燃气冷热电三联供制冷系统节能分析
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摘要：随着社会的发展和经济的进步，目前人们越来越关注的问题就是节能和环保，冷热电三联供能够极大的提高资源的利用率，是符合时代需求和人们对节能环保预期的发电形式。燃气冷热电三联供的制冷模式一般为吸收式制冷，而传统的制冷方式则是电压缩制冷，本文对上述两种制冷形式的能耗进行了简单的计算和对比分析，希望通过本文的阅读，能够给研究燃气冷热电三联供的制冷系统能耗相关问题的研究工作者提供一定的帮助和启发。
关键词：燃气冷热电三联供；制冷系统；节能
1 燃气冷热电三联供系统的热力学分析
1.1联供系统的工作原理
燃气冷热电三联供系统，顾名思义，就是以天然气为主要燃料，实现冷、热、电三要素联合供应的目的，也就是说，燃烧天然气产生的热能通过内燃机或者燃气轮机的转化变成电能，在这个过程中，会有大量的热能逸散而变成废热，造成不必要的浪费。冷热电三联供系统就是在发电的同时，将废热收集利用，实现加热或制冷的功能，因为利用的热能为本来应该耗散在空气中的废热，所以体现出了能源的二次利用，符合环保节能的理念，被很多发达国家所追捧。
1.2制冷系统当量热力系数
制冷系统的当量热力系数是用来衡量一个制冷系统的制冷效率的专有名词，其定义为一单位（通常为1kJ）热量的燃料燃烧后，能够获得的制冷量。直白点说就是在燃烧同等单位的燃料的情况下，获得的制冷量越大，证明冷却系统的制冷效率越高，想要达到相同的制冷效果，其需要消耗的能源就越少。
冷热电三联供系统中使用的是吸收式制冷系统，整个制冷系统包括制冷剂和其他辅助设备，如：冷水泵、冷却水泵、冷却塔风机、溶液泵等设备。而传统的制冷系统也除了制冷主机的工作机理不同，辅助设备也有一定差异。通过查阅资料，我们发现一些研究中对两个制冷系统的当量热力系数进行对比时，没有算上辅助设备的能耗，这显然是不准确的，也容易造成结果的错误。
通过查阅资料，可以得到以下结论：
电压缩式制冷系统的当量热力系数 ，其中 为制冷量，单位为千瓦， 为全国平均发电效率， 为电网输送效率， 为电动机总效率。而冷热电三联供系统的吸收式制冷系统的当量热力系数 ，其中， 为制冷量，其单位是千瓦， 是吸热式制冷系统的制冷机组消耗的能量，单位也是千瓦， 是整个制冷系统的总耗电量，单位也为千瓦， 是蒸汽管道输送效率，通过查阅相关资料可知，上式中的 的计算公式为： =
其中 是燃料所含有的能量，单位是千焦；P为电功率，单位千瓦； 表示余热锅炉的效率； 是发电机的排气比热容，单位是千焦每千克开尔文； 是发电机的点耗热率，其单位是千焦每千瓦时； 代表的是产生的蒸汽量和锅炉的排气量，单位千克每小时； 是锅炉进水口的焓和出口蒸汽的焓，单位是千焦每千克； 是外界温度和机组排气温度，单位为开尔文。
1.3制冷系统的一次能耗
一次能耗的定义为一次能量消耗与所需要的输出能量之间的比值，在计算上来讲，一次能耗率的数值等于当量热力系数的倒数，即
我们以此就能求出两个制冷系统的一次能耗吸热式制冷系统的一次能耗 电压缩式制冷系统的一次能耗
2 计算分析
2.1 值的计算
通过收集一些常见的发电机的参数带入上述计算公式当中，可以得到 值。
2.2 一次能耗的计算分析
通过计算我们发现，吸热式制冷系统的一次能耗要低于电压缩式制冷系统，也就是说，制造相同量的冷气，吸热式制冷系统更加节能，换而言之，燃气冷热电三联供系统的节能性要高于传统分供系统，不论是在制热还是制冷工况下。
回过头来，我们再回到最初的问题点上来，进行探讨，为什么国内的众多期刊和论文中会提到，制冷工况下燃气冷热电三联供系统的节能效率不如传统分供系统呢？经过检查对比计算过程和带入的公式我们发现，基本上大家使用的计算公式也是相同的，差异就出现在了全国平均发电效率 上面了。
本次研究计算和分析的过程中，全国平均发电效率为33%，这是一个被众多专家学者使用和认可的数值，但是随着时代的发展和发电厂相关设备技术的进步，我们发现，我国目前大部分的燃煤火力发电厂的发电效率都在40%以上，普遍在40%与42%之间，是要远远高于本文的33%这个数值的，而目前我国的燃气发电厂的发电效率最高可达到55%，所以我们再回过头来，将两组数值带入重新计算一次能耗，就会发现，平均发电效率在40%的时候，吸热式制冷系统在节能效果上已经没有优势，而在平均发电效率为55%的时候，燃气冷热电三联供系统的节能效果反而比不上传统的分供系统中电压缩式制冷系统。这样也就印证了上文中提到的目前我国对于燃气冷热电三联供系统的制冷系统节能性的问题的争执点了，随着供电效率的提升，在制冷系统方面的节能效率在逐渐下降。
3 关于冷热电三联供系统制冷系统节能性的分析结论
通过本次研究、计算和查阅相关资料我们能够得到结论，冷热电三联供系统的节能性受到燃气轮机的型号和发电效率两方面的影响，当燃气轮机的各方面参数比较优越且发电效率较低时，冷热电三联供系统的节能效率十分明显，不过当全国平均发电效率到达40%时，我们发现冷热电三联供制冷系统的节能性已经无明显优势，当全国平均发电效率进一步提高，超过50%时，冷热电三联供制冷系统已经不节能了。
因此，我们在对某地的系统进行选择和设计时，要针对该地的供电效率进行分析选择，当该地的供电效率偏低的时候，选择冷热电三联供系统节能优势十分突出，当该地的供电效率在40%左右的时候，虽然此时冷热电三联供系统的制冷系统节能优势不明显，但是供热系统仍然有着明显优势，此时我们依然有限选择冷热电三联供系统，不过当该地的供电效率进一步提高的时候，我们就需要分别对冷热电三联供系统制热工况和制冷工况下的节能和耗能进行对比，若节能性更突出则选择冷热电三联供系统，若耗能更高，则应该选择传统的分供系统。
当然，具体选择的时候，还要根据该地的气候条件来进行选择，若是该地的供热要求远大于制冷需求，那么便不用考虑该地的供电效率而直接选择冷热电三联供系统，若是制冷需求明显，那么就要根据具体情况进行计算。
结束语
总之，随着时代的发展，人们对于环境保护和能源的节约问题越来越重视，在生活的方方面面，选择更加节能环保的方式，更有助于整个社会乃至全人类的资源节约和环境保护，是为子孙后代造福的千秋事业。这就需要我们对很多生活方式的节能性进行比对，寻找最优的、最节能的生活方式，本次研究的主要目的就是为了帮助大家合理的选择冷热电三联供还是传统分供系统，在这点上，我们既不能抱残守缺，墨守成规的态度，也不能一味跟着发达国家学习，要结合自身发展阶段和实际情况，做出合理的选择。
参考文献
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[3]赵奕.天津西站冷热电三联供系统经济与节能性分析[J]. 鐵路工程造价管理，2018（5）：1-3.
（作者单位：新奥能源控股有限公司）
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