楼宇式热(冷)电联产系统的热经济性分析 楼宇式热(冷)电联产系统的热经济性分析

楼宇式热(冷)电联产系统的热经济性分析

  • 期刊名字:建筑热能通风空调
  • 文件大小:642kb
  • 论文作者:潘雯,姚景洲,杨思思,陈惠,曹小林,张建华
  • 作者单位:中南大学能源科学与工程学院,广东韶钢松山股份有限公司热电厂
  • 更新时间:2020-09-02
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论文简介

第29卷第2期建筑热能通风空调2010年4月Building Energy EnvironmentApr.2010.100-102文章编号:10030344(2010)02-1004楼字式热(冷)电联产系统的热经济性分析潘雯'姚景洲1杨思思1陈惠'曹小林'张建华21中南大学能源科学与工程学院2广东韶钢松山股份有限公司热电厂摘要:利用天然气为能源的楼宇式热(冷)电联产系统对缓解我国能源结构单一、环境污染严重等问题大有裨益。以北京某办公大楼作为目标建筑物通过对联产系统和分产系统的用分析比较说明联产系统高效的原因在于能源的梯级利用,尤其是对低品质热能的有效利用程度将成为决定目标建筑物能量系统釆取热(冷)电联产系统是否节能的关键。并提出以“产品分级等价法”建立成本方程,进而计算了联产系统产品的成本,结果表明:当天燃气价格低于电价的32倍时,采用联产系统的年度化费用低于分产系统,反之亦然关键词:热经济学娳分析热(冷)电联产天然气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引热(冷)电三联产系统( BCHPS)是将高品质的电能与低品质的热量冷量有效地结合成一个系统以达进入2世纪以来我国经济迅速发展但随之而到能源的梯级利用,进而大幅度提高能源利用率。特来的是能源的短缺并且由于能源利用不合理带来能别是近年来随着现代化建筑的发展具有溴化锂制冷源浪费和环境恶化能源问题已经成为制约我国发展系统的热(冷)电联产系统受到了特别的关注。和进步的首要问题。因此,为了解决煤炭资源紧缺、环本文以北京燃气集团办公楼为目标建筑物对联境污染严重的问题天然气逐渐成为我国能源结构中产系统和分产系统进行大效率分析比较进而引人大用重要部分。成本声程汁对理音结行地这学分析。中国煤化工收稿日期:2009-827CNMHG作者简介:潘雯(1984-)女,硕土研究生;湖南省长沙市中南大学能源科学与工程学院(41083);Ema: hanwen017@163com第29卷第2期潘雯等:楼宇式热(冷)电联产系统的热经济性分析1011联产系统物理模型负荷下运行,从而使得夏季工况时联产系统的利用程度要好于冬季工况,说明联产系统对低品质热能的联产系统基于内燃机为前置、三能源型溴化锂吸有效利用程度将成为决定目标建筑物能量系统采取收机组及板式换热器为后置的热(冷)电联产系统(图热(冷)电联产系统是否节能的关键。1),系统后置设备溴化锂机组可以在三种模式下运行因而使得系统运行策略的灵活性大为提高。表1联产系统及分产系统总的效率计算结果总垌效率夏季况冬季工过渡季节联产系统分产系统284%633.8%夏季工冬季工况过渡季节联产系绕341%326%引4%284%因此对于目标建筑物全年电需求量变化较大的图1目标建筑物热(冷)电联产系统机组设备简图联产系统的设备选型在设计过程中应该考虑选择若干台不同容量的机组用来匹配各季度目标建筑物的目标建筑物能源系统在其运行模式的选取上主电负荷需求;由于夏季工况和冬季工况联产系统均对要体现了以下三点①发电机组与外电网并网但不上系统前置产生的余热加以利用这就使得夏季工况和网购电也不对外电网输出电力。②目标建筑物热冷冬季工况联产系统灿利用程度要好于过渡季节。负荷的满足依靠调节三能源型溴化锂机组和板式换热器的运行模式来实现。③发电机组和空调机组均可3联产系统热经济学分析单独运行,满足目标建筑物最低和最高负荷下热(冷)、电负荷需要。3.1炽月成本方程法联产系统前置发电机组采用了一台卡特比勒所谓的火成本方程法,指对于某个能量系统进( Caterpillar)G3508型燃气内燃机组。行热经济学分析时,除了考虑炽平衡方程外,还必须引联产系统的后置吸收式机组选用了一台远大经济平衡方程式,并将两者耦合到一组方程式中用BZHE0Ⅷ型三能源型溴化锂机组。在冬季供暖工况来解决某个能量系统的成本分摊问题国。下,联产系统除使用BZHE100Ⅷ型机组制热外,为了大成本方程法计算热(冷)电联产系统的成本分摊利用内燃机缸套水热量,系统还选用一台艾克森通常有两个步骤。首先列出联产系统各设备成本的资ABJ-WA005板式换热器。金平衡式,这个平衡式中要体现联产系统设备的初投资、运行费用以及折旧费用三部分,上述计算步骤可以2联产系统与分产系统火用分析比较表达如下co Eroe=Cp+, e(1)对联产系统和传统分产系统进行丸分析。计式中c、CFcC、Ex和Er分别为能量系统产出产品算结果如表1,可发现:①夏季工况时前者的焮效率比的炊用单价、年度化初投资耗费单价、产品炊用流和耗后者的效率高20.1%,冬季工况时前者的烟效率比费流后者的效率高出387%,而过渡季节前者的效率其次在考虑联产系统经济学的基础上补充影响比后者的火效率低71%;②联产系统夏季工况时的联产系统热(冷)电成本的决策方程决策方程的确定效率比冬季工况时的火用效率高出46%,夏季工况时的常常需要结合热力学知识并针对系统的生产目的经火效率比过渡季节时高出86%,而冬季工况时的效济政策等做出人为的决策。同时在确定联产系统的产率比过渡季节时高出3.8%。品成本时提出“产品分级等价法”,即认为联产系统的由此表明夏季工况和冬季工况时联产系统的热终红中国煤化工量)具有等价的单力完善度较之分产系统要好,这是由于联产系统前置价CNMHG系统中间产品(缸套内燃机产生的余热在系统后置设备中得到了充分的水和烟气)其有等价的炊甲价但联产系统的终极产品利用;由于联产系统中的内燃机在冬季工况处于部分与中间产品两者在能量的价值上并不等同,且应用于建筑热能通风空调2010年不同设备的联产系统中间产品在能量的价值上也不单价三者确定的情况下联产系统各产品炊用成本单等同。价与联产系统的火效率成反比32联产系统冷量热量和电量单价的确定表2联产系统各产品量单价一览表鸿量单位射网产品成本1)联产系统供冷期冷量和电量单价的计算在夏季工况下,依据联产系统灰箱模型以及成本方程计算方法就可以计算出联产系统冷量单价和电量单价。由式(1)可知,内燃机能量系统的成本方由表1可以发现,联产系统夏季工况比冬季工况程如下时效率要高。而由表2可以发现,联产系统夏季工况Exox +C E比冬季工况时各产品焆成本单价要低。因而,利用“产=Cro +C Exos(2)品分级等价法”建立的方程作为丸成本方程法的决策式中E如、E、E如,E、Croc=和cn分别为条件,进面计算所得的联产系统的产品成本是可靠的。电量流、缸套水流、烟气炕流、天然气流、年度化同时计算结果也表明对联产系统各设备进行优化设初投资(按秒计算)、电量丸单价、天然气单价、缸套计并对其运行策略进行优化管理,进而提高联产系统水烟单价和烟气单价。的效率,这是降低联产系统产品成本的重要途径由式(1)可知溴化锂机组能量系统的成本方程图2是联产系统及分产系统年度化费用随天然气单价和电单价关系。A线表示联产系统年度化费用。BCrn +CeeeexR(3)线(BIB2、B3、B4、B5、B6对应电价为040.5、0.6、+ceo+ce07、08、09元/Wh)为分产系统的年度化费用。A线式中E双、ExC和c分别为冷量烔流、自耗电和B线的相交点表示处于该点的天然气价格和电价流、年度化初投资和冷量单价。对应的联产系统和分产系统年度化费用相同,这些交根据“产品分级等价法”对联产系统引入决策条点处天然气价/电价约等于32。即当天燃气价格低于件,可以补充方程式如下:电价的32倍时,采用联产系统的年度化费用低于分Ceee=Ce(4)产系统反之即当天燃气价格高于电价的32倍时,(5)采用联产系统的年度化费用高于分产系统)联产系统供暖期热量和电量单价的计算冬季工况时内燃机能量系统的火用成本方程与夏al季工况时内燃机能量系统的火用成本方程相同,可延用式(2)。→溴化锂机组能量系统的成本方程可表述如下:CExBhCeatCExB(6),→→式中:EA和EⅫ分别为热量流和缸套水炊流根据“产品分级等价法”对联产系统引入决策条件,可以补充方程如下:图2联产系统及分产系统年度化费用Cdec -Cb取天然气单价为19元m热值取3517MJm,4结论可得天然气单价为57×103元/W。联产系统各产品的计算结果如表2。1)联产系统对低品质热能的有效利用程度将成为对用成本方程法计算公式()进行变换可以得出决定目标建筑物能量系统采取热(冷)联产系统是否下式。节能的关键。中国煤化工型机组为后置的联产CN年对前置设备余式中:m为效率。由式(8)可以发现当联产系统初热利用图情为提高广系犹的大利用程度,选择投资的年度化费用、系统的产品流以及系统的耗费若干台不同容量的内燃机机组用来匹配各季度目标(下转96页)建菟熟能通风空调2010年变化改变外机的压缩机的容量,其外机输入功率也是运行费用增容费等经济性方面;设备的运行可靠性变化的;室内机的运行,不同房间的室内机开机的时放置场所安全性等使用性方面对符合要求的各类方间不同,其负荷在一天中处于部分负荷的状态按照案应总体比较、评价房间的功能测算,得出室内机的负荷75%、50‰25%1)冷热源的选择,应因地制宜在有城市集中供热间分别占50%、30%和20%。地区,热源优先考虑集中供热,具有燃气供应的地区,232三种空调方案的经济分析可采用燃气炉提供相应的热水供应对上述三种空调方案的设备投资和运行费用方2)风管式分体空调系统的初投资最少运行费用面进行经济对比分析(表6)最高;分体式冷水机组空调系统,其工程投资运营费表6三种空调系统的经济性比较用、能耗居中;多联机空调系统初投资很高,其运行费x积用较低,是比较经济的家用中央空调系统分体式冲水机组空调系统3)北方寒冷地区空调系统方案的选择和系统设多机空调系统注:电价采用呼和浩特市现行销售电价表计,都需考虑冬季水系统防冻问题,空调系统冬季运电价:042元/Wh行水系统及附件尽可能置于室内同时增强住户水系从表6可知在这三种空调方案中:风管式分体统防冻意识空调系统的投资最少、运行费用最高;分体式冷水机组空调系统,其工程投资运营费用能耗居中;多联机参考文献空调系统初投资很高,但是可以根据室内负荷的变化叫]陈焰华家用中央空调系统设计与实例M北京:机械工业出进行制冷剂的容量调节,其运行费用远远低于风管式版社,2003与水管式系统在整个寿命周期内,是比较经济的种)王靖魏菜户式中央空调系统不同设计方案比较建筑热能通风空调,2003,224)4143家用中央空调系统[3]爱默生公司数码低温强热多联机组在辽宁丹东军鹰学苑的应用[门暖通空调,2008,38(}80-813结束语[4]冯玉琪,王佳惠最新家用商用中央空调技术手册·设计、选型安装与排障M]北京:人民邮电出版社200空调系统的选择应综合考虑居民地域的气候特裴秀英林立户式中央空调系统的经济性分析门能源与环境,2008,(1):1920点能源结构、环保规定等社会效益方面;设备初投资(上接102页)建筑物的电负荷需求。[5]唐帛铭国外能源工作动态综述门刀中南工业大学学报,19803)提出以“产品分级等价法”建立决策方程的火2:100-109成本方程法对多能量输入、多产品输出的联产系统进6]黄锦涛,丰镇平袁劲松分布式冷热电联供系统经济分析门沈阳工程学院学报,2005,(1)17-21行定价,并利用这种方法计算得出了联产系统产品的[7宋丹萍杨明热电冷联产的经济性分析[赤睡学院学报单价。2007,23(1):42444)当天燃气价格低于电价的32倍时用联产1]孙建国,冯志兵冷热电联产系统的发展及前景燃气轮机系统的年度化费用低于分产系统,反之,即当天燃气技术,2006,19(2):117价格高于电价的32倍时,采用联产系统的年度化费 Martin L Baughman. Optimizing combined cogeneration and用高于分产系统thermal storage systems: an engineerapproach U]IEEE Transactions on Power Systems, 1989, 4(3): 95-9910)傅秦生能量系统的热力学分析方法M西安:西安交通大学参考文献出版社,2005:207-219]杨魏然能源问题与经济发展口消费导刊.205192 11] Gaggioli R a, Dunbar, w R Exergy economics [] Energy[2]班瑞风,魏晓平中国能源结构及利用问题研究门徐州工程1980,(5)823837学院学报,2008,5:2427邮坦声四张姚宝冷执由群供系统成本分摊方法[3]赖艳华刘振乾热、电、冷三联供的效益分析门制冷学报中国煤化工1999(1}52-56[4]班德程鹏黄敏珊等中国燃气行业的发展现状与挑战CNMHG三联供的热经济学分析D]武汉:武汉大字,2005城市燃气,200,(1)3037

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