热电冷三联供和吸收式制冷技术

摘 要：为了提高能源利用率、减少温室气体的排放，减轻温室效应，西方发达国家已经从传统的热电联产（CHP）向热电冷三联供（CCHP）发展，文章介绍了热电冷三联供系统的发展、原理、应用及吸收式制冷技术在三联供系统中的应用，给出了国内外的几个应用三联供系统的实例，指出了发展及应用热电冷三联供系统对于节能、环保、缓解电力紧张的局面有着显著的作用。

1 热电联产的发展与矛盾

热电联产（combined heat and power，CHP）在世界的发展已有多年的历史，这种技术是火力发电厂将汽轮机中作完一部分功的蒸汽抽出而供给用热户，使本应排至凝汽器需要放弃的蒸汽凝结热得以利用而不予废弃，使火电厂的全厂热效率可以大大提高，根据不同的进汽参数将热效率由30%-40%在最大供热情况下提高到80%-90%[1]。自70年代的石油危机以来，热电联产受到了西方国家的重视。美国1980年的热电联产装机容量为1200万千瓦，到1995年的15年间增加了2倍，2000年装机容量为5600KW，热电联产装置年设备利用小时数达到了5536h，计划2010年占总装机容量的14%，2020年占总装机容量的29%。欧共体在90年代支持了45项热电联产工程，2000年热电联产发电量已占总发电量的9％，计划2010年达到18％。1992年，丹麦热电联产供热已占区域供热的60%；热电装机容量占总装机容量的56%，计划2005年提高到66%以上[2].在我国，到1998年底止，我国单机6000千瓦及以上供热机组有1313台，总装机容量达2493.85万千瓦 ，年供热量达103599万百万千焦，供热共消耗标准煤4184 万吨，其中消耗原煤5564万吨， 消耗燃油232万吨，消耗燃气141亿立方米[3]。由此可见，热电联产发展到现在，已经具有相当的规模。

在热电联产技术应用当中，有几个显著突出的矛盾，限制了热电机组高效率，低能耗的运行。

(1)热电厂中燃烧大量的化石燃料——煤，向大气排放了相当数量的温室气体，加剧了地球的温室效应，京都协议制定了工业化国家温室气体的排放标准,计划在2008-2012年各国的减排“承诺期”内，应将二氧化碳等6种温室气体的减排问题在1990年的排放水平上至少要减5％。

(2)在我国，热电厂的设计的原则是“以热定电”，有多少热负荷发多少电，但是当热负荷不均衡、热负荷远低于设计值时，发电设 备利用率就大大降低，尤其是在区域热电厂中，冬夏季热负荷严重不平衡，使得热电厂无法经济运行，经济效益很差。于是对于区域性热电厂如何解决冬夏季节热负荷不均衡问题，成为提高热电厂经济效益的关键问题之一。

(3)另外，在市场经济的体制下，能源的供给，尤其是区域性电厂的集中供暖也必将由福利型转为市场经济型，由用户自己来承担供暖费用，这对于区域热电厂也必将是一个严峻的考验。

2 热电冷三联供的提出

在热电联产的基础上，为了提高能源的利用率，减少环境污染，缓和我国电力供应紧张的局面，热电冷三联供（combined cooling heat and power，CCHP）受到了广泛的关注。

CCHP系统实现了能源的梯级利用：燃料的高品位能量在动力系统用于发电；动力系统的排热品位较低，用于提供冷、热等低品位产品；由于实现了能量梯级利用，能源利用效率大大提高。使得燃料量减少，从而降低排放量；使用油、天然气等清洁燃料，相应动力系统污染物排放很低；因此这种系统对环境的压力较小。夏季电力需求高峰时，系统本身可提供部分电力，同时消除了制冷用电需求，对电网起到削峰的作用，因此有利于电网的运行。另外冷热电联产系统可独立于电网运行，提高了用户电力供给的安全性。

我国在政策上也实施了对三联供的支持，1998年元月1日开始实施的我国第一个节约能源法《中华人民共和国节约能源法》规定:国家鼓励发展热、电、冷三联产技术。哈尔滨制药厂、山东淄博市、石家庄电厂等单位都已采用了应用溴化锂吸收式制冷技术的热、电、冷三联供技术，取得了较好的经济效益和社会效益。

3 热电冷三联供的形式

CCHP在我国的应用可以分为两种形式：一种是在区域型热电厂的基础上实施的热电冷三联供技术，从汽轮机的抽气或背压排气，根据能量品味的不同，一部分通过热水锅炉或者热水换热器向用户提供热水，一部分通 过吸收式制冷机在夏季提供冷源；另一种形式是在城市热电冷三联供，也称为分布式能源供给方式，这是以天然气为燃料，代替传统的火力发电，在城市中利用燃气涡轮机或者内燃机产生动力发电，其排热一部分驱动吸收式制冷机，一部分供应热水。

分布式能源供给技术作为一种新型的能源供给方式，在我国“西气东输”的大背景下，有着较大的发展前景。这主要应用在新型的大建筑中，利用多元化的燃气结构（天然气、煤气、地下气化气、生物沼气、太阳能等等），独立于外电网提供热、电、冷，实现能源的多目标化供应。天然气的使用，使得每一个建筑就是一个独立的能量站，不受外界的影响，从而使电力生产从以往的追求规模效益到追求效益规模，到追求能源的充分利用，减少环境污染[6]。2004年10月27日，“2004年第五届国际热电联产分布式能源联盟年会”在北京召开，会议提出有关专家预计，在不久的将来，分布式能源有可能取代集中式能源，成为未来能源工业发展的主力军之一。

4吸收式制冷技术在三联供中的应用

在三联供技术中，吸收式制冷机是主要提供冷源的设备，应用比较广泛的是溴化锂吸收式制冷机组和氨水吸收式制冷机组（用于0度以下的低温制冷）。两者原理基本相似，以溴化锂吸收式制冷机组为例，是以热能作动力，以溴化锂溶液为工质的冷水机组，其中水是制冷剂，溴化锂溶液是吸收剂，其热源主要来自热水，蒸汽或油、气直接燃烧产生的高温烟气。根据使用的热源的不同可以分为单效、双效、直燃式。其原理都是利用水在低温低压下蒸发吸收热量，产生制冷效应。溴化锂吸收式制冷机采用溴化锂水溶液，无毒、无臭、对环境无污染；可以充分利用低品位的热能；其以热能为动力，有明显节电效果，除有几台小功率泵外，几乎不消耗电能。溴冷机经过了长时间的发展，较氨制冷机组有着技术成熟，低成本的优势。

溴化锂吸收式制冷循环运行的压力范围是在0.8-20Kpa之间，而氨水吸收式循环的工作压力相对较高，400-2500KPa，溴冷机最主要的缺点在于受结晶温度的限制，其工作范围狭窄，导致了在吸收器中的温度限制在40度，因此要用到冷却塔，整个系统的体积将相当庞大。氨水机组可以在较高的温度下运行，但是其毒性限制了广泛使用。溴冷机可以被用于小中大型建筑（10—26000KW），而氨水机组既可以用于大型的建筑，也可以用在小型的冷库中（小于70KW）[4]。

目前，空冷的溴化锂吸收式制冷机组正在研究当中，文献4提出，在配置了微型气轮机、空冷式溴冷机的制冷系统，其制冷循环效率可以比装备了再冷却器或预冷器的RMA（Refrigeration system integrated with microturbine and absorption chiller）系统提高25%或5%。

5 热电冷三联供系统的应用

三联供系统由于其显著的节能效果，和极高的环保标准，在国外已有相当多的应用。在西方发达国家，发电机组的余热的80%以上被有效利用，但是在我国，燃气发电机组的余热综合利用热电冷联产应用尚属起步阶段。

三联供系统在我国进展缓慢与建设成本有关，据业内人士介绍，建设一套三联供系统，设备投资要占这个投资的60%-70%，而这些设备基本上主要靠进口。

在文献五中，给出了一个在英国大型超市中应用CCHP系统的例子，整个超市是两层楼，有5000m2的营业面积，冬季的供热负荷白天为420KW，晚上507KW，夏季冷负荷白天554KW，晚上388KW，电力需求晚上为358KW，白天为873KW，超市中有食品冷冻和降温的要求。文章给出了5个可供选择的三联供方案，最终通过对设备的成本、运行费用、环境污染等指标进行考核，选择了由单极溴化锂吸收式制冷机组、蒸汽压缩式制冷机、传统的气体涡轮机等设备组成的CCHP系统，溴冷机产生的冷量一部分供给食品降温的部分，一部分作为空气调节的冷源，蒸汽压缩式制冷机所提供的冷量一部分用作食品冷冻，一部分进行室内降温。在这种设备条件下，全负荷运行7000-75000小时可以比传统的热电联产系统节能15%以上，可以减少二氧化碳的排放50%。整个系统的成本回收期为7年。

此前，双良股份中标了北京中关村国际商城热、电、冷三联供项目，为其提供两台每小时800万千卡高温烟气余热型溴化锂冷水机组。 该溴化锂制冷机组可以对先前直接排放的燃气发电机高温尾气全部加以利用，为商城提供大面积的制冷，节能节电效果极为显著。

北京施耐特分部能源有限公司为北京燃气集团调度指挥中心大楼提供了热电冷三联供系统，另外，对山东淄博市城市三联供、山东万杰集团三联供的测试也验证了住宅三联供系统的节能型、经济性和环境效益。

6 尾言

在节能、环保的大环境下，热电冷三联供系统作为一种新型的分布式能源供给方式，已被证明有其独特的经济、环保效益。随着研究的不断深入，设备成本的不断降低，市场政策的不断完善，三联供系统也会逐渐走向成熟，被广泛的应用。

参考文献

[1] 祝平 对热电联产的再思考 中国能源 2000.8

[2] 朱成章 美欧热电联产的沉浮及对我国的借鉴 大众用电 2003.12

[3] 朱成章 发展溴化锂吸收式空调对热电企业的作用

[4] Yunho Hwang, Potential energy benefits of integrated refrigeration system with microturbine and absorption chiller, International Journal of Refrigeration 27 (2004) 816–829

[5] G．G Maidment，R.M.Tozer，Combined cooling heat and power in supermarkets，Applied Thermal Engineering 22(2002)653-665

[6] 周小谦 积极推进热电联产与分布式能源系统的发展 节能与环保 2005.1

[7] 孙志复，曹建华，郭开华 热电冷三联供综合经济分析，中国能源，2000（6）：22-2

[8] 付林，江亿，热电冷三联供系统的节能分析