步加热到所需的温度。高峰加热器所需的蒸汽量，可由高压抽汽口或直接由锅炉新汽经减压加湿装置6直接供应。为了保证在汽轮机检修或事故时仍能供热，蒸汽管道上设置了备用的减压加湿装置7。图92 双抽式供热汽轮机的热电厂的热力系统示意图A高压可调节抽汽口 B低压可调节抽汽口1锅炉；2蒸汽汽轮机；3发电机；4主加热器；5高峰加热器；6、7、25减压加湿装置；8膨胀箱；9凝结水泵；10除氧机；11水处理站；12给水泵；13网路补水泵；14网路补水压力调节器；15网路循环水泵；16除污器；17低压预热器；18高压预热器；19凝结水泵；20锅炉给水泵；21凝结水泵；22射流预热器；23膨胀箱；24冷凝器在高峰加热器中产生的凝结水，可经疏水器后进入主加热器，或先进膨胀水箱8进行二次汽化，产生的蒸汽在送入主加热器的蒸汽管道，余下的凝结水与主加热器的凝结水一起由凝结水泵9直接送入锅炉给水的除氧器10进行处理。从蒸汽网路系统回来的凝结水，回到热电厂的水处理站11。再用锅炉补水给水泵12输送到除氧器去。通过热水网路的补给水泵补水13，将已经水处理的补给水补进热水网路，并通过设置再补水管路上的压力调节器14，来控制热水网路的压力工况。由汽轮机可调节抽汽口送出的蒸汽，除了一部分向外输送通过加热器加热网路水外，通常还有一部分送入热电厂内部回热系统来加热锅炉给水。由汽轮机不可调节抽汽口送出的蒸汽，用来加热锅炉给水。这种利用汽轮机抽汽加热锅炉给水的方法称为回热加热。在电厂中用来进行回热加热的全套设备称为回热系统。设置回热系统的目的在于提高电站的热效率。进入回热系统的汽轮机已在汽轮机做功发电，但它的冷凝潜热并没有被冷凝器24带走，而被锅炉给水带回了锅炉，因此，减少电厂的冷源损失，提高了电厂的效率。图92的热力系统图中的回热系统是由低压预热器17，除氧器10及高压预热器18等组成。低压预热器与高压预热器之间的锅炉给水管路被除氧器隔开，因而低压预热器只承受凝结水泵19的压力，但高压预热器却承受锅炉给水泵20的高压。低压预热器的凝结水通过凝结水泵21送进除氧器，高压预热器的凝结水压力高于除氧器的压力，凝结水自流进除氧器。图92中还有射流预热器22。它由汽射气泵（图中未画出）及表面式加热器所组成。汽射气泵的作用是利用高压蒸汽抽引汽轮机冷凝器中的气体，使其保持真空（46kPa）。由汽射气泵中排出的混合气体，送入表面式加热器22预热锅炉给水后，蒸汽冷凝，空气则排入大气。为了充分利用锅炉排污水的能力，如图所示，锅炉排污水在膨胀箱23中进行二次蒸发，将其二次蒸汽送入回热系统中加以利用。921 抽汽式汽轮机从汽轮机中间抽取对外供热的汽轮机称为抽汽式汽轮机。这种类型的机组，有带一个可调节抽汽口的机组（通常称为单抽式供热汽轮机）和带高、低压可调节抽汽口的机组（通称为双抽式供热汽轮机）两种型式。抽汽式汽轮机的最大优点是抽汽量的多少不影响额定发电功率，亦即热、电负荷不相互制约，因而运行灵活。但由于热力循环过程中仍有冷凝器的热损失，热能利用效率低于背压式机组。特别是当抽汽量减少时，为了保证额定发电功率，进入冷凝器的汽量增多，冷源损失增加；而且，由于抽汽式汽轮机增设了节流机构亦调节抽汽量，汽轮机内的相对效率降低，甚至比同参数同容量的纯凝汽式机组的相对内效率低。图93所示为带有抽汽的背压式汽轮机原则性热力系统图。汽轮机全部排汽、通常用来加热网路水，同时还从中间抽取压力较高的蒸汽供应工业热用户。抽汽背压式机组与背压式机组相比，在供热上具有一定的灵活，但这种机组扔属于背压式机组的范畴，热、电负荷相互制约的缺点仍不能克服。除了采用供热汽轮机组进行热点联供外，凝汽式汽轮机也可以改装为供热机组，把单供电能的凝汽式发电厂改为热电厂。国内目前主要有两种改造方法：一种方法是在凝汽式汽轮机的中间导汽管上抽出部分蒸汽想外供热；另一种方法是使凝汽机组在供暖期间降低真空运行（称为恶化真空），把冷凝器做为热网回水加热器，用热水网路的循环水供暖。无论采用哪中方法，都降低了机组的发电功率，降低了年总发电量，但由于实现了热、电联产，提高了电厂的热能利用效率。图93 抽汽背压式汽轮机原则性热力系统图1蒸汽锅炉；2抽背式汽轮机；3发电机；4主加热器；5高峰加热器哦；6除污器；7补给水泵；8补水压力调节器；9网路循环水泵；10回热装置；11锅炉给水泵93 天然气冷热电联产系统天然气热、电、冷联产系统是以天然气为一次性能源同时产生热、电、冷三种二次能的联产联供系统。该系统以小型燃气发电设备为核心,以燃气发电设备排放出来的高温尾气或以该尾气通过余热锅炉产生的蒸汽或热水供热, 并以此热量驱动吸收式制冷机, 从而满足用户对热电冷的各种需求。该系统基本上可以摆脱对外部电网的依赖,具有相对的独立性和灵活性。该系统的能源效率高、可靠性强及污染物的低排放具有相当的竞争优势;近10 多年来在国外取得了迅速发展,国内也已经开始起步。其涉及的应用领域主要有3 类: (1) 工业领域中的热、电、冷三联产; (2) 城市建设和改造中的热、电、冷三联产; (3) 高层建筑等。931 燃气蒸汽联合循环发电装置的特点燃气蒸汽轮机联合循环热电联供系统是一项先进的供能技术。它首先利用天然气燃烧产生的高温烟气在燃汽轮机中做功，将一部分热能转变为高品位的电能，再利用燃汽轮机排烟中的余热产生蒸汽来带动汽轮机进一步发出部分电能，同时供热和制冷等。从而实现了能源的高效梯级利用，也降低了燃气供热的成本。燃气蒸汽联合循环发电装置，由于有其特殊的优点，因而近年来受到特别的重视和迅速发展。1、热效率高从热力学基本定律可知,热力循环的理想效率只取决于循环的吸热平均温度和放热平均温度。因此，提高吸热平均温度和降低放热平均温度都可以提高循环的热效率。燃气蒸汽联合循环，就是把具有较高平均吸热温度的燃气机与具有较低平均放热温度的蒸汽轮机结合起来，使燃气轮机的排气废热成为汽轮机循环的加热温度的热源，达到扬长避短、相互弥补的目的，使整个联合循环热能利用水平较单独的燃气轮机循环或汽轮机循环有一个明显的提高，见表91。据资料介绍，目前世界上燃油或天然气的联合循环发电的净效率已达4858%；随着燃气轮机初温和压气机压比的进一步提高，燃气蒸汽联合循环电站的效率还可不断提高，正向着60%的目标迈进。表91 联合循环与蒸汽轮机循环效率比较(%)电站类别联合循环电站蒸汽轮机电站常规型煤气化（IGCC）一般水平43 4840 4233先进水平5242 4636 40发展水平55 5846 5041 42注：表列数据以10万KW电站作比较2、对环境污染小燃气蒸汽联合循环发电装置的另一个特点是环保效益好。由于这类发电装置采用燃油或天然气、煤气为燃料，燃烧后的生成物没有灰，无灰渣排放，燃烧生成物中虽有一定的NOx，但可以采用注水、注气等方法将含量降到国家排放标准以下。燃煤的联合循环，即煤气化燃气蒸汽联合循环以及流化床燃烧燃气蒸汽联合循环，可以将高硫、高灰份、低热值的劣质煤气化或燃烧脱硫、除尘净化，变得对环境污染小。所以，燃气蒸汽联合循环电厂被称为“清洁电厂”。此外，联合循环装置中的燃气轮机，余热锅炉为户外布置，机组装有隔音罩，并且在燃气轮机装置的进排气道内装设消音器等，使机组噪声水平能达到国家标准的规定。3、启停快，运行灵活燃气蒸汽联合循环发电装置，可迅速增高到最大出力，因此非常适应于既带基本负荷又带峰值负荷的发电任务，是城市备用或调峰的最佳的发电装置。表92为各种电站启动时间比较。表92 各类电站启动时间比较（min）启动方式燃机电站联合循环电站蒸汽轮机电站正常启动1416快速启动910冷态启动120180温态启动90180热态启动6090注：表列数据为5万KW等级电站为依据良好的运行灵活快也是联合循环的一个显著优势。例如，当第二台燃机因保养而停运或仅在单循环中运行，第一台燃机仍能在联合循环中运行。另外，联合循环中的主机配置可有多种组合形式：两台燃机配两台余热锅炉和一台蒸汽轮机的“二拖一”方式；一台燃机配一台余热锅炉和一台蒸汽轮机的“一拖一”方式等，这样，在系统设备选择时可根据不同的用户要求，进行最佳主机配合形式。4、用水量少由于燃气轮机不需要大量冷却水，所以这种联合循环发电方式与同容量常规火电厂相比，可以节省大量冷却水，甚至可以节省一半。这对于缺水地区、坑口站等，有着很大的适用性。5、投资省，收效快燃气轮机蒸汽轮机联合循环发电装置，是由燃机余热锅炉蒸汽轮机发电机组三大部分组成。其中，燃气轮机组和余热锅炉均为户外布置，且在制造厂内完成了装配。施工方便、建设周期短、投产快。同时，也可根据用户需要，分单循环与联合循环两期建成，有利于资金的周转及融资的灵活性。联合循环电厂，由于无需大面积输煤和除灰渣等设施，所以占地面积小，除汽轮机外，电厂不需要大型厂房，建筑面积相应减少，土建费用低；联合循环电厂自动化控制程度高，均采用先进的集散式控制系统，操作人员可大大减少。表93 联合循环电厂与常规火电厂在占地、投资费用等5个内容的比较(%)序号比较内容联合循环电厂占同等规模火电厂比例1占地面积3040%2电厂建筑面积20%3简单循环用水量216%4联合循环用水量30%5电厂定员2025%6一次性投资6570%932 第二代能源系统由于大型设施用于变电站、输电线路和供热管网、换热站的投资巨大，在全系统造价上大大高于分布在用户端的冷热电设施。此外，中间环节损失巨大，管理层面的增加，中间环节增值税等因素，使大型能源设施的供能成本高于小型、微型分布能源设施。因此必须建立一个全新的能源系统第二代能源系统：小型分布式多功能的能源系统。第二代能源系统具有一系列技术、经济优势，是其他能源设施无法比拟的。第二代能源系统具有六个方面的主要特征，一是燃料的多元化；二是设备的小型、微型化；三是冷热电联产化；四是网络化：五是智能化控制和信息化管理；六是高标准的环保水平。而其中燃料的多元化，设备的小型、微型化，冷热电联产化和环保要求则代表着能源技术发展的几个重要方向：可再生能源的开发利用、分布式供电技术的兴起与冷热电三联产系统的发展。1、燃料多源化就是利用一切可以利用的资源，天然气、煤层气、矿井瓦斯、地下气化气、垃圾填埋气、沼气、生物质热解气化气等等，凡是可以利用的资源，不管多少充分加以利用，节约资源； 2、设备的小型、微型化就是根据用户的实际需求和燃料资源配置，设置能源装置。微燃机、燃料电池、燃气外燃机、各种小型循环流化床锅炉等先进设备的陆续投产与应用，小型燃气轮机、燃气内燃机、小型水电站等传统工艺设备的不断改进，以及陆续跟进的风力发电、地热发电等技术，使人类完全有可能“按需设厂”，省去长途输电设施、多层变电和电网建设、集中供暖和管道系统等投资，以及家庭制冷空调的投资； 3、冷热电联产化是将原来采暖、电力、制冷和生活热水等系统优化整合为一个新的、统一的能源系统，将资源利用效率提高到80 90%，甚至进一步与植物大棚结合，将利用效率提高到100%，实现全能量的利用，同时减少了各能源系统综合投资和运行管理费用； 4、网络化是将各个相近的小型能源系统之间的电能、热能进行连接互相保障、互相支援、互相调剂、互相平衡。5、因特网将每个能源装置的自动控制计算机连接，实现智能化的指挥调度，根据整体的电力需求和燃料变化进行优化调节。并进一步与每一个智能电器连接，彻底平衡用电、用热和燃料的峰谷变化问题。 6、小型、微型能源设施的环保标准极高，小燃机和微燃机的氮氧化物的排放分别为25和9ppm，燃料电池为0。由于小型、微型化，可以与大棚结合，将二氧化碳的利用变为可能，将可以真正实现零排放。目前在利用天然气中，小型燃气轮机、燃气内燃机技术已经极为成熟，甚至比大型燃气轮机还要成熟可靠。微型燃气轮机和外燃机正在全速进入市场，而且采取了使用较为传统的技术和计算机控制技术相结合的解决方案，可靠性已不是问题。燃料电池技术发展不断加速，预计在2005年将可提供多种成熟产品，最迟2010年将进入全面市场应用阶段。（1）小型燃气轮机：主要是15MW 400kW的采用涡流式技术的燃气轮机，标志性产品是美国索拉（Solar）公司星座系列和加拿大普拉特惠特尼（P&W）公司的ST系列，前者为专门为地面应用设计的工业型燃机，后者为小型航空涡轮发动机的地面改型产品，或称为：轻型燃气轮机。 工业燃气轮机的特点是坚固可靠，应用极为广泛。可以作为固定电源或移动电源，可用于热电联产，也可与余热溴化锂机组组成冷热电联合循环系统，还可以直接提供工业动力或组合成动力热力联合循环，以及应用于交通动力设备等等。企业可以根据自己的用途和需求容量随意配置，有无厂房无所谓，电压等级随意选，起停调节和燃料切换全部可以自动控制，基本上是一个“傻瓜机”的设计，现场可以无人职守。 小型燃气轮机极为适合于工业和大型建筑的自备热电设施，可作为工厂的热电设施，当用电大用热少时，可以采用燃气轮机背压机同轴联合循环；当用电小用热大时，可以采用余热锅炉补燃技术，能够适应各种需求变化。小型燃机可以适应天然气、液化石油气、煤制气、柴油等多种燃料，并可随时自动切换，确保能源供应安全。大修周期在3 4万小时，运行稳定可靠。调峰能力强，一般都可以在30%的工况下稳定持续运行，机组能够自动跟踪频率，实现电网和自备电源的混合运行，燃机转速高达10000转/分，电力品质好于电网电力。轻型燃气轮机主要是航空发动机地面改型，特点是小巧轻便、启停快、技术先进、自动化程度更高。有采用涡流技术（ST6）也有采用轴流技术（ST5）。一台800kW级ST6燃气轮机的重量仅仅104kg，长度1346mm，一套395kW带有回热循环的ST5燃机的总重也只有816kg。轻型燃气轮机的技术也已经非常完善，大修寿命周期也在30000小时以上，每次大修后可以恢复到原先的出力水平。可用于发电和直接动力，余热能够利用于热电联产和与溴化锂制冷机组冷热电联产。轻型燃气轮机还具有一个非常有用的特性就是过载顶峰能力，在瞬间出力能够迅速增加10 20%，适应小型电网的负荷变化。小型燃气轮机正在进行三大技术革命，第一是回热技术，将空气作为载体，利用燃烧后的烟气回收能量，提高效率。索拉公司的水星60机组采用这一技术，发电效率已经超过39%；普惠ST5机组采用回热器后，基本负荷效率32.7%，顶峰出力可达到34.4%。第二是永磁发电机大功率晶体可控变频技术，由于小型燃气轮机的轴转速极快，每分钟超过1万转，ST6L-721机组的转速达到33000转。使用变速齿轮箱功率损耗大，故障率高。如果采用永磁发电机，不需要励磁，发电效率可高达95%。可控变频技术可以保障并网的安全可靠，提高自动化控制能力，降低生产成本。各国都在积极开发，目前德国、日本已经可以制造400kW等级机组的永磁发电机大功率晶体可控变频系统。第三是直接与余热溴化锂空调联合循环，将燃气轮机烟气直接排入余热溴化锂空调机制冷供热，省略了锅炉、化学水系统等设备，大大方便了用户。索拉与长沙远大公司合作在美国能源部的一个项目中中标，将建设一套5000kW的燃气轮机冷热电三联供示范系统，美国能源专家将这一项目称之为：能源领域的一次革命。（2）微型燃气轮机：这里主要是指25 300kW采用轴流技术的燃气轮机，标志性厂家主要是英国宝曼（Bowman）公司TG系列微燃机和美国卡伯斯通（Capstone）公司的产品等。基本原理是通过一个精密铸造的叶轮和永磁发电机转子连接的转子的高速旋转，叶轮一侧为压缩机，另一侧为燃烧室和动力叶片，来带动发电机发电。转子的速度为每分钟615万转，为了减少阻力，转子是浮在空气轴衬上运行。 微燃机是一种典型的用户能源系统，可以为楼宇和小型工厂项目提供现场电力、热力、制冷能源，燃料使用天然气、煤制气、LPG和柴油。 微燃机是一种现场能源系统，采用了无人职守的智能化自动控制技术，晶体变频控制技术，可以自动跟踪频率调节，保证了安全运行。回热器为选装设备，回热循环发电效率为25 28%，但排烟温度降低到300以下，热电综合效率75%左右。不使用回热器发电效率14 16%左右，排烟温度降低到600以上，热电综合效率85%。宝曼公司一项特殊设计，将回热器增加了自动调节功能，控制空气回热交换量，以适应热量需求的变化，解决了用户的调节问题。微燃机在小型燃气锅炉、直燃机中可以代替燃烧器，也可以直接用于工业炉窑、烘干、加热、给水加温等工艺流程中。可以单独运行，也可多台联合运行。与长沙远大余热溴化锂空调联合循环的微燃机系统已经在美国投入运行，用于楼宇冷热电项目。（3）燃气内燃机：指以天然气为燃料的内燃机，已经具有十分悠久的历史，第一台卡特彼勒燃气内燃机制造于1941年。目前世界上很多厂家，可以提供几十千瓦到几千千瓦的各种设备，美国卡特彼勒公司的产品依然是标志性产品。 燃气内燃机将燃料与空气注入气缸混合压缩，点火引发其爆燃做功，推动活塞运行，通过气缸连杆和曲轴，驱动发电机发电。燃烧后的烟气温度达到500以上、汽缸套冷却水可以达到110，在加上空气压缩机和润滑油冷却水中的热量，可以回收用于热电联产。燃气内燃机的优点是发电效率较高，设备投资较低，缺点是余热回收复杂，余热品质较低。（4）燃气外燃机：这是古老的斯特林发动机的新技术革新版本，在微型热电联产和工业余热利用中具有极大的潜力。它的基本结构为一个热腔和一个冷腔，冷腔内的介质为氢，当热腔加温使氢流动推动冷腔中的活塞运行带动一个轮盘旋转，氢在冷腔中被冷却后流回热腔再循环。标志性产品是美国STM动力公司的产品，目前能够提供25kW机组，正在发展2 5kW和200kW机组。外燃机是一种应用非常广泛的技术，只要热腔温度达到700就可以发电，可利用一切可以燃烧的燃料，甚至植物热解气体和木材，还可利用太阳能，海拔高度对其基本没有影响。外燃机热电联产只能提供电力和热水，但作为楼宇供应热水的设备非常经济，一台25kW外燃机每小时可以供应近1吨55热水，每天22吨约满足450人的生活热水。二十一世纪，新技术革命将出现由无数小型、微型冷热电系统组成的自下而上的能源系统，在网络的连接下，从根本上改变传统的由大型火电厂，高压输电线路和多层电压网络系统构成的，以及各种供热采暖锅炉共同组成的城市传统能源体系。人类将从工业时代的“规模效益”，转向信息时代以效益定规模的生产方式，这是文明的必然趋势。94 城市热力网设计941 热负荷计算热力网支线及用户热力站设计时，采暖、通风、空调及生活热水热负荷，应采用经核实的建筑物设计热负荷。没有建筑物设计热负荷资料时，或热力网初步设计阶段，民用建筑的采暖、通风、空调及生活热水热负荷，可按下列方法计算。9411 采暖热负荷采暖负荷是供热系统中最主要的热负荷。它的设计热负荷占全部热负荷的80%到90%以上。可按面积热指标法进行概算。Qn = qA103 式中 Qn 采暖热负荷，kw； q 采暖热指标，W/m，可按表94取用；A 采暖建筑物的建筑面积，m2。表94 采暖热指标推荐值建筑物类型住宅居住区综合楼学校办公楼医院托幼所旅馆商店食堂餐厅影剧院大礼堂体育馆热指标（W/m2）58646067608065806070658011514095115115165注：热指标中包括约5%的管网损失在内。9412 通风、空调冬季新风加热热负荷对有通风空调的民用建筑，其热负荷可按该建筑物的供暖热负荷的百分数进行概算。Qtk = k1 Q n 式中 Qtk 通风、空调新风加热热负荷，KW； Q n 通风、空调建筑物的采暖热负荷，KW； k1 计算建筑物通风、空调新风加热热负荷的系数，可取0.3 0.5。9413 采暖期生活热水平均热负荷供暖期的生活热水供应平均小时热负荷可按下式计算：Qsp = 0.001163 (m v (trt1) ) / T式中 Qsp 采暖期间生活热水平均热负荷，KW； m 用热水单位数（住宅为人数，公共建筑为每日人次数，床位数等）； v 用热水单位每日热水量，L/d，按建筑给水排水设计规范GBJ15选用； tr 生活热水温度0C，按热水用量标准中规定的温度取用； t1 冷水计计算温度，取最低月平均水温，0C，无资料时按建筑给水排水设计规范GBJ15取用。 T 每日供水小时数，住宅、旅馆、医院等一般取24h。计算居住区生活热水平均热负荷时可按下式计算：Qspj = qs A103 式中 Qspj 居住区采暖期生活热水平均热负荷，kw； qs 居住区生活热水热指标，当无实际统计资料时，可按表95取用；A 居住区的总建筑面积，m2。9414 生活热水最大热负荷Qsmax = k2 Qsp 式中 Qsmax 生活热水最大热负荷，KW； Qsp 生活热水平均热负荷，kw； k2 小时变化系数，根据用水单位数按建筑给水排水设计规范GBJ15规定取用。表95 居住区采暖期生活热水热指标用水设备情况热指标（W/m2）住宅无生活设备，只对公共建筑供热水时2.5 3全部住宅有浴盆并供给生活热水时15 20注：冷水温度较高时采用较小值，冷水温度较低时采用较大值； 热指标中已包括约10%的管网热损失在内。生产工艺最大热负荷和凝结水回收率应采用工艺系统的设计数据。计算热力网最大生产工艺热负荷时，应取用经各工业企业核实的最大热负荷之和乘以同时系数之值。同时系数可取0.7 0.9。没有工业建筑采暖，通风、空调、生活热水及生产工艺热负荷的设计资料时，对于现有企业应采用生产建筑和生产工艺的实际耗热数据，并考虑今后可能的变化。对于资料或实际耗热定额计算。计算热力网热负荷时，生活热水热负荷按下列规定取用：1、干线采用采暖期生活热水平均热负荷；2、支线当用户全部有储水箱时，采用采暖期生活热水平均热负荷；当用户无储水箱时，采用采暖期生活热水最大热负荷。9415 空调冷负荷 空调房间的得热量由下列各项得热量组成：1通过围护结构传入室内的热量；2透过外窗进入室内的太阳辐射热量；3人体散热量；4照明散热量；5设备、器具、管道及其他室内热源的散热量；6食品或物料的散热量；7渗透空气带入室内的热量；8伴随各种散湿过程产生的潜热量。确定房间计算冷负荷时，应根据上述各项得热量的种类和性质，以及房间的蓄热特性，分别逐时计算，然后逐时叠加，找出综合最大值。房间散湿量由下列各项散湿量构成：1人体散湿量；2渗透空气带入室内的湿量； 3化学反应过程的散湿量；4各种潮湿表面、液面或液流的散湿量；5食品或其他物料的散湿量；6设备散湿量。确定房间计算湿负荷时，应根据上述湿源的种类，选用不同的群体系数、负荷系数和同时使用系数，分别逐时计算，然后逐时叠加，找出综合最大值。空调系统的冷负荷，应根据所服务房间的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式，按各房间逐时冷负荷的综合最大值或各房间计算冷负荷的累加值确定，并应计入新风冷负荷以及通风机、风管、水泵、冷水管和水箱温升引起的附加冷负荷。夏季空气调节新风的计算温度，采用夏季空气调节室外计算干球温度，即历年平均每年不保证50h的干球温度。而夏季空气调节室外计算湿球温度，是按夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度减去0.5计算。在作夏季空气调节外围护结构传热计算时，最高计算温度应采用近期十年中最热三个年份连续最热5天最高温度的平均值。室外日平均温度应采用近期十年中最热三个年份连续最热5天平均温度的平均值。942 年耗热量计算采暖平均热负荷和采暖期通风、空调平均热负荷应按下列方法计算。9421 采暖平均热负荷 Qnp = Qn (tntp) / ( tntwn) 式中 Qnp 采暖平均热负荷，KW； Qn 采暖设计热负荷，kw; tn 室内设计温度，可取18； tp 采暖期室外平均温度，；twn 采暖室外计算温度，。9422