第29卷第2期建筑熱能通風空調2010年4月Building Energy EnvironmentApr.2010.100-102文章編號:10030344(2010)02-1004樓字式熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)的熱經濟性分析潘雯'姚景洲1楊思思1陳惠'曹小林'張建華21中南大學能源科學與工程學院2廣東韶鋼松山股份有限公司熱電廠摘要:利用天然氣為能源的樓宇式熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)對緩解我國能源結構單一、環(huán)境污染嚴重等問題大有裨益。以北京某辦公大樓作為目標建筑物通過對聯(lián)產系統(tǒng)和分產系統(tǒng)的用分析比較說明聯(lián)產系統(tǒng)高效的原因在于能源的梯級利用,尤其是對低品質熱能的有效利用程度將成為決定目標建筑物能量系統(tǒng)釆取熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)是否節(jié)能的關鍵。并提出以“產品分級等價法”建立成本方程,進而計算了聯(lián)產系統(tǒng)產品的成本,結果表明:當天燃氣價格低于電價的32倍時,采用聯(lián)產系統(tǒng)的年度化費用低于分產系統(tǒng),反之亦然關鍵詞:熱經濟學娳分析熱(冷)電聯(lián)產天然氣Thermal-economical Analysis of Building Combined Heating PowerSystePAN Wen, YAO Jing-zhou', YANG Si-si, CHEN Hui, CAO Xiao-lin, ZHANG Jian-hua?I School of Energy Science and Engineering, Central South University2 Thermal Power Station, Songshan Iron Steel Ltd. CAbstract: Due to its environmental friendly characteristics, natural gas has been used in Building Combined HeatingPower System(BCHPS)which has another virtue-energy saving. Exergy analysis were carried out separately for anoffice building in Beijing adopting BCHP system and the same building adopting independent electric refrigerationeating system. The result indicates that the high efficiency of BCHP systems is due to the cascade use of energy,especially, effective utilization of low-quality thermal energy. Moreover, a exergy-cost equation was establishedaccording to the method"all productive exergy at the same step share the same cost"for BCHP systems. And the resulticates that annual-cost for BCHPS is lower than that of independent electric refrigeration heating system when theprice of natural gas is lower than 3. 2 times of that of electricityKeywords: thermal-economics, exergy analysis, BCHPS, natural gas0引熱(冷)電三聯(lián)產系統(tǒng)( BCHPS)是將高品質的電能與低品質的熱量冷量有效地結合成一個系統(tǒng)以達進入2世紀以來我國經濟迅速發(fā)展但隨之而到能源的梯級利用,進而大幅度提高能源利用率。特來的是能源的短缺并且由于能源利用不合理帶來能別是近年來隨著現(xiàn)代化建筑的發(fā)展具有溴化鋰制冷源浪費和環(huán)境惡化能源問題已經成為制約我國發(fā)展系統(tǒng)的熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)受到了特別的關注。和進步的首要問題。因此,為了解決煤炭資源緊缺、環(huán)本文以北京燃氣集團辦公樓為目標建筑物對聯(lián)境污染嚴重的問題天然氣逐漸成為我國能源結構中產系統(tǒng)和分產系統(tǒng)進行大效率分析比較進而引人大用重要部分。成本聲程汁對理音結行地這學分析。中國煤化工收稿日期:2009-827CNMHG作者簡介:潘雯(1984-)女,碩土研究生;湖南省長沙市中南大學能源科學與工程學院(41083);Ema: hanwen017@163com第29卷第2期潘雯等:樓宇式熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)的熱經濟性分析1011聯(lián)產系統(tǒng)物理模型負荷下運行,從而使得夏季工況時聯(lián)產系統(tǒng)的利用程度要好于冬季工況,說明聯(lián)產系統(tǒng)對低品質熱能的聯(lián)產系統(tǒng)基于內燃機為前置、三能源型溴化鋰吸有效利用程度將成為決定目標建筑物能量系統(tǒng)采取收機組及板式換熱器為后置的熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)(圖熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)是否節(jié)能的關鍵。1),系統(tǒng)后置設備溴化鋰機組可以在三種模式下運行因而使得系統(tǒng)運行策略的靈活性大為提高。表1聯(lián)產系統(tǒng)及分產系統(tǒng)總的效率計算結果總垌效率夏季況冬季工過渡季節(jié)聯(lián)產系統(tǒng)分產系統(tǒng)284%633.8%夏季工冬季工況過渡季節(jié)聯(lián)產系繞341%326%引4%284%因此對于目標建筑物全年電需求量變化較大的圖1目標建筑物熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)機組設備簡圖聯(lián)產系統(tǒng)的設備選型在設計過程中應該考慮選擇若干臺不同容量的機組用來匹配各季度目標建筑物的目標建筑物能源系統(tǒng)在其運行模式的選取上主電負荷需求;由于夏季工況和冬季工況聯(lián)產系統(tǒng)均對要體現(xiàn)了以下三點①發(fā)電機組與外電網并網但不上系統(tǒng)前置產生的余熱加以利用這就使得夏季工況和網購電也不對外電網輸出電力。②目標建筑物熱冷冬季工況聯(lián)產系統(tǒng)燦利用程度要好于過渡季節(jié)。負荷的滿足依靠調節(jié)三能源型溴化鋰機組和板式換熱器的運行模式來實現(xiàn)。③發(fā)電機組和空調機組均可3聯(lián)產系統(tǒng)熱經濟學分析單獨運行,滿足目標建筑物最低和最高負荷下熱(冷)、電負荷需要。3.1熾月成本方程法聯(lián)產系統(tǒng)前置發(fā)電機組采用了一臺卡特比勒所謂的火成本方程法,指對于某個能量系統(tǒng)進( Caterpillar)G3508型燃氣內燃機組。行熱經濟學分析時,除了考慮熾平衡方程外,還必須引聯(lián)產系統(tǒng)的后置吸收式機組選用了一臺遠大經濟平衡方程式,并將兩者耦合到一組方程式中用BZHE0Ⅷ型三能源型溴化鋰機組。在冬季供暖工況來解決某個能量系統(tǒng)的成本分攤問題國。下,聯(lián)產系統(tǒng)除使用BZHE100Ⅷ型機組制熱外,為了大成本方程法計算熱(冷)電聯(lián)產系統(tǒng)的成本分攤利用內燃機缸套水熱量,系統(tǒng)還選用一臺艾克森通常有兩個步驟。首先列出聯(lián)產系統(tǒng)各設備成本的資ABJ-WA005板式換熱器。金平衡式,這個平衡式中要體現(xiàn)聯(lián)產系統(tǒng)設備的初投資、運行費用以及折舊費用三部分,上述計算步驟可以2聯(lián)產系統(tǒng)與分產系統(tǒng)火用分析比較表達如下co Eroe=Cp+, e(1)對聯(lián)產系統(tǒng)和傳統(tǒng)分產系統(tǒng)進行丸分析。計式中c、CFcC、Ex和Er分別為能量系統(tǒng)產出產品算結果如表1,可發(fā)現(xiàn):①夏季工況時前者的焮效率比的炊用單價、年度化初投資耗費單價、產品炊用流和耗后者的效率高20.1%,冬季工況時前者的煙效率比費流后者的效率高出387%,而過渡季節(jié)前者的效率其次在考慮聯(lián)產系統(tǒng)經濟學的基礎上補充影響比后者的火效率低71%;②聯(lián)產系統(tǒng)夏季工況時的聯(lián)產系統(tǒng)熱(冷)電成本的決策方程決策方程的確定效率比冬季工況時的火用效率高出46%,夏季工況時的常常需要結合熱力學知識并針對系統(tǒng)的生產目的經火效率比過渡季節(jié)時高出86%,而冬季工況時的效濟政策等做出人為的決策。同時在確定聯(lián)產系統(tǒng)的產率比過渡季節(jié)時高出3.8%。品成本時提出“產品分級等價法”,即認為聯(lián)產系統(tǒng)的由此表明夏季工況和冬季工況時聯(lián)產系統(tǒng)的熱終紅中國煤化工量)具有等價的單力完善度較之分產系統(tǒng)要好,這是由于聯(lián)產系統(tǒng)前置價CNMHG系統(tǒng)中間產品(缸套內燃機產生的余熱在系統(tǒng)后置設備中得到了充分的水和煙氣)其有等價的炊甲價但聯(lián)產系統(tǒng)的終極產品利用;由于聯(lián)產系統(tǒng)中的內燃機在冬季工況處于部分與中間產品兩者在能量的價值上并不等同,且應用于建筑熱能通風空調2010年不同設備的聯(lián)產系統(tǒng)中間產品在能量的價值上也不單價三者確定的情況下聯(lián)產系統(tǒng)各產品炊用成本單等同。價與聯(lián)產系統(tǒng)的火效率成反比32聯(lián)產系統(tǒng)冷量熱量和電量單價的確定表2聯(lián)產系統(tǒng)各產品量單價一覽表鴻量單位射網產品成本1)聯(lián)產系統(tǒng)供冷期冷量和電量單價的計算在夏季工況下,依據聯(lián)產系統(tǒng)灰箱模型以及成本方程計算方法就可以計算出聯(lián)產系統(tǒng)冷量單價和電量單價。由式(1)可知,內燃機能量系統(tǒng)的成本方由表1可以發(fā)現(xiàn),聯(lián)產系統(tǒng)夏季工況比冬季工況程如下時效率要高。而由表2可以發(fā)現(xiàn),聯(lián)產系統(tǒng)夏季工況Exox +C E比冬季工況時各產品焆成本單價要低。因而,利用“產=Cro +C Exos(2)品分級等價法”建立的方程作為丸成本方程法的決策式中E如、E、E如,E、Croc=和cn分別為條件,進面計算所得的聯(lián)產系統(tǒng)的產品成本是可靠的。電量流、缸套水流、煙氣炕流、天然氣流、年度化同時計算結果也表明對聯(lián)產系統(tǒng)各設備進行優(yōu)化設初投資(按秒計算)、電量丸單價、天然氣單價、缸套計并對其運行策略進行優(yōu)化管理,進而提高聯(lián)產系統(tǒng)水煙單價和煙氣單價。的效率,這是降低聯(lián)產系統(tǒng)產品成本的重要途徑由式(1)可知溴化鋰機組能量系統(tǒng)的成本方程圖2是聯(lián)產系統(tǒng)及分產系統(tǒng)年度化費用隨天然氣單價和電單價關系。A線表示聯(lián)產系統(tǒng)年度化費用。BCrn +CeeeexR(3)線(BIB2、B3、B4、B5、B6對應電價為040.5、0.6、+ceo+ce07、08、09元/Wh)為分產系統(tǒng)的年度化費用。A線式中E雙、ExC和c分別為冷量烔流、自耗電和B線的相交點表示處于該點的天然氣價格和電價流、年度化初投資和冷量單價。對應的聯(lián)產系統(tǒng)和分產系統(tǒng)年度化費用相同,這些交根據“產品分級等價法”對聯(lián)產系統(tǒng)引入決策條點處天然氣價/電價約等于32。即當天燃氣價格低于件,可以補充方程式如下:電價的32倍時,采用聯(lián)產系統(tǒng)的年度化費用低于分Ceee=Ce(4)產系統(tǒng)反之即當天燃氣價格高于電價的32倍時,(5)采用聯(lián)產系統(tǒng)的年度化費用高于分產系統(tǒng))聯(lián)產系統(tǒng)供暖期熱量和電量單價的計算冬季工況時內燃機能量系統(tǒng)的火用成本方程與夏al季工況時內燃機能量系統(tǒng)的火用成本方程相同,可延用式(2)。→溴化鋰機組能量系統(tǒng)的成本方程可表述如下:CExBhCeatCExB(6),→→式中:EA和EⅫ分別為熱量流和缸套水炊流根據“產品分級等價法”對聯(lián)產系統(tǒng)引入決策條件,可以補充方程如下:圖2聯(lián)產系統(tǒng)及分產系統(tǒng)年度化費用Cdec -Cb取天然氣單價為19元m熱值取3517MJm,4結論可得天然氣單價為57×103元/W。聯(lián)產系統(tǒng)各產品的計算結果如表2。1)聯(lián)產系統(tǒng)對低品質熱能的有效利用程度將成為對用成本方程法計算公式()進行變換可以得出決定目標建筑物能量系統(tǒng)采取熱(冷)聯(lián)產系統(tǒng)是否下式。節(jié)能的關鍵。中國煤化工型機組為后置的聯(lián)產CN年對前置設備余式中:m為效率。由式(8)可以發(fā)現(xiàn)當聯(lián)產系統(tǒng)初熱利用圖情為提高廣系猶的大利用程度,選擇投資的年度化費用、系統(tǒng)的產品流以及系統(tǒng)的耗費若干臺不同容量的內燃機機組用來匹配各季度目標(下轉96頁)建菟熟能通風空調2010年變化改變外機的壓縮機的容量,其外機輸入功率也是運行費用增容費等經濟性方面;設備的運行可靠性變化的;室內機的運行,不同房間的室內機開機的時放置場所安全性等使用性方面對符合要求的各類方間不同,其負荷在一天中處于部分負荷的狀態(tài)按照案應總體比較、評價房間的功能測算,得出室內機的負荷75%、50‰25%1)冷熱源的選擇,應因地制宜在有城市集中供熱間分別占50%、30%和20%。地區(qū),熱源優(yōu)先考慮集中供熱,具有燃氣供應的地區(qū),232三種空調方案的經濟分析可采用燃氣爐提供相應的熱水供應對上述三種空調方案的設備投資和運行費用方2)風管式分體空調系統(tǒng)的初投資最少運行費用面進行經濟對比分析(表6)最高;分體式冷水機組空調系統(tǒng),其工程投資運營費表6三種空調系統(tǒng)的經濟性比較用、能耗居中;多聯(lián)機空調系統(tǒng)初投資很高,其運行費x積用較低,是比較經濟的家用中央空調系統(tǒng)分體式沖水機組空調系統(tǒng)3)北方寒冷地區(qū)空調系統(tǒng)方案的選擇和系統(tǒng)設多機空調系統(tǒng)注:電價采用呼和浩特市現(xiàn)行銷售電價表計,都需考慮冬季水系統(tǒng)防凍問題,空調系統(tǒng)冬季運電價:042元/Wh行水系統(tǒng)及附件盡可能置于室內同時增強住戶水系從表6可知在這三種空調方案中:風管式分體統(tǒng)防凍意識空調系統(tǒng)的投資最少、運行費用最高;分體式冷水機組空調系統(tǒng),其工程投資運營費用能耗居中;多聯(lián)機參考文獻空調系統(tǒng)初投資很高,但是可以根據室內負荷的變化叫]陳焰華家用中央空調系統(tǒng)設計與實例M北京:機械工業(yè)出進行制冷劑的容量調節(jié),其運行費用遠遠低于風管式版社,2003與水管式系統(tǒng)在整個壽命周期內,是比較經濟的種)王靖魏菜戶式中央空調系統(tǒng)不同設計方案比較建筑熱能通風空調,2003,224)4143家用中央空調系統(tǒng)[3]愛默生公司數碼低溫強熱多聯(lián)機組在遼寧丹東軍鷹學苑的應用[門暖通空調,2008,38(}80-813結束語[4]馮玉琪,王佳惠最新家用商用中央空調技術手冊·設計、選型安裝與排障M]北京:人民郵電出版社200空調系統(tǒng)的選擇應綜合考慮居民地域的氣候特裴秀英林立戶式中央空調系統(tǒng)的經濟性分析門能源與環(huán)境,2008,(1):1920點能源結構、環(huán)保規(guī)定等社會效益方面;設備初投資(上接102頁)建筑物的電負荷需求。[5]唐帛銘國外能源工作動態(tài)綜述門刀中南工業(yè)大學學報,19803)提出以“產品分級等價法”建立決策方程的火2:100-109成本方程法對多能量輸入、多產品輸出的聯(lián)產系統(tǒng)進6]黃錦濤,豐鎮(zhèn)平袁勁松分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)經濟分析門沈陽工程學院學報,2005,(1)17-21行定價,并利用這種方法計算得出了聯(lián)產系統(tǒng)產品的[7宋丹萍楊明熱電冷聯(lián)產的經濟性分析[赤睡學院學報單價。2007,23(1):42444)當天燃氣價格低于電價的32倍時用聯(lián)產1]孫建國,馮志兵冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)的發(fā)展及前景燃氣輪機系統(tǒng)的年度化費用低于分產系統(tǒng),反之,即當天燃氣技術,2006,19(2):117價格高于電價的32倍時,采用聯(lián)產系統(tǒng)的年度化費 Martin L Baughman. Optimizing combined cogeneration and用高于分產系統(tǒng)thermal storage systems: an engineerapproach U]IEEE Transactions on Power Systems, 1989, 4(3): 95-9910)傅秦生能量系統(tǒng)的熱力學分析方法M西安:西安交通大學參考文獻出版社,2005:207-219]楊魏然能源問題與經濟發(fā)展口消費導刊.205192 11] Gaggioli R a, Dunbar, w R Exergy economics [] Energy[2]班瑞風,魏曉平中國能源結構及利用問題研究門徐州工程1980,(5)823837學院學報,2008,5:2427郵坦聲四張姚寶冷執(zhí)由群供系統(tǒng)成本分攤方法[3]賴艷華劉振乾熱、電、冷三聯(lián)供的效益分析門制冷學報中國煤化工1999(1}52-56[4]班德程鵬黃敏珊等中國燃氣行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)CNMHG三聯(lián)供的熱經濟學分析D]武漢:武漢大字,2005城市燃氣,200,(1)3037