楼宇化分布式热电冷联产设计方案

1、北京楼宇化分布式热电冷联产设计方案一、概述：年由国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部和国家环保总局联合下发了关于发展热电联产的规定，这是贯彻中华人民共和国节能法，实施可持续发展战略、落实环保基本国策和提高资源综合利用效率的重要行政规章。规定再次明确了国家鼓励发展热电联产的政策，支持发展以天然气为燃料的燃气轮机热电冷联产项目，特别强调了国家积极支持发展燃气轮机联合循环热电联产和小型燃气热电联冷产。国家计委已在十五计划实施方案中确定在北京、上海积极抓好试点工程。目前，北京、天津等地正在积极利用陕甘宁天然气资源，并计划建设第二条陕京管线。上海、江苏和浙江等地也正在努力开拓西气东输工程实施后

2、的天然气市场，这些都为发展小型燃气轮机及微型燃气轮机热电联产提供了良好的机遇。世界各国实践表明，发展能源梯级利用的小型热电冷联产是合理、高效地利用天然气资源的最佳手段，对于改善环境、降低因燃料调整带来的成本增加，也是最好的解决方案之一。为适应国家关于环境保护的要求，改善首都及周边地区的大气质量，开拓天然气合理、高效的用途，拟在北京发展楼宇化分布式热电冷联产，建设一批以天然气为燃料的燃气热电冷系统，以替代和优化整合目前由常规的燃煤、燃油、燃气锅炉采暖；燃气、电力空调制冷和备用柴油机组成的能源系统，提高北京电力供应的安全可靠性，缓解夏季制冷用电高峰，平衡天然气利用，降低天然气成本，扩大天然气市场。

3、二、方案构思：在北京地区，拥有大量规模在，平方米左右的公用性和商用性建筑，研究制定这一规模的热电冷一体化综合技术解决方案，对于北京的环境保护、提高电力供应安全和减缓电空调调峰压力，以及北京的可持续发展具有深远意义。设计一种技术可靠、适用性强、经济性能良好，满足特别是医院、酒店、综合办公大楼等用户需求的综合技术解决方案，是发展这一容量及楼宇化热电冷联产的关键。根据世界的发展趋势和国际上的最新设计理念，本方案推荐采用小型燃气轮机技术，并结合采用余热锅炉蒸汽溴化锂空调，或者直接采用余热溴化锂空调互相连接，直接提供电力、制冷冷水、采暖热水和生活用热水。如果需要，可在余热溴化锂空调的燃烧腔内，或烟气出口

4、处再设置热交换器生产蒸汽。华盛顿水门饭店安装了土星热电冷系统三、设计依据：根据国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会，以及国家电力公司要求，为积极推动分布式热电冷联产项目在北京的实施，落实国家十五规划中在北京建设热电冷联产试点工作，实现北京市政府迎接奥运会，建设新北京的目标，依据中国电机工程协会热电专业委员会王振铭秘书长的建议，本方案能源配置采取以下原则：以基荷电力定容量，不足电力从电网补充，不足热量补燃解决和电力并网不上网售电，并采取友好同步发电的设计观念，即与供电公司、燃气公司和用户友好相处，平行同步供电。暖通指标参照中国建筑科学研究院李先瑞研究员提供的北京地区实际测量得出的空调设计冷暖负

5、荷指标和生活热水负荷指标作为建筑采暖、制冷和生活热水供应标准。以美国索拉透平公司、加拿大普拉特惠特尼公司和远大空调有限公司提供的应用设备技术方案研究编制了以下解决方案：小型燃气轮机余热（补燃）锅炉蒸汽溴化锂吸收式空调机热电冷联产方案与小型燃气轮机余热直燃溴化锂吸收式空调机热电冷联产方案备注：方案可以根据用电安全需求，采用套，索拉土星机组，也可以采用套普惠机组，因为两种机组容量、效率相当，本方案只论述土星机组方案。北京地区基本环境条件：平均温度（计算按），相对适度，海拔高度。美国圣地亚哥海军医院安装了台土星机组四、设备介绍：、索拉透平公司是世界上最大的小型工业型燃气轮机制造厂家，产品行销全球，至

6、今生产的燃气轮机已超过，台，其中引进中国的机组近台。索拉小燃机设计精良，坚固耐用，性能可靠，是一种很适合在分布失热电联产项目中广泛应用的动力设备。为更好地配合在中国市场的售后服务，索拉已决定在天津港保税区建设备件支援中心提供备件支持，能够为中国用户，特别是北京地区用户提供及时的服务支持。土星（）机组，出力，发电效率，排烟温度，烟气流量，大修周期万小时。噪音小于分贝，属于高频噪音，易于控制。土星机组剖面图技术指标燃机单机发电容量燃气轮机长度，燃气轮机宽度，燃气轮机高度，燃气轮机重量燃气轮机重量燃气轮机烟气流量燃气轮机烟气温度燃气轮机烟气热量、普拉特惠特尼公司是世界上最大的小型航空发动机制造商，中

7、国民航大量使用该公司发动机产品。以该公司发动机组装的地面发电机设备多达数几千台，其设备技术先进，轻巧可靠的技术特性在同行业中处于领先地位。机组，出力，顶峰出力，发电效率，排烟温度，烟气流量，大修寿命周期万小时迷你燃气轮机技术指标机组单位回热循环型热电联产型功率效率排烟温度烟气流量转速，长，重量，、余热锅炉，可以采用杭州锅炉厂或哈尔滨锅炉厂与研究所的产品，也可以采用国外厂家或其在国内合资企业的产品。小型余热锅炉是一种技术非常成熟的产品，早以被世界和中国广泛应用。余热锅炉可以采用补燃技术，增加供热能力，提高供热灵活性。索拉热电系统余热锅炉补燃工况比较环境工作温度环境工作湿度燃气轮机燃料耗量，燃气轮

8、机出力，发电效率余热锅炉排烟温度余热锅炉蒸汽量，蒸汽压力蒸汽温度蒸汽焓值，余热回收量，热电联产效率补燃余热锅炉蒸汽量，余热回收量，补燃燃料量，热电联产效率补燃余热锅炉蒸汽量，余热回收量，补燃燃料量，热电联产效率、蒸汽溴化锂空调机组，国内外有远大、大连三洋、双良、凯利等几十个厂家可以提供各种规格的产品，选择余地极大，本方案以三洋型冷吨蒸汽溴化锂空调机组技术指标作为参考。余热锅炉与三洋型蒸汽溴化锂空调机组技术参数环境工作温度环境工作湿度燃气轮机燃料耗量燃气轮机出力，余热锅炉进口温度烟气量，余热锅炉蒸汽发生量，除氧蒸汽消耗量有效蒸汽供应量，蒸汽压力蒸汽温度蒸汽焓值，余热回收量，大卡，制冷机长度，制冷

9、机宽度，制冷机高度，制冷机运转重量，制冷制冷量大卡，冷吨、余热溴化锂空调机组，目前远大和大连三洋等公司都可以提供，但本方案将按照远大空调有限公司提供的远大型余热双效吸收式冷温水机组技术参数指标作为基本设计依据。该机组在燃气轮机停运时可以直燃供热制冷，并可以增加容量作为冷热高峰的调节手段，保证满足需求的供应平衡。远大产品在国内外拥有很高的声望，余热溴化锂空调机已经销往美国，该公司与机组的配套方案已经在美国能源部中标，现正在实施之中。目前这一技术正在争取在北京燃气集团调度中心项目中使用。远大型余热双效吸收式冷温水机组技术参数远大直燃机长度，远大直燃机宽度，远大直燃机高度，远大直燃机重量，余热回收能

10、力（制冷）（供热）制冷量，供热量，冷水进出口温度冷水流量温水进出口温度温水流量冷却水进出口温度温水流量五、需求分析：项目对于能源的需求主要在电力、采暖、制冷和生活热水，以及部分蒸汽用于消毒等需求。用户的需求往往是不恒定的，需要进行一些调节。通过蓄热和蓄冷技术进行一些调节，力求总量平衡。尽量减少夜间低谷低电价时段的运行，避免浪费可以提高经济效益。本方案按夜间小时出力考虑，总量可以保证实现平衡。需求与保证能力的比较项目单位指标保证面积，采暖设计指标设计指标容量需求制冷设计指标设计指标容量需求采暖应用指标应用指标容量需求小时连续供暖需求，制冷设计指标设计指标容量需求，小时连续制冷需求，方案供暖指标方

11、案供暖能力，小时连续供暖能力，方案制冷指标方案制冷能力小时连续制冷能力，六、容量选择：根据已经确定的原则，本方案计划在热力和制冷上基本满足平均负荷需求，而电力解决的负荷需求，保证关键部位的电力供应安全。因目前建筑部门适用的建筑暖通空调设计标准是上世纪年的标准，大大落后于目前建筑的实际建设应用水平，如果按上述标准配置系统，必然造成设备投资的巨大浪费。因此，本方案将根据北京地区实际测量标准设计。电力系统采用外网提供不足电力补充、安全备用和调节；热力和制冷系统应利用一些原有系统作为备用和调节手段，如果没有可利用系统，使用余热溴化锂空调机直燃增容供热制冷峰荷也是解决问题的重要方法之一。因此燃气发电装置

12、的功率选择，主要要依照以热（冷）定电的原则，因为热力和制冷一般是无法得到外部支持的，而电力是可以依靠外网补充，所以电力容量最好小于大楼要求的电力需求，并具有较大的调节灵活性。可供选择的最佳燃气发电装置是，级小型燃气轮机，索拉土星机组是一个适用的机组选择。索拉远大系统热电冷匹配容量指标保障供热制冷面积，设计供电指标供电总量标准单位建筑平米供电量设计供热应用指标供暖总量标准单位建筑平米供热量余热直燃机值设计应用制冷指标制冷总量标准单位建筑平米制冷量索拉远大系统工况变化热电冷出力比较电力负荷实测标准电力输出，平米单位电量发电效率尾气流量，尾气温度余热利用量，制冷负荷制冷量，平米单位冷量排气温度回收余

13、热，供热效率供热负荷余热供热量，平米单位热量七、运行时间：每一个项目都有不同的内部需求和需求规律，设备利用时间也有所不同，我们在次主要研究最适合采用本技术的医院、宾馆等项目的规律。预计设备利用时间季节单位周期天数日利用小时比例实际利用时间冬季采暖期夏季制冷期春秋非采暖制冷期全年实际利用时间安装在建筑物一侧的燃机八、电价与发电节约支出：北京商业和非普通工业用电的价格构成比较复杂，一般采用非普通工业平均电价，高峰，平峰，低谷。电价与发电节支时段季节出力运行时间利用时间小时发电量发电量电价电费节支单位元元高冬季采暖期，夏季制冷期，峰春秋非采暖制冷期，平冬季采暖期，夏季制冷期，峰春秋非采暖制冷期，低冬

14、季采暖期，夏季制冷期，谷春秋非采暖制冷期合计，九、热价、冷价与供热制冷节约支出：热价应按照北京天然气集中供热费用进行核定，目前北京市执行的天然气集中供热价格为元。热价项目单位数值标准热价元采暖周期，供暖标准热价元元冷价可以按照电制冷成本价和天然气制冷成本价格进行平衡，天然气制冷还需要电力和水冷等成本，所以以电力平均价格作为制冷成本价格是接近天然气制冷的实际成本，是比较合理的指标。各种电价气价下的制冷成本项目单位数值制冷成本高峰电价元平峰电价元低谷电价元平均值元高峰天然气气价元低谷天然气气价元供热制冷的节支情况分析：供热制冷的节约支出时段季节出力运行时间利用时间小时冷热量冷热量冷热价冷热节支单位

15、元元高冬季采暖期，夏季制冷期，峰春秋非采暖制冷期，平冬季采暖期，夏季制冷期，峰春秋非采暖制冷期低冬季采暖期，夏季制冷期，谷春秋非采暖制冷期合计，十，燃料：在城市中使用小型燃气轮机主要使用清洁、安全的天然气燃料，在北京使用陕甘宁气田天然气，西气东输工程第一阶段也将采用陕甘宁气。天然气热值：不小于（）。陕甘宁天然气成分及特性具体成分如下：燃气储份分析表项目单位组成数值甲烷乙烷丙烷硫化氢二氧化碳水高位热值低位热值密度比重动力粘度运动粘度爆炸上限爆炸下限天然气单价：非采暖季节元采暖季节元应用气价冬季天然气气价元执行周期月夏季天然气气价元执行周期月平均气价元此外，小型燃气轮机有一突出优势，就是在天然气供

16、应出现问题时，可以自动切换其他液体燃料，如：柴油、液化石油气。十一、装机方案：索拉燃气轮机方案：工程根据以基荷电力定容量，不足电力从电网补充，不足热量补燃解决和并网不上网原则，建议选用一台，级发电设备，由于国内使用最多的小型燃气轮机主要是索拉（）透平公司的产品，资料充分，所以燃气轮机以生产的机组技术数据作为设计依据，若采用余热高炉溴化锂空调以和大连三洋空调公司机组配套系统为依据，若采用余热型溴化锂空调以远大机组为依据。燃气轮机技术指标（工况）项目单位技术指标发电出力燃料耗量单位燃耗发电效率排烟温度烟气流量余热回收量热电综合效率长宽高重余热锅炉与三洋蒸汽溴化锂空调技术指标环境工作温度环境工作湿度

17、燃气轮机燃料耗量燃气轮机出力余热锅炉进口温度烟气量余热锅炉蒸汽发生量除氧蒸汽消耗量有效蒸汽供应量蒸汽压力蒸汽温度蒸汽焓值余热回收量大卡制冷制冷量大卡冷吨远大余热双效吸收式冷温水机与燃气轮机冷热电联产参数项目单位数量燃气轮机电力负荷电力输出发电效率尾气流量，尾气温度远大余热双效吸收式冷温水机制冷排气温度回收余热，制冷负荷余热制冷量，供热排气温度回收余热，供热效率供热负荷余热供热量，其它额定参数冷水出口温度冷却水出口温度冷水进口温度冷却水进口温度冷水流量冷却水流量温水出口温度温水进口温度温水流量注：燃气轮机：连续功率；海拔高度：；环境温度：；相对湿度：；天然气低位热值：。冷温水机：技术条件依据吸收

18、式制冷机。燃气轮机前置循环余热综合利用热电冷联产技术方案：、燃气蒸汽联合循环热电联产方案，即：燃气轮机余热锅炉蒸汽溴化锂吸收式空调机方案（方案）。该方案是由燃气轮机首先利用天然气发电，将烟气中的余热通过余热锅炉回收转换成蒸汽利用，冬季依靠热交换器转换热水采暖，夏季依靠蒸汽溴化锂吸收式空调机制冷。这是一个传统的解决方案，适合于蒸汽需要量比较大，蒸汽品质要求比较高的项目，例如：医院等。该方案还特别适合改造已经购买蒸汽锅炉和蒸汽蒸汽溴化锂吸收式空调机的单位进行热电冷联产改造。本方案可能还需要一台小型蒸汽锅炉提供冬季、夏季燃气轮机不运行时段的采暖、制冷，以及安全备用。系统比较复杂，运行维护成本高，增加

19、了压力容器，安全要求也比较高。因此，我们不建议采用这一技术解决方案。图冷热电三联供系统方案采用间接热源和溴化锂吸收式制冷循环的工艺示意图、燃气轮机余热直燃溴化锂吸收式空调机联合循环方案（方案）。该方案也是由燃气轮机首先利用天然气发电，所不同的是将烟气中的余热直接通过余热直燃溴化锂吸收式空调机收转利用，冬季转换热水采暖，夏季转换冷水制冷。设备淘汰了方案的余热蒸汽锅炉和备用蒸汽锅炉系统，以及化学水系统，蒸汽泻排系统，效率大大提高。在燃气轮机不运行时段，有溴化锂吸收式空调机直燃运行。不论安全性、经济性都好于方案，因此我们推荐采用这一技术解决方案，我们只对这一技术解决方案进行经济评价。图冷热电三联供系

20、统方案采用直接热源和溴化锂吸收式制冷循环工艺示意图上述两方案比较，从需求角度，各有千秋，采用燃气轮机蒸汽锅炉蒸汽溴化锂空调系统适合于大量需要蒸汽消毒的医院项目和已经使用蒸汽溴化锂空调单位的技术改造；从造价和运行经济性角度，采用燃气轮机余热溴化锂空调系统节省了锅炉系统和化学水系统等，必然有优势。从需求匹配角度，燃气轮机余热溴化锂空调系统更加合理。相比之下，燃气轮机余热溴化锂空调系统更有优势，我们研究的重点将集中在这种方式上。方案供热制冷能力比较方案方式单位燃机锅炉空调燃机空调供热能力十二、燃料消耗量与燃料成本：燃气轮机机组天然气耗量计算结果列表如下：使用燃气轮机的供热能力可以满足，平方米级建筑楼

21、宇的实际需求。如果需要达到设计最高值，方案需要安装一台小型天然气蒸汽锅炉，作为尖峰调峰使用，也可作为夜间保温设施，以保障热力系统的安全运行。方案，可以利用扩大余热直燃机的功率，使其达到项目采暖、制冷的设施要求。燃气轮机天然气消耗量时段季节出力运行时间利用时间小时燃耗燃料耗量燃料价格燃料费用单位元元高冬季采暖期，夏季制冷期，峰春秋非采暖制冷期，平冬季采暖期，夏季制冷期，峰春秋非采暖制冷期，低冬季采暖期，夏季制冷期，谷春秋非采暖制冷期合计，十三、设备投资：中国已经加入，明年起进口关税将逐步降低，增值税也将逐步被消费税代替，总体税收将不断处于下降趋势。税制对于本项目影响较大，占进口设备的左右，因此未

22、来的总投资将会降低。工程造价估算燃气轮机设备投资美元，元，关税（含增值税）元，余热直燃机设备投资元，运费工程安装费用元，预计工程总造价元，单位平米分摊元预计工程总造价，万元，这一费用不包括土地费用和建筑物内部的暖通空调系统的投资，采用国内工程总包，采用方案作为技术解决方案。十四、投资收益与回收年限：发电节支元，制冷供热节支元，总收入元，运行费用元年运行费用元，冬季天然气价格元冬季燃气支出元，夏季天然气价格元夏季燃气支出元，燃料支出元，总支出元，收益元，投资偿还周期燃气轮机部分偿还周期折旧周期设备折旧费元，年节约支出元，工程总造价可以在年之内得到回收。由于即使不采用燃气轮机，也要投资建设采暖、制

23、冷和热水系统。实际上，真正增加的支出只是燃气轮机部分，而燃气轮机、进口关税和的工程建设安装费用部分的回收周期不到年，而设备的使用周期长达年之久，其投资效益极为明显。在折旧期年的情况下，每年节约支出为万元。密执根州一小区的热电设施十五、与其他方式比较：在项目建设中，采用燃气轮机热电冷联产技术，可以减少投资一路供电投资，在北京地区，电力线路一般需要埋地，施工费用平均万元公里，电力增容费元，如果功率系数在，折合元，千瓦电力加上减少电制冷的增容费可节约投资万元；集中采暖的增容和配套费元平方米；电空调制冷投资元平方米；如果采用燃气锅炉需要台热水锅炉，每台万元，需要万元。而采用热电冷联产技术，就不再需要这

24、些投资了。项目单位小燃机热电冷购电锅炉空调购电集中供热电空调购电集中供热蒸汽空调购电直燃机建筑面积电力增容费（）元功率系数电力增容费（）元制冷容量，折合电空调容量减少电力增容费元，第二路电力施工费元，平均建设长度减少电力施工费元，集中采暖配套费元节约集中采暖费元，集中制冷设备单位投资元集中制冷设备投资元，分散制冷设备单位投资元分散制冷设备投资元，燃气锅炉投资元，燃气轮机投资元，电力节约增容费元，实际增加投资元，采用燃气轮机热电冷联产技术的建设投资大于其他方式的技术解决方案，它的优势在于经济性明显好于其他方式。北京地区各种能源解决方式的能源支出比较项目单位小燃机热电冷购电锅炉空调购电集中供热电空调购电集中供热蒸汽空调购电直燃机总