热电冷三联供的供冷方式的可行性分析与评价.doc

热电冷三联供的供冷方式的可行性分析与评价
山东建筑大学戎卫国孟繁晋
摘要依据热力学第二定律的火用分析方法，从能量利用的全过程出发，考虑输送能耗的影响，利用能源火用效率代替设备的能量利用效率对热电冷三联供的集中供冷和常规的电供冷方式进行了比较，从而得出了更客观、合理的结论。为合理采用热电冷三联供的集中供冷方式提供了判断依据。
关键词集中供冷火用分析能源火用效率
1引言
近几年来，国内一些城市开始酝酿建设热电冷联供系统，通常是在原有热电联供系统基础上增设吸收式制冷机装置，利用供热汽轮机组的抽汽或背压排汽耗热制冷，实现夏季向用户集中供冷。由于热电冷联供系统规模和投资大，系统复杂；运行期间能源消耗多，对空调系统的节能和经济运行有着举足轻重的影响，因此如何对集中供冷方式进行全面、科学的评价，做出合理的选择，更显示出其紧迫性和重要性[1]。但是以往对热电冷联供的供冷方式的分析与评价中存在着以下不足[2]：
（1）确定热电厂输出的蒸汽和电能各自所消耗的能量时，通常依据输出蒸汽和电能所占的能量数量比例来分配消耗的能量，没有考虑两种能量质量上的差别，存在着明显的不合理性。
（2）对输送能耗的影响重视不够。即使考虑也是仅考虑了输送过程中的热量损失，却对阻力损失考虑较少；只反映了能量利用过程中的外部损失，没有反映能量利用过程中的内部损失。而后者的损失的机械能却是比前者损失的热能更高级的高品质能量。
（3）只反映局部设备的能量利用效率，而未反映从一次能源投入到用户的全面过程的能源利用效率，以偏盖全。随着供冷规模的扩大，输送能耗将越来越大，因此不反映输送能耗和全部过程影响的评价与分析也显的越来越不科学、不合理。
为弥补以上不足，本文利用热力学第二定律的火用分析方法，在考虑能量质量上的差别和输送能耗影响的情况下，对常采用蒸汽溴化锂吸收式制冷机的热电冷三联供的供冷方式与分散的电压缩式冷水机组供冷方式进行了分析与比较，提出了对热电冷三联供的供冷方式进行分析与合理评价的理论依据。
2供冷方式分析模型的建立
随着技术的不断更新，供冷方式也越来越多，供冷方式的能量传递、转换和利用过程的组成和方式各有不同。为便于分析与比较，依据热力学分析方法，可以建立一个概括性的供冷热力学系统分析模型[3][4]，见图1所示。

对照图中所示，概括性的供冷热力学系统由以下子系统组成：
能量发生系统（A）—即指消耗一次能源的功源和热源系统。例如热电厂、锅炉、燃气轮机等设备；
能量输送系统（B）—即指电能或热能的输送系统。例如输送电路或热水、蒸汽的供热管网；
能量转换系统（C）—即指制冷、制热系统，例如制冷和热泵装置；
能量分配系统（D）—即指配热量或冷量的分配系统，例如冷、热水的二次管网；
能量利用系统（E）—即指冷、热量用户系统，例如空调房间。
在图1中，未加括号的表示输入、输出的蒸汽火用值，带括号内的表示输入、输出电能火用值。对于耗热制冷方式虽然以消耗热能为主，但也有电能的消耗，因此既有蒸汽火用的输入，也有电能火用的输入。对于电压缩式则全部是电能火用的输入。由图1可以看出：概括性的供冷热力学系统从一次能源投入到用户由A、B、C、D、E五个子系统组成，对供冷方式的分析应从各个子系统入手，进行全面分析与评价。当然，根据供冷方式的组成和运行方式的特点，分析时可以对上述一般概括性系统进行简化。
3热电冷三联供的集中供冷和分散电供冷方式的分析与比较
目前常用的热电冷三联供的集中供冷方式和分散的电供冷方式，能量发生系统（A）即指热电厂系统，能量输送系统（B）为蒸汽输送管网和输送电网，能量转换设备（C）为蒸汽溴化锂吸收式制冷机组和电压缩式制冷机组，能量分配系统（D）为小区和室内的冷冻水管网，能量利用系统（E）即为空调用户系统。对照图1所示，每个子系统的分析与比较如下[5][6]。
3.1热电厂系统的分析与比较
依据热力学第二定律分析方法，若以目前常用的抽汽式机组为例，热电厂能量发生系统的火用平衡方程为:
（1）
式中，EX,F为一次能源燃料的火用值，kj/h；EN，A-B为输出电能火用值，kj/h；EX,A-B为输出蒸汽火用值，kj/h；EX,L,A为由于散热等原因引起的外部火用损失，kj/h；EX,,L,A'为内部火用损失，kj/h。
对于一次能源燃料的火用值可按以下公式计算：
（2）
式中，qm,f为锅炉的燃煤量，kg/h；qe,f为燃料的发热值，kj/kg。
蒸汽管网输入蒸汽的火用值由焓火用确定：
（3）
式中，HA-B和H0分别表示输入蒸汽和环境状态的焓值，kj/h；SA-B和S0分别表示输入蒸汽和环境状态的熵值，kj/h·℃；T0为环境温度，℃。
对于输出电能则全部为火用。
可以看出燃料属于高品质能量，几乎全部为火用。而就目前普遍采用的通过燃饶方式利用燃料的化学能的热电厂而言，热电厂