燃气轮机在分布式能源的应用及其效率优化--课程设计.docx

考试序列号_ 论文题目： 燃气轮机在分布式能源的应用及其效率优化 课程名称： 燃气轮机原理 学 院 材料与能源学院 专业班级 2012级热电2班 学 号 3112007145 姓 名 陈志杰 任课教师 刘效洲 2015 年12月19日目录0前言21燃气轮机32燃气轮机联产系统性能分析73冷热电三联产系统104分布式供能系统的特点165冷热电联产系统经济性分析196后续工作与展望22燃气轮机在冷热电三联产的应用及其效率优化0前言 分布式能源是世界能源发展的最新方向，通常都是多联产或多功能系统，其最主要的优点就是应用在冷热电联产中。具有效率高、占地少、保护环境、变负荷特性灵活输电损失小、供电可靠性高、初投资低等优点。作为分布式能源系统中的重要动力装置，以天然气为燃料的燃气轮机热电联产技术近年来发展迅速。该系统不仅产出电能，还将发电后低品味的余热用来供热，大大提高了能源利用率，具有良好的社会效益、节能效益和环境效益。燃气轮机热电联产系统既可以单独使用，承担给一栋大楼或一个小区同时提供热、电两种能量的任务;更可作为分布式电源的一种，以一个子系统的身份和其它的分布式电源一起在分布式能源系统中发挥作用。 “以电定热”和“以热定电”是燃气轮机热电联产系统两种常见的运行方式，两种运行方式各有其优缺点，具体选择哪种，要看哪种负荷对系统更重要和更有后备保障支持来决定。对于热电联产，要解决的最关键问题就是尽可能满足用户在不同时段对热电的需求变化，也就是要合理解决联产系统热电产出比和用户对热电的需求比之间的矛盾，以使联产系统达到最佳的一次能源利用效率。 文章首先从理论角度对热电联产的节能机理进行了分析，并与热电分产进行了比较。之后，在对联产系统“以电定热”和“以热定电”两种运行方式进行定量比较的基础上，提出了将燃气轮机热电联产系统与相关辅助设备结合以解决热电供需不平衡问题的优化方案，并通过相关算例证实了其合理性。此外，作为一种重要的分布式电源，文章还给出了在接入分布式能源系统后，燃气轮机热电联产子系统应该满足的约束条件及相应的运行方式建议。 热电联产系统将动力系统排向环境的热量回收用于供热 ,在一定程度上对燃料能量进行了梯级利用 ,具有较高的能源利用效率。随着人民生活水平的改善 ,夏季对冷负荷的需求显著增加。在这种情况下 ,将热电联产系统进行扩展 ,把从动力系统回收的热量先用于制冷 ,然后用于供热 ,使能量梯级利用改善。通常冷热电联产系统布置在用户周围 ,直接向用户提供电力 ,减少了对电网的依赖 。因此对环境的压力明显降低;在满足冷需求的同时 ,提供了部分电力 ,从而大大缓解夏季用电高峰时电网的压力。由于以上诸多特点 ,冷热电联产系统近年来得到广泛重视。冷热电联产系统中 ,动力子系统的性能影响各种能量的输出 ,处于主导地位。燃气轮机具有较高的发电效率 , 同时尾部烟气温度较高 , 便于综合利用 ,因此在冷热电联产系统的市场中占有很大份额。 目前市场上发电用燃气轮机种类繁多 ,功率、效率、排烟温度有较大差异 ,不同型号燃气轮机有着不同的表现 ,因此有着不同的适用范围。本文对商用燃气轮机用于冷热电联产系统进行了研究 ,力图对应用于冷热电联产系统的燃气轮机选择有所帮助。1燃气轮机 1、燃气轮机的热力循环燃气轮机的工作介质是压缩空气和高温燃气，压气机从大气中吸入空气，并把空气压缩到一定压力，然后送往燃烧室与喷入的燃料混合、燃烧，形成高温、高压燃气。然后经透平喷嘴和动叶逐级膨胀做功，推动透平转子带着压气机一起旋转，从而把燃料中的化学能部分地转变为机械功。做功后的废气直接排入大气，这种循环方式称之为简单循环。若将做功后的废气引入余热锅炉加以回收利用，由余热锅炉产生的蒸汽用来发电、供热或回注到燃气轮机燃烧室中以提高燃气轮机出力和降低NOX等，这些循环方式又分别称之为常规联合循环、热电联供联合循环和程氏循环。在压气机中，空气被压缩、比容减小、压力增高，因此必须输入一定的压缩功。这些压缩功由透平提供，透平所做的功约有2/3是压气机消耗的，只有1/3用于驱动负载。因此减少压气机耗功、提高压气机效率是提高燃气轮机出力的有效途径。 2、进、排气系统燃气轮机的进气系统由进气室、进气弯头、进气消声器和进气过滤器室等组成。进气系统与机组成90布置，进气过滤器室布置在机组罩壳上方，过滤器滤芯水平安装在过滤器室中。该过滤器为“脉冲自清洁型”，脉冲空气反吹下来的灰尘依靠重力排出。整个进气系统的压力损失为77.2mmH2O。排气系统与GE公司的传统结构相比作了较大改进，将传统的侧排气改成了水平排气。这样既可以直接与余热锅炉进气烟道相连，又能够减少排气压力损失。整个排气系统的压力损失为139.7mmH2O。此外，该机组还设有一套压气机水洗设备，可以离线或在线清洗压气机，以清除压气机动静叶片上的积垢，减少通流部分的堵塞，保持压气机的高效率。 3、压气机压气机为18级轴流式压气机，压缩比为15.4：1，空气质量流量为623.7kg/s，设有可调进口导叶，用于调节透平排气温度和防止压气机喘振。第9级和第13级开有抽气口，用于冷却以及在燃气轮机启动和停机过程中通过该抽气口排出一部分压缩空气用来防止压气机喘振。压气机第17级轮毂上开有一个径向抽气槽道，将压缩空气引入转子中心孔送往透平段，用来冷却透平第一级和第二级动叶片。18级压气机轮盘通过18根拉杆将其连成一个整体。其中第一级轮盘与压气机输出轴做成一个整体，作为压气机的前半轴。而最后一级轮盘通过过渡轴与透平叶轮相连。由于该型号机组的输出为“冷端”输出，增加了压气机转子的扭矩。因此18根拉杆的材料采用了IN738合金钢。整个压气机气缸分为压气机进气缸、压气机缸和压气机排气缸三部分，压气机进气缸和压气机缸的材料为球墨铸铁，压气机排气缸的材料为CrMoV或NiCrMo。 4、燃烧室整台机组共有18个分管、逆流型燃烧室，每个燃烧室有5个燃料喷嘴，整台机组共有90个燃料喷嘴。燃烧室型号为DLN2.0+型。在18个燃烧室中只有顶部2个燃烧室设有高能点火装置，其余燃烧室通过联焰管联焰。该燃烧室可烧天然气、蒸馏油和中热值的气体燃料，还可以注入蒸汽或水来抑制NOx的形成。燃烧室外壳的材料为SA/516-55钢；火焰筒的材料为HS-188（镍基合金钢），内表面加隔热涂层；过渡段的材料为Nimonic263（镍铬钛合金钢）。DLN2.0+燃烧室主要由火焰筒、过渡段、导流衬套、帽罩、喷嘴、端盖、前外壳和后外壳等部件组成。其中，端盖、喷嘴、前外壳和帽罩又形成了一个可以单独拆卸的头部组件。每个燃烧室外的头部均布置有5个预混喷嘴，5个喷嘴沿圆周方向均布。DLN2.0+燃烧室的燃料是分级供应的，设有1个速度比例/截止阀（SRV）和3个控制阀（GCV1、GCV2、GCV3），其控制系统比传统的气体燃料控制系统更为复杂。气体燃料的供应分为3条管路（PM1、PM4和D5）：PM1管路供应1个喷嘴、PM4管路供应其余4个喷嘴、D5管路仅在点火至低负荷时供应全部喷嘴。速度比例/截止阀（SRV）用来调节控制阀前的气体燃料压力，3个控制阀（GCV1、GCV2、GCV3）用来控制通向3条管路（PM1、PM4、和D5）的气体燃料流量。 5、透平透平为3级轴流式透平，第1级、第2级动叶采用等离子耐高温保护涂层，内部冷却空气取自压气机排气；第3级动叶采用堆积耐高温保护涂层，不进行冷却；第1级动叶叶冠无围带，第2、3级动叶叶冠采用整体的乙型围带；3级透平动叶的材料均为GTD-111。3级静叶均采用空气内部冷却，第1级、第2级静叶设计成两片叶片为一整体的扇形段结构，并采用等离子耐高温保护涂层；第3级静叶设计成三片叶片为一整体的扇形段结构，并采用堆积耐高温保护涂层；第1级静叶的材料为FSX-414钴基超级合金；第2级、第3级静叶的材料为GTD-222镍基合金。透平缸的材料为CrMo钢、透平排气缸的材料为SA/516-55钢。透平叶轮、轴的材料为Inconel 706合金钢。 6、轴承和气缸支撑两个可倾瓦轴颈轴承位于转子两端，转子的轴向推力由双销轴推力瓦轴承自行平衡。燃气轮机的前支撑位于压气机进气缸两侧，燃气轮机后支撑位于透平排气缸两侧，整台机组共有四点支撑。机组的死点设在“冷端”，允许气缸和转子沿轴向向“热端”膨胀。整台燃气轮机通过四个支撑将其固定在燃气轮机底盘上。 7、辅助设备9FA型燃气轮机的辅助设备安装在两个独立的模块上，它们均有各自的底盘和外壳。辅机模块的底盘上设有润滑油箱，其容量为30280L。润滑油系统设有带切换阀的双联润滑油过滤器、润滑油冷却器、两台交流电动机驱动的100%容量的润滑油泵和交流/直流电动机驱动的密封油泵、交流电动机驱动的流量冗余的液压油泵及转子顶起油泵。该模块上还装有双联燃油过滤器、三台交流电动机驱动的50%容量的燃油泵和两台交流电动机驱动的100%容量的雾化空气压缩机。内部连接组件模块上装有气体燃料系统和清吹系统的气体燃料速比/截止阀、控制阀、分流器和清吹阀。同时还装有液体燃料系统的流量分配器、控制NOx排放的回注水分级隔离阀和连接辅机组件与燃气轮机的所有管道。燃气轮机模块、辅机模块、内部连接组件模块均配有独立的隔声罩壳，组成各自的舱室。每个舱室中都配有照明系统、电源插座、CO2灭火保护系统、通风系统、出入门和根据需要使用的消声设备，各舱室外1米处的噪声不大于85dBA。 此外，9FA机组还设有独立的电气设备控制模块，该模块由底盘、隔声罩壳、照明系统、电源插座、空调系统、出入门等组成。控制室内装有三冗余的Mark-燃气轮机控制盘（Speedtronic）、发电机控制盘、发电机保护盘、电动机控制中心、带双充电器的机组蓄电池和励磁系统。所有电气控制设备都是在制造厂内组装的，运抵现场后仅需将控制设备、电气设备的电缆与燃气轮机舱室、辅机舱室、内部连接组件舱室的元件和设备相连即可。2燃气轮机联产系统性能分析 燃气轮机排气可认为由两部分混合而成: 燃料的燃烧产物和空气混合。由于燃空比较大 ,燃气轮机排气中空气占有很大份额 ,因此不同型号燃气轮机排气的成份相差不是很大 ,近似分析中可认为燃气轮机排气的物性仅受排气温度影响 ,而与燃气轮机型号没有关系。在已知燃气轮机功率和发电效率的情况下 ,燃气轮机单位时间输入燃料能量为: f = w e(1)燃气轮机排气中的热量为: 对于图 1 所示联产系统中冷、热系统而言 ,所利用的只是动力系统的排气 ,因此对于利用的烟气是来自于透平出口或是来自于回热器不需区分 ,取燃气轮机系统最终排气的温度为 T4 。冷热电联产系统中 ,排气中热量根据温度段被简单分成3 部分: T4 T5 区间烟气中热量被用于制冷; T5 T6 区间烟气中热量用于供热; 余下热量被排向环境。对于热电联产系统 ,供热系统利用的是 T4 T6 区间烟气中全部热量。两系统提供制冷量和供热量分别为: 节能率直接反映了一个系统与参照系统的输入 燃料使用情况12 : 目前 ,电网是最大的电力提供者 ,而压缩式制冷机组占有制冷设备绝大多数的市场份额 ,锅炉是使用最广泛的供热设备 ,因此: 当采用不同形式的吸收式制冷系统时 ,冷热电联产系统的排烟温度和性能均会有所不同。经综合考虑 ,本文采用双效溴化锂机组。目前双效溴化锂机组的 COPa 在 1. 2 左右 ,对应制冷系统排烟温度T5 取为 170 。供暖温度较低 ,在考虑一定传热温差和经济性后 , 供热系统排烟温度取为 100 , 于是 ,联产系统制冷量和供热量将只是燃气轮机功率、发电效率和排气温度的函数: 通过式 ( 3A) 式 ( 5A) 可看到 , 随着功率的增加 ,制冷量和供热量将线性增加; 当发电效率增加时 ,可用于供热、制冷的能量将减少 ,因此制冷量和供热量将相应减少。当发电效率不变而燃气轮机排气温度增加时 ,烟气中热量占全部输入能量的份额不变 ,但是用于制冷的热量份额将增加 ,因此制冷量增加;同时用于供热的热量份额将降低。热电联产系统中 ,燃气轮机排气温度的增加 ,将导致可以利用的热量份额增加 ,供热量将增加。 当采用图 1 布置形式时 ,额定工况下联产系统各种不同能量的输出情况见图 3 。不同功率的燃气轮机发电效率和排气温度略有不同 ,但相差不是很大 ,因此联产系统的制冷量和供热量与功率基本上是线性关系。冷热电联产系统中 ,吸收式制冷系统利用的是燃气轮机出口( T4 ) 至制冷系统出口 ( T5 )的烟气中的热量差值 , T5 是恒定的 ,而不同型号的燃气轮机 T4 有所不同; 此外加上燃气轮机发电效率的影响 , 因此制冷量在增长时存在较大的起伏。而其供热系统的进出口烟气温度恒定 , T4 的影响在于改变供热系统接受的热量在全部排气热量中的比例 ,因此其影响大为减弱 ,从而供热量的变化幅度也明显降低。与冷热电联产系统相同的原因导致热电并供系统中 ,供热量的起伏比较大。对比图 3 (a) 和图 3 (b) 可以发现 ,冷热电联产系统的制冷量与热电联产系统的供热量基本相当 ,但前者输出的能量总量明显高于后者。冷量的获得本来就比较困难 ,而且将热用于制冷大大增加了热在夏季的用途 ,因此与热电联产系统相比 ,冷热电联产系统是一种全新系统。参照系统采用目前应用最广泛的分产系统: 中国常规电厂发电效率为 33. 3 % ,电网输变电损失为8. 1 % ; 压缩式制冷机组性能差别较大 , 本文选用COP 为 5. 0 的压缩式冷水机为参照系统;锅炉效率燃料量也存在类似的变化趋势。对应的总燃料量为各部分分产系统燃料之和 ,同样保持。了随功率线性增加的趋势。由于分产制冷系统性能较好 ,冷热电联产系统对应的分产燃料量略少于热电联产系统对应的分产燃料量。3冷热电三联产系统 1. 联产循环模型图1 不可逆燃气轮机联产循环T-s图考虑如图1所示的不可逆燃气轮机联产循环，该联产循环工作在三个恒温热源之间，即高温热源，低温热源和联产热用户之间。该循环在向外输出机械功的同时，为热用户输出有用热能，实现热功（或热电）联产。图中，过程1-2为工质在压气机内不可逆绝热压缩过程；过程3-4为工质在透平内不可逆绝热膨胀过程；过程2-3为工质从高温热源等压吸热过程；过程5-1为工质向低温热源等压排热过程；过程4-5为工质在热回收装置中向热用户等压放热过程；而过程1-2s和过程3-4s则分别表示相应的可逆绝热压缩和膨胀过程。因此，循环1-2-3-4-5-1为不可逆布雷顿联产循环；循环1-2s-3-4s-5-1为内可逆布雷顿联产循环。为了表征压气机和透平内的不可逆损失，定义两个等熵效率和为： （1） （2）假设工质为理想气体，且其定压比热保持恒定，其热容率为（工质的质量流量和定压比热的乘积）；根据传热学和热交换器理论可知，工质从高温热源吸热的吸热率和向低温热源放热的放热率，以及热回收装置的回收热流率分别可表示为： (3) (4) (5)式中，、和分别为工质与高、低温热源之间的换热有效度以及用户侧热交换器（热回收装置）的换热有效度。联产装置包括两种有用的输出：有用功输出和有用热输出。根据热力学第一定律，联产装置的输出功率为： (6)因为机械功是高品位能，因此，其火用输出率与功率相等，即： (7)假设环境温度为，则伴随有用热能的火用输出率为： (8)因此，联产装置的总火用输出率为： (9)另外，根据热力学第二定律有： (10)用对进行无因次化（），并联立式（1）（5）、（9）和（10），可以求解得联产循环的无因次总火用输出率为： (11)式中， 其中：，为工质的绝热指数，是循环的压比，称为循环的压比参数；，称为循环温比；，称为用户温比；，称为环境温比。联产火用效率定义为： (12)式中，为联产装置的火用输入率，用下式计算： (13) 2. 结果与讨论式（11）和（14）表明，不可逆布雷顿联产循环无因次总火用输出率和火用效率与、和等参数有关，然而，利用式（11）和（14）很难通过解析的方法直接分析出这些因素对总火用输出率和火用效率的影响，因此，采用数值计算的方法进行分析。为了计算方便，在所有的算例中，取环境温比，也就是低温热源的温度等于环境温度。 3.最优压比参数图2和3分别显示了无因次总火用输出率和火用效率随循环压比参数的变化规律，图中的计算条件为，。图2和3表明，和随都呈类似抛物线变化规律，也就是说，分别存在一个最优的压比参数和，使得联产循环的总火用输出率和火用效率达到最大值和，即图中抛物线的最高点。图2 无因次总火用输出率随压比参数的变化（a） 循环温比的影响；（b）用户温比的影响图3 火用效率随压比参数的变化 （a）循环温比的影响；（b）用户温比的影响图2和3还显示，随循环温比的增加和用户温比的降低，循环的总火用输出率和火用效率总是增加的，优化总火用输出率和优化火用效率也是增加的。相同条件下，最大火用输出率时的压比参数总是小于最大火用效率时的压比参数。研究表明，随的增加和的降低而线性增加，随的增加而线性增大，随的变化规律与和的大小有关，一般和较大时，随的增大而增大，相反，当和较小时，随的增大反而减小。不过总体来讲，对的影响较小。图4和图5更加清晰地显示了和对和的影响规律，图中的其它计算条件与图2和3相同。图4 火用输出率最大时的压比参数随和的变化规律 4 火用输出率和火用效率关系图6显示了不可逆布雷顿联产循环无因次总火用输出率与火用效率之间的变化关系，图中的计算条件为：，。与不可逆布雷顿动力循环功率与效率特性稍有不同22，不可逆布雷顿联产循环-关系曲线虽然也呈扭叶线型，但却不是一条完整的扭叶线。在每一条-曲线上，都可以确定出四个重要的参数，即：最大无因次总火用输出率与最大总火用输出率条件下的火用效率、最大火用效率与最大火用效率条件下的总火用输出率。由这四个重要的参数，可以确定出实际布雷顿联产循环的优化设计区域，在该区域内，既可获得较大的火用输出率，同时又能实现较高的火用效率。通常，更大的无因次火用输出率，意味着实现同样的火用输出时所需要的设备体积更小，也就是更低的设备成本；而更高的火用效率，意味着获得同样多火用输出时所消耗的燃料更少，也就是更低的运行费用。因此，为兼顾这两个方面，在实际中，应使联产装置的设计参数落在该优化设计区域内。图6还表明，相同条件下，随着压气机效率和透平效率的增加，联产循环无因次总火用输出率和火用效率都是增加的。当和都趋近于1时（这时，不可逆布雷顿联产循环蜕变成内可逆布雷顿联产循环），和达到最大。也就说，相同条件下，不可逆布雷顿联产循环的性能总是低于内可逆布雷顿联产循环。从图6还可以看出，不可逆布雷顿联产循的-曲线与内可逆时的情况完全不同，不可逆时，-曲线呈扭叶线形，而内可逆时，-曲线则呈抛物线形，这时，火用效率没有最大值，这一点与文献8的结果是不同的。图5 火用效率最大时的压比参数随和的变化规律 图6 无因次总火用输出率与火用效率之间的变化关系4分布式供能系统的特点与集中式发电 - 远程送电比较 , DES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 DES的能源利用率可达85% ,没有输电损耗和输热 (冷 ) 损失; 在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力。发达国家早已采用“污染物排放量购买法 ”来控制有害气体的排放 ,中国也是势在必行。从长远看 ,分布式供能系统有巨大的经济优势 ,但是 ,能源利用率高这一优势还未必能转化为经济优势。对于中国而言 ,天然气发电的价格远高于煤电的价格;如处理不当 ,多余的电无法上网 ,其结果将是能量利用率上升了 ,而财务却亏空了。在目前的市场价格环境下 ,分布式供能获取利润的关键在于正确的选点和正确的设计。在对冷热负荷要求高的楼宇或小区 ,宜采取以热定电、发电就地消化、并网不上网的设计和运行控制模式 ,不足的电从网上获取。这样 ,比之电制冷和天然气直燃制冷 ,多联供系统将获得更高的能源利用率和实质性的经济效益。D ES有多种形式。从按所采用的原动机来区分 ,有燃气轮机和内燃机等。内燃机作发电用有一定优势 ,但余热流量小 ,因此其制冷、制热能力也小。当以制冷、制热为主时 ,燃气轮机组成的供能系统的能源利用率超过内燃机的 ,具有更低的全寿命期成本 ,维护保养简便 ,污染排放低 (低于柴油机的 ) ,噪声低 ,振动小。在用户冷热需求量较大时 ,其优势更明显。分布式供能系统的发展得益于天然气的广泛应用。用天然气为能源、以燃气轮机为原动力的冷热电联供系统 ,具有机构紧凑、效率高、技术成熟、运行可靠、自动化程度高的优点 ,适合布置在用户端 ,将对中国的能源结构、大气环境和经济发展产生重大影响。在节能和环保方面 ,分布式供能系统的显著特点是:( 1) 能量利用率高。一般可以达到 80%以上。( 2) 环保效益显著。NOX 、CO2 、SOX 和粉尘的 排放量较低。对在用户有固定的热 (冷 )量需求、且热 (冷 )需求量大 (估计热电比大于 1. 2 )时 ,采用分布式供能系统在经济上是划算的。但是 ,对分布式供能系统的经济效益影响最大的是市场燃料和用电价格 ,经济上的盈余和亏损很大程度上与政府市场价格政策有关。分布式供能系统对政府有很大好处 ,即政府是最大受益者 ,这主要体现在: ( 1 ) 减少污染物排放 ,改善环境 , 提高生活质 量。燃煤发电厂污染物排放量很大 分布式供能系 统则排放量很小 ,可为政府处理污染物排放节约大量资金。 ( 2) 大都市 (例如上海市 )在用电高峰时 ,近一 半电量为空调用电 ,而采用分布式供能系统则可以 大大降低电力负荷 ,政府就不需投巨资建立调峰电站。 采用分布式供能系统利国利民 ,可取得很好的 社会效益 ,主要体现在: ( 1) 可使中国能源结构更合理 ,改变大电网单 一供电模式 ,提高用电的安全性; ( 2) 能量阶梯利用机制的采用 ,可提高有效能 源的利用率 ,节约大量的能源; ( 3) 可大大减轻电力供应的压力 ,降低季节性 用电高峰的电力负荷; ( 4) 污染排放量明显减小 ,从而对环境质量提 高起到显著的促进作用。系统燃料消耗量及总燃料消耗量优化分析在参照系统的性能被确定后 ,节能率将取决于冷、热、电的供给情况。由于制冷量和供热量只是燃气轮机功率、排气温度以及发电效率的函数 ,节能率也只与这三者有关: 图 5 为对应的系统节能率变化。节能率变化相对比较分散 ,对于冷热电联产系统 ,绝大多数在 0.200. 37 之间波动;对于热电联产系统 ,多在0. 300. 45 之间。由此可见 ,采用这两种布置形式 , 所有机功率的增加近似线性增加 ,各项对应的分产系统在一定的范围内波动 ,但总的趋势是 ,燃气轮机的排 燃料量也存在类似的变化趋势。对应分产系统消耗气温度随功率的增加而略有降低 ,而发电效率随功 的总燃料量为各部分分产系统燃料之和 ,同样保持率的增加而略有增加。了随功率线性增加的趋势。由于分产制冷系统性能较好 ,冷热电联产系统对应的分产燃料量略少于热电联产系统对应的分产燃料量。分析的燃气轮机都具有较好的热力学性能。总的趋势是,随功率的增加,两种系统的节能率都略有增加,但变化幅度不大。由于参照系统中制冷系统的性能较好,热电联产系统的节能率较冷热电联产系统略高。当某分产系统燃料量在全部分产系统燃料量中份额较高时,其对节能率的影响也较大;因此对应联产系统中子系统性能改善时,联产系统总体性能改善也最明显。由图4可知,在联产系统各部分对应的分产系统燃料量中,用于提供与联产系统相同电力所消耗燃料量的份额最大,因此联产系统中动力子系统的性能对联产系统的性能影响最大。本文系统中,不同燃气轮机对应的制冷子系统和供热子系统性能基本上没有变化,随功率的增加,主要是发电效率的增加导致了系统节能率的增加。在冷热电联产系统中,制冷子系统的影响处于第二位。5冷热电联产系统经济性分析联产系统由于在一定程度上实现了能量的梯利用,因此在额定工况下都有较好的热力学性能,与常规的分产系统相比具有较高的节能率。但具体是否会得到应用,还要取决于系统的经济性分析。冷热电联产系统在没有冷需求时运行模式与热电联产系统相似,而热电联产系统在没有热需求时也很难高效、经济地行。以下对冷热电联产系统的运行进行了经济性分析。冷热电联产系统提供的冷、热是满足人的舒服性要求,主要是在民用或商用领域得到广泛应用。联产系统提供的冷、热、电能大多以商品形式对外销售,其销售额为全部收入;设备投资、运行费用和维护费用为其主要成本。设备投资主要包括燃气轮机、溴化锂机组和余热锅炉的费用以及安装费用。燃气轮机的费用不同型号相差较大,因此需要单独考虑;溴化锂机组和余热锅炉相对技术比较成熟,基本上费用与容量有关,目前的费用大致为溴化锂机组为850元kW ,余热锅炉为104元kW ,而且可以根据设计容量确定实际容量。设备安装费用大概为设备费用的10 % ,此外燃气轮机需要额外考虑30 %的税率。设备的运行、维护费用(不含燃料费用) 大致为设备成本的5 %。由于西气东输,燃料使用陕甘宁天然气,低位发热量为35. 16 MJm3,价格为1. 4元m3。设备按20年折旧,资产残值按原值的10 %计取。联产系统的收入包括冷、热、电能的销售收入:北京的商业平均电价为0.62元kWh,供热价格为51.40元GJ,供冷价格为79.60元GJ。另外,还要考虑33%的所得税。北京供冷期一般为每年的5月16日至9月15日,供暖期为11月15日至3月15日。供暖期没有冷需求,可将用于制冷的那部分热量用于供暖。虽然不同天气情况对负荷有一定影响,但由于商业场所的特殊性,可认为冷热电联产系统在供冷期和供暖期有一半时间在额定工况运行。考虑不同型号燃气轮机的价格因素后,冷热电联产系统的经济性分析如下: 如图6所示，当燃气轮机功率较小时，单位功率的价格较高;随着功率的增加，价格迅速降低。当功率达到4 MW以后，燃气轮机的单位价格趋于稳定。相对应的，当燃气轮机功率较小时，冷热电联产系统的简单回收期很长，这在某种程度上说明系统的经济性较差。随着燃气轮机功率的增加，回收期迅速地缩短。燃