某酒店天然气冷热电三联供改造研究

杨 彬

（贵州燃气集团股份有限公司，贵州贵阳 520100）

1 概述

冷热电三联供[1]，即CCHP（Combined Cooling，Heating and Power），是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备（余热锅炉或者余热直燃机等）向用户供热、供冷。通过这种方式大大提高整个系统的一次能源利用率，实现了能源的梯级利用。由于冷热电三联供主要安装在用户端的高效冷/热电联供系统，系统能够在消费地点（或附近）发电且越来越偏向小型化，所以有时也称为分布式能源。

2 分布式能源优势

分布式能源具有“就地取能、资源利用、高效减排”的优越性[2]，分布式能源更有便于集中控制和管理，对用电、用冷（热）负荷非常集中，时间长，单位面积负荷大的用户，能源利用效率高，更有利于资金回收。

3 项目概况

本项目位于贵州省贵阳市观山湖区某公司办公大楼及其配套酒店。酒店和办公楼相毗邻，办公楼 26 层，酒店 25 层，地下均为 2 层，地下室相互贯通。建筑总面积为121 530 m2，其中供热（冷）面积为 90 040 m2（酒店52 550 m2、办公楼37 490 m2）。建筑拥有不同风格的中西餐厅、酒吧、室内恒温游泳池、水疗中心、健身中心和商务中心等，能为客人提供不同需求的特色服务，是集住宿、餐饮、会议接待，健身娱乐为一体的大型综合性国际高端品牌酒店。

3.1 供能现状

本项目包含两栋大楼的用能需求，一为办公大楼，二为酒店大楼，两栋楼相对比较独立，各自都有蒸汽锅炉、电制冷机组等动力设备，且余量较大，资源使用率低，且耗能较大。目前酒店现有3台4t/h的双良天然气蒸汽锅炉，3台2 461kW和1台1 048kW的约克制冷机组，19台18kW空气源热泵；办公楼现有2台4t/h特富天然气蒸汽锅炉，3台2 461kW的约克制冷机组。该区域现有两路10.5kV市政电力进线，只为两栋大楼供电，大电网配电站将线路分别接入两栋大楼总配电柜，再分别下设若干变压器。

办公楼和酒店的用电特性不同，每天7时至17时，办公楼用电比较集中，且比较平均，而酒店则从11时至23时用电比较集中，凌晨0时至7时办公楼用电负荷较小，主要用电部位为大楼照明及少量其他设备，常年稳定约为100kW，酒店用电负荷也较小，但相较办公楼还是用电负荷较大，通过调研，根据现有资料及同运行人员沟通，得知0时至7时酒店全年年最低用电负荷约为300kW。综合计算分析可知在7时至23时，两座大楼总用电负荷稳定在 800kW 以上，23 时至7时，总用电负荷基本稳定在400kW以上。建筑典型日逐时电负荷堆叠见图1。

图1 建筑典型日逐时电负荷堆叠图

根据办公楼2018—2019年度冬季的用能统计记录，办公楼、酒店在2018—2019年度供暖季的建筑总耗气量统计分析建筑年供热及供冷月用能需求见图2。

图2 建筑年供热及供冷月用能需求图

根据调研数据统计建筑典型日冷负荷及热负荷见图3-图4所示。

图3 建筑典型日冷负荷需求堆叠图

图4 建筑典型日热负荷需求堆叠图

3.2 改造方案

根据用户用能数据及特性，本项目采用天然气分布式能源系统，系统的发电总装机容量为 800kW。系统主要由2 台400kW 的内燃机发电机组、2台烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组，制冷量872kW（COP 为 1.03），制热量 798kW。剩余冷、热负荷不够部分采用补燃补充。

4 运行策略

本次分布式能源系统主要由2台400kW的内燃机发电机组、2台烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组制冷量872kW（COP为1.03时），制热量798kW。全年运行时间按240d计。

采暖：每年11月15日至次年3月15日，共计120d，运行按全年每天24h计。

制冷：每年6月15日至10月15日，共计120d，运行按全年每天24h计。

4.1 电力供应方案

采取并网不上网的模式，并设置市电跟踪、逆功保护，内燃机发电机与市电一同为两栋大楼提供电力。图5是制冷期及采暖期典型日机组供电负荷图。

图5 制冷期及采暖期典型日机组供电负荷图

4.2 制冷供应方案

制冷季最小热负荷约500kW左右，考虑燃气发电机组的运行时段为全天24h，同时为保证燃气发电机组的满负荷率，因此制冷季考虑8：00—20：00运行两套内燃机机组，20：00～次日7：00只运行单套内燃机机组（图6）。

图6 制冷期制冷负荷图

4.3 采暖供应方案

采暖季办公楼+酒店在采暖季典型日的最大热负荷约4 500kW左右，最小热负荷约400kW，考虑两台燃气内燃机发电机组的运行时段为7：00—21：00，仅酒店所需热量即能够够保证燃气发电机组的满负荷发电，在此时段内的酒店基本热负荷稳定在800～2 000kW。因此，单套内燃机系统，烟气热水型溴化锂冷温水机组共能产生398kW的热量，两套内燃机系统总热量798kW，7：00—21：00可基本完全消化所有余热，因此采暖季7：00—21：00运行两套内燃机机组，21：00—次日7：00只运行单套内燃机机组（图7）。

图7 采暖期采暖负荷图

5 改造效果分析

分布式能源系统以其清洁低碳能源和能量梯级利用的特点，使得整体能效提高到 70%以上。将不同种类的能源按各自热值折算成标准煤，电力折算因子[3]0.335 0kg，天然气折算因子 1.228 3kg标准煤/m3（标）[天然气的热值取 34MJm3（标）]，考虑部分电网的输电损失。分布式能源系统节能量计算见表1。

表1 分布式能源系统节能量计算

经过以上计算分析，改造后分布式能源系统相比传统分产系统（市电+电动冷水机组+燃气锅炉）年节能 634.52t标准煤。

6 结论

1）该系统所发电力与供电部门协调可以上网运行。

2）采用冷热电三联供系统，在天然气用气和用电等方面需给予优惠政策，在发电装机容量需给予补贴。

3）在具有特点特定性质的建筑应用燃气三联供技术，是提高能源利用效率，改善城市环境利用天然气资源的最佳选择。努力保护利用好天然气资源，不仅自身经济效益好，而且社会效益、环境效益也十分突出。