一种楼宇型冷热电联供系统动力装置选型方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于设计能源技术领域，尤其涉及一种楼宇型冷热电联供系统动力装置选 型方法。
【背景技术】
[0002] 在资源越来越匮乏的今天，可持续发展早已成为全世界关注的课题。能源问题不 止是一个国家国民经济发展的支柱，也是可持续发展的一项重要环节，因此有效的提高能 源利用率，减少利用过程中的污染物排放是一项重要任务。传统电力供应由电网垄断，供 电、供气、供暖各自规划，有各自的网络，这就会导致工业和建筑的用能需求难以同时及时 供应，尤其在夏季或冬季，空调的使用量非常大，民用以电力驱动为主的空调在夏季会造成 电网的尖峰负荷，导致城市用电紧张。而在用户端，工业或者建筑中多数高能低用，这就会 造成能源利用率低下。
[0003] 冷热电联供系统分布在用户侧，一般以天然气作为燃料，通过利用燃料在动力装 置中的高品质能量做功，并对回收的余热或者热量进行二次利用（冬季用于供暖，夏季利 用吸收式制冷机进行制冷，或提供生活热水），从而对能源梯级利用，有效地提高能源利用 率。这样的特点使其在国内外都进行了广泛的推广，在欧洲其发电量在总发电量中已占有 一定的比例。一般的冷热电联供系统按照规模可以分为楼宇型分布式供能系统，区域分布 式供能系统等，其组件可分为动力装置，制冷装置及制热装置等。
[0004] 尽管目前已广泛推广冷热电联产技术，但在国内目前成功运行的冷热电联供系统 仍然与规划目标有较大差距，无法获得预期的效益，主要原因在于选择机组容量过大导致 运行成本过高。上海黄浦中心医院的冷热电联供系统就是由于机组容量选择太大导致运行 成本过高，之后停用。因此准确的装机容量对于整个冷热电联供系统能否经济高效得运行 有很大的影响。
[0005]目前对于分布式能源系统，特别是冷热电联供系统的动力装置的装机选型方法并 没有统一的标准。国内外有过以热定电、以电定热等方法，以热定电就是依据供热量来确定 发电量，首先满足用热需求，不足的电量向电网购买，在能够上网的情况下多余电量上网。 而以电定热就是在系统满足电量需求后，对于不足的热量通过其他方式进行补充。一般来 讲，以热定电选型方法具有较高的能源利用率，这样能够初步选择装机容量，但在各项指标 计算后不一定是首选方案，同时对于同样的总容量来说，也有多种容量组合方式，不同组合 之间也存在着差异。
【发明内容】
[0006] 发明目的：为克服现有技术不足，本发明提供一种较为方便快捷的在多种动力装 置装机方案选择出最为经济高效方案的楼宇型冷热电联供系统动力装置选型方法。
[0007] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种楼宇型冷热电联供系统动力装置选型方法，包括如下步骤：
[0009] I)、利用目标建筑的建筑CAD图纸在Dest软件中对于目标建筑进行冷热负荷的动 态模拟，得到一年8760小时内建筑的逐时冷热负荷需求；
[0010] 2)、统计全年制冷天数，计算出制冷平均日负荷，在负荷分析的结果中找到最接近 平均日负荷的一天，对这一天进行不同装机在变工况下的运行模拟，分别得到这天的逐时 供电量、供热量及天然气耗量，从而计算经济成本与一次能耗；
[0011] 3)、统计全年制热天数，计算出制热平均日负荷，选择最接近制热平均负荷日进行 不同装机方式的模拟，计算经济成本与一次能耗；
[0012] 4)、分别对制冷季节和制热季节平均日计算后乘以对应天数计算全年运行能耗及 成本情况；
[0013] 5)、对不同方案计算系统性能评价指标，根据性能评价最优来确定最后装机选型 结果。
[0014] 上述一次能耗为将消耗的天然气热值换算为标煤耗量，对于三联供系统供应不足 的从电网购买的电量通过对电网效率及标煤耗量进行换算，两者之和即为一次能耗。
[0015] 工作原理：本发明针对目前没有确定的选择方案，提供楼宇型冷热电联供系统动 力装置装机容量的方法，利用Dest软件分析楼宇建筑能耗结果，通过对不同季节典型日及 平均日的不同需求进行动力装置的选型；如图1所示，空气以进口温度Tl进入压气机进行 压缩，然后以压气机出口温度T2进入回热器与做完功后透平出口烟气温度T5的高温烟气 进行换热，换热后空气温度达到回热器出口温度T3,经过回热的空气进入燃烧室供燃料进 行燃烧后产生的燃烧室出口烟气温度T4的高温烟气，高温烟气进入透平内做功后温度和 压力降低，随后经过回热器温度降低到燃气轮机的出口烟温T6,从燃气轮机排出进入溴化 锂制冷机进行制冷或制热后达到溴化锂制冷机出口温度T7将能量供给给用户，达到能源 的梯度利用，有效地提高能源利用率。
[0016] 所述步骤1)中，对于夏热冬冷的地区，在选取典型夏季制冷季节后，选择需冷量 为最大冷负荷日2/3的一天作为典型制冷日，根据该天制冷及用电需求选择一种以上装机 方式。
[0017] 上述装机方式包括：选择一台大容量的装机或选择两台以上小容量的机组或选 择一台以上大容量的装机搭配一台以上小容量的机组；如所需负荷为500kW时，大容量装 机即为直接选择一台满额500kW容量机组，两台以上小容量机组配合可选择2台容量为 50%需求，即250kW机组或4台容量为25%需求，即125kW的机组。同时需要参考市面 上是否有这个容量大小的机组再进行调整，一般0_200kw之间的机组有类似的热力特性， 200-400kw、400-600kw机组各自有类似的特性，因此大小一般是相对的，没有具体的上下 限，主要考虑实际是否有这个容量机组以及选择具有类似热力特性的机组，方便实际运行 的操作。
[0018] 上述装机方式，对于夏热冬冷的地区来讲，夏季制冷需求会远大于冬季制热需求， 所以在选型时首先考虑满足夏季制冷需求；在选取典型夏季制冷季节后，为了防止容量选 取过大，选择需冷量为最大冷负荷日2/3的一天作为典型制冷日，在确定总的容量下，由于 不同容量的动力装置会有不同的热力特性，根据该天制冷及用电需求选择装机方式；不同 的选择会对整体的系统性能带来不同的影响。
[0019] 所述装机方式发电选择微型燃气轮机，制冷及制热选择双效烟气型溴化锂机组， 能够有效节省占地面积的同时满足用户冷热电的需求，并减少了余热锅炉等其他设备减少 了成本。
[0020] 所述步骤1)中，Dest软件提供用户的冷热负荷需求，用户需热量/冷量与燃气机 轮供热之间关系式为：
[0021] Q热=Q需/COP (1)
[0022] 式中：Qift :燃气机轮需供热量，Q s :用户需热/冷量，COP :溴化锂制冷机能效比；
[0023] 在制冷典型日对制冷及用电需求进行分析，选择峰值时刻，根据如下公式：
[0024] Q热=Cp · (T6-T7) · G · N (2)
[0025] 式中：Cp:烟气的比热容，T6:燃气轮机的出口烟温，T 7:溴化锂制冷机的出口烟温， G:燃气轮机的烟气流量，Ν:燃气轮机的台数。
[0026] 上述用户需热量/冷量由溴化锂制冷机提供；燃气机轮供热为回热器出口提供的 余热；对溴化锂制冷机来说，制热与制冷的能效比是不同的；燃气轮机的产品参数上都有 燃气轮机出口烟温以及烟气流量，可直接参与计算。
[0027] 所述燃气轮机为同种型号的燃气轮机，在不需要全部开启的情况下，还起到备用 机组的作用，同时同种型号的机组控制起来也更方便。
[0028] 优选，选定具体的燃气轮机型号与台数后，根据厂家提供的变工况曲线，在不同的 环境温度下，当微型燃气轮机的出力变化时，排气温度相应的产生变化。排气温度随着燃机 功率与大气温度的变化而变化；在负荷变小时，压比降低，效率降低，排气温度将因温比降 低的影响大于压比降低的影响而降低；
[0029] 在燃气轮机运行在50%负荷以上运行时，排气温度与功率的变化关系基本可简化 为线性关系，当机组运行在50%负荷以下整体性能会下降15%~25%，因此保持燃气轮机 运行在