摘要：本文通过分析燃气发电装置的特点和天然气冷热电联供系统的余热利用最大化原则，说明冷热电联供系统的年平均综合利用率大于70%是可行的。说明《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中的规定是科学的、合理的。本文通过热电比对区域式天然气冷热电联供系统节能的影响，说明热电比既是反映区域式联供系统的技术经济指标，也是区域式上网发电和扩大热用户的重要指标。本文通过分布式能源节能率的计算公式说明由发电设备、余热利用设备和调峰设备组成的联供系统中各部分的选型、规模和性能参数对联供系统节能率的影响，说明随着分布式能源系统的发展，楼宇式联供系统的节能率会不断的增加，节能效益会不断的提高。本文认为区域式既是能源企业，也是能耗大户，故节能减排是十分必要的。由于不同类型的建筑物的热电比不同，由于不同规模的燃机的热电比不同，故热电比也应该是评估楼宇式的重要节能指标之一。
关键词：年平均能源综合利用率热电比节能率
0引言
在《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中规定了天然气分布式能源的年平均能源综合利用率必须大于70%，同时在指导意见中也将天然气分布式能源分为区域式和楼宇式，区域式是指具有规模较大，系统为燃气蒸汽联合循环和并网并向公共电网输送电能的特点的联供系统，热电比是热电联产项目节能的评估指标，但在《燃气冷热电三联供工程技术规程》中未作规定。楼宇式的规模较小，当以能源站的电能自发自用为依据，选择发电机组容量时，即使年平均综合利用率大于70%，节能率也是有限的，当以楼宇的冷（热）负荷为主，并按热电平衡方法选择发电机组装机容量时，余热供热装机容量约为全部冷（热）负荷的30～40%，余热全年供热（冷）量约占全年总供热（冷）量的60～80%，余热量较大，但调峰设备的选择对系统节能量影响较大。随着分布式能源系统的发展，太阳能、地热、可再生能源与楼宇式的结合，分布式能源系统的节能率会进一步提高。从天然气分布式能源的分类，性质、特点和发展上看，年平均能源综合利用率，热电比和节能率都应该是天然气分布式能源的能源利用评估指标。
1.年平均能源综合利用率评估指标是科学的、合理的
1.1 天然气冷热电联供系统的一次能源综合利用率
燃气联供系统的优势在于其能源综合利用率高，符合国家的能源战略和节能目标。一次能源（燃气）由发电机组产生30%-40%的高品位能源（电能），发电余热再产生50%左右的低品位能源（热能），同样数量电能的做功能力是热能的（4-5）倍，因此燃气联供系统一次能源通过梯级利用，综合效率高于燃气发电和燃气供热系统。
目前燃气冷、热、电联供系统所使用的发电机组发电效率较高，经余热回收利用后，年平均能源综合利用率一般在70%-85%。
1.1.1. 天然气冷热电联供系统的余热利用最大化原则
天然气冷热电联供系统不同于小型热电联产项目，为保证燃气这一宝贵清洁能源的最佳利用，实现“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”，提高燃气的综合利用效率，提出联供系统“电能自发自用、余热利用最大化”的原则。并且要求对联供系统的设备配置及运行模式进行技术经济比较（一般在可行性研究阶段进行）。
1.1.2. 年平均能源综合利用率的计算公式
——年平均能源综合利用率（%）；
W——年净输出电量（kWh）；
Q1——年有效余热供热总量（MJ）；
Q2——年有效余热供冷总量（MJ）；
B——年燃气总耗量（m3）；
QL——燃气低位发热量（MJ/m3）
该计算公式反映了天然气能量在数量上的有效利用程度，采用该指标评估天然气分布式能源的节能和经济性是科学的、合理的。
1.2 年平均能源综合利用率大于70%是可行的
1.2.1. 燃气内燃机
燃气内燃机的发电效率为35-45%，余热利用形式为400-550℃的高温烟气、80-120℃的汽缸冷却水和40-65℃的润滑油冷却水，余热利用效率约为40%。
1.2.2. 燃气轮机
燃气轮机的发电效率为30-38%，余热利用形式为450-600℃高温烟气，余热利用效率约为40%。
1.2.3. 联供系统的年平均能源综合利用率
①从以上说明可知，目前天然气冷热电联供系统所使用的发电机组的发电效率较高，经余热回收利用后，年平均能源综合利用率一般在70-85%。
②年平均能源综合利用率大于燃煤热电联产的45%，大于燃气蒸汽联合循环的55%。
1.3 年平均能源综合利用率大于70%
年平均能源综合利用率大于70%是天然气分布式能源示范项目的强制项，是天然气分布式能源示范项目必须达到的要求。
1.3.1《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（发改能源2011.2196号）中规定天然气分布式能源的年平均能源综合利用率应大于70%。
1.3.2天然气分布式能源示范项目评分办法中仅对项目全年能源综合利用率进行限定，即对年平均综合利用率低于70%的项目实行“一票否决”。
1.3.3《燃气冷热电三联供工程技术规程》总则1.0.5规定年平均能源综合利用率大于70%。
1. 年平均能源综合利用率和热电比是区域式能源利用的界控指标
2.1 热电比对节能的影响
热电比即热电厂发热量和发电量的比值。根据《分布式供能系统工程技术规程》中的相关规定，热电比根据下式进行计算：
热电比=供热量/（供电量×3600千焦/千瓦时）×100%。
在一定的发电效率之下，热电比越高总热效率越高，要求余热利用程度越高，热损失越小。根据《关于发展热电联产的规定》，要求供热式汽轮发电机组的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产，应符合下列指标：
①单机容量在5万千瓦以下的热电机组，其热电比年平均应大于100%；
②单机容量在5万千瓦至20万千瓦以下的热电机组，其热电比年平均应大于50%；
③单机容量20万千瓦及以上抽汽凝汽两用供热机组，采暖期热电比应大于50%。
④燃气—蒸汽联合循环热电机组热电比应大于30%。
⑤在《分布式供能系统工程技术规程》中规定：热电比年平均不应小于55%。
2.2 热电比的作用
①热电比是热电联产机组的技术经济指标：它反映了热电厂的运行水平和管理效益，是热电厂主要的技术经济指标之一。
②热电比是审批热电建设项目的界控指标，通过热电比的计算和对比，参照建设项目的具体条件和实际需求，就可确定热电建设项目的合理性，为项目审批提供依据和方便。
③热电比是安排热电厂上网发电计划的考核指标。
④热电比是热电厂发展热电联产，建设热网的考核指标，计算出在其额定负荷下的热电比，并以此制定出发展热电联产，扩大热用户的规划。
2.3 区域式天然气冷热电分布式能源项目的特点
① 规模较大，从100MW至200MW
② 系统为燃气蒸汽联合循环冷热电联供分布式能源系统。
③ 联供系统并网并向公共电网输送电能。
2.4 热电比是区域式的天然气冷热电分布式能源系统的重要评估指标
① 燃气蒸汽联合循环天然气冷热电联供分布式能源系统的热电比﹥30%。
② 热电比同样是审批天然气分布式能源建设项目的界控指标。
③ 热电比同样是安排天然气分布式能源建设项目并网上网发电计划的依据。
④ 热电比同样是扩大热用户的热电联产集中供热规划和热网建设的依据。
2. 年平均能源综合利用率和节能量（节能率）是楼宇式天然气分布式能源系统能源利用的界控指标
3.1 节能量的作用
节能量指的是在满足同等需要或达到相同目的条件下，使能源消费减少的数量。节能量的多少是衡量其节能管理成效的一个主要标志，也是考察节能降耗和污染减排的一个主要手段。
（1）基本计算
以实际能耗与比较基准之差进行计算，故确定实际能耗与按目的和要求选择比较基准十分重要。
（2）具体方法
以实际能源消耗和合格产品为计算原则，以节能率为节能效果的计算补充和评价。
（3）节能率
节能量是绝对值，节能率是相对值.节能率与存款的负利率是一致的，故可用利率的计算方式推算节能率。
3.2 分布式能源节能率的计算
(1)系统节能率
节能率是反映三联供系统先进性的一个重要指标，三联供系统的节能主要体现在天然气就近梯级利用的高效与传统大电网供电方式到用户端较低的供电效率相比较的优势。对于具体项目而言，节能率是指采用三联供系统与原来用户可能采用的常规供电和空调方式相比所节省的一次能源消耗量。
(2)分布式能源节能率的计算（陈霖新提出的公式）
供热期节能率=
供冷期节能率=
式中
--燃煤电厂发电效率与电网输配效率的乘积
--燃气锅炉效率
--燃气分布式能源系统的发电效率
--燃气分布能源系统余热利用率
COPa--吸收式制冷机性能系数
COPe--电制冷机性能系数
X--电制冷机承担的冷负荷
Y--吸收式制冷机承担的冷负荷
例：假设a）设内燃机的发电效率ηe=0.38，余热利用效率ηh=0.44
b）市电网ηce=0.4×0.9=0.36
c）LiBr吸收制冷机COPa=1.2，电制冷机COPe=4.5燃气锅炉热效率ηb=0.9
供热期节能率
节能率35.3%
供冷期节能率
冷负荷由电制冷（y）和余热制冷（x）供应
节能率(B)
节能率34.5%
*表中数据为COPa=1.2时的节能率**表中数据为COPa=0.7时的节能率
3.3 楼宇式天然气分布式能源系统的特点
（1）规模小，装机容量为15MW以下。
（2）当以能源站的电能自发自用为依据选择发电机组容量时，余热利用数量不是很大，即使年平均综合利用率大于70%，节能率也很有限。
（3）当以楼宇的冷（热）负荷为主，并按热电平衡方法选择发电机组装机容量时，楼宇（除数据中心外），余热供热装机容量约为全部冷（热）负荷的30-40%，余热全年供热（冷）量约占全年总供冷（热）量的60-80%。余热量较大，但调峰设备的选择对系统的节能量（节能率）影响较大。
3.4 徐建中院士提出，不仅要关注能源利用率，还要关注科学用能，关注节能率。
（1）提高节能率的措施：
①通过系统集成技术，追求全工况最优；
②充分利用中低温余热，发挥环境热源与热泵的作用；
③针对用户的不同需求制定适用的个性化方案。
（2）随着分布式能源系统的发展，相对节能率从5%提高至40%（见下图）。
3. 年平均能源综合利用率、热电比和节能率是天然气分布式能源的三项重要的节能和经济性指标
4.1 节能量（节能率）是区域式天然气分布式能源项目可行性研究技术规定的主要要求之一。
在《热电联产项目可行性研究技术规定》1.19中指出：
热电厂既是节能企业，又是耗能大户，要认真采取节能措施。在可行性研究阶段要计算节煤量和各类污染物的减排量。
4.2 热电比是楼宇式分布式能源重要的节能评估指标
（1）我国主要城市各类型建筑物的热电比（见下表）
（2）建筑物热电比在热电平衡中的作用
建筑物热电比（见下表）
当燃气内燃机三联供系统应用于宾馆酒店时，由于发电只能并网不能上网，故只能按30－40%的冷负荷选择发电机装机容量。
大型商场除广州地区外，用电量大于用冷量，故应选择较大的发电机装机容量。
(3)燃气内燃机的性能在热电平衡中的作用
燃气内燃机的性能（见下表）
燃气内燃机容量较小时，热电比较大，故在较小的楼宇三联供系统设计中，要注意适当地降低ζR
燃气内燃机容量较大时，热电比较小，故在选型设计中不能降低ζR值。
（4）热电比对节能率的影响
热电比对天然气分布式能源的节能率也有一定的影响（见下图）
从上图可知，当全部使用自己发电量，热电比为1.2时，节能率可达20%。
4. 结论
5. 本文通过分析燃气发电装置的特点和天然气冷热电联供系统的余热利用最大化原则，说明冷热电联供系统的年平均综合利用率大于70%是可行的。说明《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中的规定是科学的、合理的。本文通过热电比对区域式天然气冷热电联供系统节能的影响，说明热电比既是反映区域式联供系统的技术经济指标，也是区域式上网发电和扩大热用户的重要指标。本文通过分布式能源节能率的计算公式说明由发电设备、余热利用设备和调峰设备组成的联供系统各部分的选型、规模和性能参数对联供系统节能率的影响，说明随着分布式能源系统的发展，楼宇式联供系统的节能率会不断的增加，节能效益会不断的提高。本文认为区域式既是能源企业，也是能耗大户，故节能减排是十分必要的。由于不同类型的建筑物的热电比不同，由于不同规模的燃机的热电比不同，故热电比也应该是评估楼宇式的重要节能指标之一。
主要参考文献：
1.《关于发展天然气分布式能源的指导意见》
2.陈霖新《燃气冷热电联供的节能效益》
3.徐建中《科学用能与分布式能源系统》
