樓宇式熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)系統的熱經(jīng)濟性分析

第29卷第2期建筑熱能通風(fēng)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(chǎn)系統的熱經(jīng)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(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院2廣東韶鋼松山股份有限公司熱電廠(chǎng)摘要:利用天然氣為能源的樓宇式熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)系統對緩解我國能源結構單一、環(huán)境污染嚴重等問(wèn)題大有裨益。以北京某辦公大樓作為目標建筑物通過(guò)對聯(lián)產(chǎn)系統和分產(chǎn)系統的用分析比較說(shuō)明聯(lián)產(chǎn)系統高效的原因在于能源的梯級利用,尤其是對低品質(zhì)熱能的有效利用程度將成為決定目標建筑物能量系統釆取熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)系統是否節能的關(guān)鍵。并提出以“產(chǎn)品分級等價(jià)法”建立成本方程,進(jìn)而計算了聯(lián)產(chǎn)系統產(chǎn)品的成本,結果表明:當天燃氣價(jià)格低于電價(jià)的32倍時(shí),采用聯(lián)產(chǎn)系統的年度化費用低于分產(chǎn)系統,反之亦然關(guān)鍵詞:熱經(jīng)濟學(xué)娳分析熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)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(chǎn)系統( BCHPS)是將高品質(zhì)的電能與低品質(zhì)的熱量冷量有效地結合成一個(gè)系統以達進(jìn)入2世紀以來(lái)我國經(jīng)濟迅速發(fā)展但隨之而到能源的梯級利用,進(jìn)而大幅度提高能源利用率。特來(lái)的是能源的短缺并且由于能源利用不合理帶來(lái)能別是近年來(lái)隨著(zhù)現代化建筑的發(fā)展具有溴化鋰制冷源浪費和環(huán)境惡化能源問(wèn)題已經(jīng)成為制約我國發(fā)展系統的熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)系統受到了特別的關(guān)注。和進(jìn)步的首要問(wèn)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(wèn)題天然氣逐漸成為我國能源結構中產(chǎn)系統和分產(chǎn)系統進(jìn)行大效率分析比較進(jìn)而引人大用重要部分。成本聲程汁對理音結行地這學(xué)分析。中國煤化工收稿日期:2009-827CNMHG作者簡(jiǎn)介:潘雯(1984-)女,碩土研究生;湖南省長(cháng)沙市中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院(41083);Ema: hanwen017@163com第29卷第2期潘雯等:樓宇式熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)系統的熱經(jīng)濟性分析1011聯(lián)產(chǎn)系統物理模型負荷下運行,從而使得夏季工況時(shí)聯(lián)產(chǎn)系統的利用程度要好于冬季工況,說(shuō)明聯(lián)產(chǎn)系統對低品質(zhì)熱能的聯(lián)產(chǎn)系統基于內燃機為前置、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采取收機組及板式換熱器為后置的熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)系統(圖熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)系統是否節能的關(guān)鍵。1),系統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運行策略的靈活性大為提高。表1聯(lián)產(chǎn)系統及分產(chǎn)系統總的效率計算結果總垌效率夏季況冬季工過(guò)渡季節聯(lián)產(chǎn)系統分產(chǎn)系統284%633.8%夏季工冬季工況過(guò)渡季節聯(lián)產(chǎn)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(chǎn)系統機組設備簡(jiǎn)圖聯(lián)產(chǎn)系統的設備選型在設計過(guò)程中應該考慮選擇若干臺不同容量的機組用來(lái)匹配各季度目標建筑物的目標建筑物能源系統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(chǎn)系統均對要體現了以下三點(diǎn)①發(fā)電機組與外電網(wǎng)并網(wǎng)但不上系統前置產(chǎn)生的余熱加以利用這就使得夏季工況和網(wǎng)購電也不對外電網(wǎng)輸出電力。②目標建筑物熱冷冬季工況聯(lián)產(chǎn)系統燦利用程度要好于過(guò)渡季節。負荷的滿(mǎn)足依靠調節三能源型溴化鋰機組和板式換熱器的運行模式來(lái)實(shí)現。③發(fā)電機組和空調機組均可3聯(lián)產(chǎn)系統熱經(jīng)濟學(xué)分析單獨運行,滿(mǎn)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(chǎn)系統前置發(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(gè)能量系統進(jìn)( Caterpillar)G3508型燃氣內燃機組。行熱經(jīng)濟學(xué)分析時(shí),除了考慮熾平衡方程外,還必須引聯(lián)產(chǎn)系統的后置吸收式機組選用了一臺遠大經(jīng)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(lái)解決某個(gè)能量系統的成本分攤問(wèn)題國。下,聯(lián)產(chǎn)系統除使用BZHE100Ⅷ型機組制熱外,為了大成本方程法計算熱(冷)電聯(lián)產(chǎn)系統的成本分攤利用內燃機缸套水熱量,系統還選用一臺艾克森通常有兩個(gè)步驟。首先列出聯(lián)產(chǎn)系統各設備成本的資ABJ-WA005板式換熱器。金平衡式,這個(gè)平衡式中要體現聯(lián)產(chǎn)系統設備的初投資、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(chǎn)系統與分產(chǎn)系統火用分析比較表達如下co Eroe=Cp+, e(1)對聯(lián)產(chǎn)系統和傳統分產(chǎn)系統進(jìn)行丸分析。計式中c、CFcC、Ex和Er分別為能量系統產(chǎn)出產(chǎn)品算結果如表1,可發(fā)現:①夏季工況時(shí)前者的焮效率比的炊用單價(jià)、年度化初投資耗費單價(jià)、產(chǎn)品炊用流和耗后者的效率高20.1%,冬季工況時(shí)前者的煙效率比費流后者的效率高出387%,而過(guò)渡季節前者的效率其次在考慮聯(lián)產(chǎn)系統經(jīng)濟學(xué)的基礎上補充影響比后者的火效率低71%;②聯(lián)產(chǎn)系統夏季工況時(shí)的聯(lián)產(chǎn)系統熱(冷)電成本的決策方程決策方程的確定效率比冬季工況時(shí)的火用效率高出46%,夏季工況時(shí)的常常需要結合熱力學(xué)知識并針對系統的生產(chǎn)目的經(jīng)火效率比過(guò)渡季節時(shí)高出86%,而冬季工況時(shí)的效濟政策等做出人為的決策。同時(shí)在確定聯(lián)產(chǎn)系統的產(chǎn)率比過(guò)渡季節時(shí)高出3.8%。品成本時(shí)提出“產(chǎn)品分級等價(jià)法”,即認為聯(lián)產(chǎn)系統的由此表明夏季工況和冬季工況時(shí)聯(lián)產(chǎn)系統的熱終紅中國煤化工量)具有等價(jià)的單力完善度較之分產(chǎn)系統要好,這是由于聯(lián)產(chǎn)系統前置價(jià)CNMHG系統中間產(chǎn)品(缸套內燃機產(chǎn)生的余熱在系統后置設備中得到了充分的水和煙氣)其有等價(jià)的炊甲價(jià)但聯(lián)產(chǎn)系統的終極產(chǎn)品利用;由于聯(lián)產(chǎn)系統中的內燃機在冬季工況處于部分與中間產(chǎn)品兩者在能量的價(jià)值上并不等同,且應用于建筑熱能通風(fēng)空調2010年不同設備的聯(lián)產(chǎn)系統中間產(chǎn)品在能量的價(jià)值上也不單價(jià)三者確定的情況下聯(lián)產(chǎn)系統各產(chǎn)品炊用成本單等同。價(jià)與聯(lián)產(chǎn)系統的火效率成反比32聯(lián)產(chǎn)系統冷量熱量和電量單價(jià)的確定表2聯(lián)產(chǎn)系統各產(chǎn)品量單價(jià)一覽表鴻量單位射網(wǎng)產(chǎn)品成本1)聯(lián)產(chǎn)系統供冷期冷量和電量單價(jià)的計算在夏季工況下,依據聯(lián)產(chǎn)系統灰箱模型以及成本方程計算方法就可以計算出聯(lián)產(chǎn)系統冷量單價(jià)和電量單價(jià)。由式(1)可知,內燃機能量系統的成本方由表1可以發(fā)現,聯(lián)產(chǎn)系統夏季工況比冬季工況程如下時(shí)效率要高。而由表2可以發(fā)現,聯(lián)產(chǎn)系統夏季工況Exox +C E比冬季工況時(shí)各產(chǎn)品焆成本單價(jià)要低。因而,利用“產(chǎn)=Cro +C Exos(2)品分級等價(jià)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(jìn)面計算所得的聯(lián)產(chǎn)系統的產(chǎn)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(shí)計算結果也表明對聯(lián)產(chǎn)系統各設備進(jìn)行優(yōu)化設初投資(按秒計算)、電量丸單價(jià)、天然氣單價(jià)、缸套計并對其運行策略進(jìn)行優(yōu)化管理,進(jìn)而提高聯(lián)產(chǎn)系統水煙單價(jià)和煙氣單價(jià)。的效率,這是降低聯(lián)產(chǎn)系統產(chǎn)品成本的重要途徑由式(1)可知溴化鋰機組能量系統的成本方程圖2是聯(lián)產(chǎn)系統及分產(chǎn)系統年度化費用隨天然氣單價(jià)和電單價(jià)關(guān)系。A線(xiàn)表示聯(lián)產(chǎn)系統年度化費用。BCrn +CeeeexR(3)線(xiàn)(BIB2、B3、B4、B5、B6對應電價(jià)為040.5、0.6、+ceo+ce07、08、09元/Wh)為分產(chǎn)系統的年度化費用。A線(xiàn)式中E雙、ExC和c分別為冷量烔流、自耗電和B線(xiàn)的相交點(diǎn)表示處于該點(diǎn)的天然氣價(jià)格和電價(jià)流、年度化初投資和冷量單價(jià)。對應的聯(lián)產(chǎn)系統和分產(chǎn)系統年度化費用相同,這些交根據“產(chǎn)品分級等價(jià)法”對聯(lián)產(chǎn)系統引入決策條點(diǎn)處天然氣價(jià)/電價(jià)約等于32。即當天燃氣價(jià)格低于件,可以補充方程式如下:電價(jià)的32倍時(shí),采用聯(lián)產(chǎn)系統的年度化費用低于分Ceee=Ce(4)產(chǎn)系統反之即當天燃氣價(jià)格高于電價(jià)的32倍時(shí),(5)采用聯(lián)產(chǎn)系統的年度化費用高于分產(chǎn)系統)聯(lián)產(chǎn)系統供暖期熱量和電量單價(jià)的計算冬季工況時(shí)內燃機能量系統的火用成本方程與夏al季工況時(shí)內燃機能量系統的火用成本方程相同,可延用式(2)?！寤嚈C組能量系統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(chǎn)品分級等價(jià)法”對聯(lián)產(chǎn)系統引入決策條件,可以補充方程如下:圖2聯(lián)產(chǎn)系統及分產(chǎn)系統年度化費用Cdec -Cb取天然氣單價(jià)為19元m熱值取3517MJm,4結論可得天然氣單價(jià)為57×103元/W。聯(lián)產(chǎn)系統各產(chǎn)品的計算結果如表2。1)聯(lián)產(chǎn)系統對低品質(zhì)熱能的有效利用程度將成為對用成本方程法計算公式()進(jìn)行變換可以得出決定目標建筑物能量系統采取熱(冷)聯(lián)產(chǎn)系統是否下式。節能的關(guān)鍵。中國煤化工型機組為后置的聯(lián)產(chǎn)CN年對前置設備余式中:m為效率。由式(8)可以發(fā)現當聯(lián)產(chǎn)系統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、系統的產(chǎn)品流以及系統的耗費若干臺不同容量的內燃機機組用來(lái)匹配各季度目標(下轉96頁(yè))建菟熟能通風(fēng)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(jīng)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(kāi)機的時(shí)放置場(chǎng)所安全性等使用性方面對符合要求的各類(lèi)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(jià)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,熱源優(yōu)先考慮集中供熱,具有燃氣供應的地區,232三種空調方案的經(jīng)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(fēng)管式分體空調系統的初投資最少運行費用面進(jìn)行經(jīng)濟對比分析(表6)最高;分體式冷水機組空調系統,其工程投資運營(yíng)費表6三種空調系統的經(jīng)濟性比較用、能耗居中;多聯(lián)機空調系統初投資很高,其運行費x積用較低,是比較經(jīng)濟的家用中央空調系統分體式?jīng)_水機組空調系統3)北方寒冷地區空調系統方案的選擇和系統設多機空調系統注:電價(jià)采用呼和浩特市現行銷(xiāo)售電價(jià)表計,都需考慮冬季水系統防凍問(wèn)題,空調系統冬季運電價(jià):042元/Wh行水系統及附件盡可能置于室內同時(shí)增強住戶(hù)水系從表6可知在這三種空調方案中:風(fēng)管式分體統防凍意識空調系統的投資最少、運行費用最高;分體式冷水機組空調系統,其工程投資運營(yíng)費用能耗居中;多聯(lián)機參考文獻空調系統初投資很高,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設計與實(shí)例M北京:機械工業(yè)出進(jìn)行制冷劑的容量調節,其運行費用遠遠低于風(fēng)管式版社,2003與水管式系統在整個(gè)壽命周期內,是比較經(jīng)濟的種)王靖魏菜戶(hù)式中央空調系統不同設計方案比較建筑熱能通風(fēng)空調,2003,224)4143家用中央空調系統[3]愛(ài)默生公司數碼低溫強熱多聯(lián)機組在遼寧丹東軍鷹學(xué)苑的應用[門(mén)暖通空調,2008,38(}80-813結束語(yǔ)[4]馮玉琪,王佳惠最新家用商用中央空調技術(shù)手冊·設計、選型安裝與排障M]北京:人民郵電出版社200空調系統的選擇應綜合考慮居民地域的氣候特裴秀英林立戶(hù)式中央空調系統的經(jīng)濟性分析門(mén)能源與環(huán)境,2008,(1):1920點(diǎn)能源結構、環(huán)保規定等社會(huì )效益方面;設備初投資(上接102頁(yè))建筑物的電負荷需求。[5]唐帛銘國外能源工作動(dòng)態(tài)綜述門(mén)刀中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報,19803)提出以“產(chǎn)品分級等價(jià)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(chǎn)品輸出的聯(lián)產(chǎn)系統進(jìn)6]黃錦濤,豐鎮平袁勁松分布式冷熱電聯(lián)供系統經(jīng)濟分析門(mén)沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報,2005,(1)17-21行定價(jià),并利用這種方法計算得出了聯(lián)產(chǎn)系統產(chǎn)品的[7宋丹萍楊明熱電冷聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟性分析[赤睡學(xué)院學(xué)報單價(jià)。2007,23(1):42444)當天燃氣價(jià)格低于電價(jià)的32倍時(shí)用聯(lián)產(chǎn)1]孫建國,馮志兵冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統的發(fā)展及前景燃氣輪機系統的年度化費用低于分產(chǎn)系統,反之,即當天燃氣技術(shù),2006,19(2):117價(jià)格高于電價(jià)的32倍時(shí),采用聯(lián)產(chǎn)系統的年度化費 Martin L Baughman. Optimizing combined cogeneration and用高于分產(chǎn)系統thermal storage systems: an engineerapproach U]IEEE Transactions on Power Systems, 1989, 4(3): 95-9910)傅秦生能量系統的熱力學(xué)分析方法M西安:西安交通大學(xué)參考文獻出版社,2005:207-219]楊魏然能源問(wèn)題與經(jīng)濟發(fā)展口消費導刊.205192 11] Gaggioli R a, Dunbar, w R Exergy economics [] Energy[2]班瑞風(fēng),魏曉平中國能源結構及利用問(wèn)題研究門(mén)徐州工程1980,(5)823837學(xué)院學(xué)報,2008,5:2427郵坦聲四張姚寶冷執由群供系統成本分攤方法[3]賴(lài)艷華劉振乾熱、電、冷三聯(lián)供的效益分析門(mén)制冷學(xué)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)展現狀與挑戰CNMHG三聯(lián)供的熱經(jīng)濟學(xué)分析D]武漢:武漢大字,2005城市燃氣,200,(1)3037