暖通空调HV &A C 2008年第38卷第12期 专业论坛・61・
冷热电联供系统成本分摊法研究
华北电力大学 荆有印☆ 王江江△ 张春发
摘要
型。通过对其能量利用过程的分析,
引入可用摊模型。, 、实用。
关键词 成本分摊 折合
3
C ost a ll o c a ti o n m e t h o d f or c o m bi n e d
c o oli n g h e a ti n g a n d p o w e r s yst e ms
By Jing Y ouyin , Wang Jiangjiang and Z hang Chun fa
Abst r a ct According t o t he op erating p rocedure of a combined cooling heating and p ower (CC HP ) syste m wit h micro gas turbine as driver , establishes t he t her modyna mic model. Int roduces t he concep ts of available a nergy a nd reduced exergy by analysing t he e nergy utilization p rocess. By considering t he ratio of t he cooling a nd heating cap acity t o t otal available energy in t he combined system , establishes t he reduced exergy model f or cooling heating and p ower cost allocation , w hich overcomes disadvantages of ot her met hods a nd is more reasonable and p racticable.
Keywor ds combined cooling heating and p ower , micro gas turbine , cost allocation , exergy , reduced exergy
★North China E lectric Power University , Baoding , He bei Province , China
★
0 引言建和25%的既有商用、写字楼类建筑物将使用联供系统[4]。除美国以外, 日本、欧洲对发展冷热电联供系统都相当重视, 使得这些国家和地区的能源从集中供应向分散供应方式转变, 并根据各种用户不同需求提供可靠的和个性化的用能形式。
随着冷热电联供系统的出现, 冷、热、电3种能量产品的成本如何有效、合理地分摊是研究这种能量系统热经济性的关键所在。目前国内外对成本分摊的研究多限于联供系统的热、电产品之间, 针对冷、热、电3种产品的成本分摊方法研究, 文献[5],[6]从经济的角度采用“价格系数法”和“等效折算法”进行了研究, 其他文献尚不多见。目前国内外对热电成本分摊的方法主要有热量法、实际焓降法、热折
①☆
在城市商业建筑, 特别是在诸如机场大楼、医院、宾馆、办公大楼、大型超市等一些公共场所内, 采用微型燃气轮机冷热电联供(CCHP ) 系统作为能源供应装置, 除了向建筑物供电外, 其排烟余热还能为建筑物供冷、供暖和供应生活热水。作为第二代能源重要技术之一的冷热电三联供系统, 在世界范围内受到广泛的重视。该系统能够合理利用有限资源, 减小对环境的破坏并能保证能源供应的可靠性, 以其效率高、占地小、保护环境、能量利用多样性、降低供电损耗和应急突发事件等优点[14], 成为未来分布式供能系统的发展趋势。
美国是以天然气为能源发展冷热电三联供的倡导者, 于1999年提出了一个“冷热电三联供2020年纲领”。按照规划, 到2010年, 美国20%的新建和5%的既有商用、写字楼类建筑物将使用冷热电联供系统; 到2020年,50%的新
荆有印, 男,1953年3月生, 大学, 教授
071003河北省保定市华北电力大学62信箱△E 2mail :jiangjiang3330@sina.com
(0312) 7522443
3
基金项目:电站设备状态监测与控制教育部重点实验室收稿日期:20080107
2008年第38卷第12期 ・62・专业论坛 暖通空调HV &A C
扣法、加权法、分析法[511]。
热量法是建立在热力学第一定律基础之上、按热电所用热量的比例分配总耗热量的计算方法。这一方法的最大优点是使用简单易行, 但热量法仅仅从能的量方面进行考虑, 而忽略了品质这一重要因素, 它将电能和热能以及不同参数的热能等价处理。采用热量法对热电成本分摊, 会将热电联供所带来的经济效益都归于发电方面。
实际焓降法按抽汽的实际焓降与新汽实际焓降之比来分配总耗热量。与热量法相反, 该方法考虑了供热蒸汽在品质方面的差别, 摊给供热, , 全面的。
, 用于电能生产的燃料消费按常规凝汽式发电平均煤耗计算, 用这种方法计算, 电成本基本与常规电厂相同, 而热成本很低。在该方法中, 也将热电联产所带来的效益全归于供热。
加权法将热量法和实际焓降法的热分摊比加权相加, 推荐的权值为0. 5,0. 6,0. 7, 但权值的确定缺乏足够的根据, 具有较强的主观因素
。
分析法按汽轮机的供热抽汽与新汽的
总热量。
它利用完全用
当前国外使用的一种方法
。采用
比例来分配
体现能量在品质方面的差异, 该模式是
分析法分析热电联产,
在供热中
天然气等燃料在燃烧室内燃烧产生的烟气先通过汽轮机发电做功, 排出的高温烟气作为溴化锂吸收式冷热水机组的驱动热源, 由其夏季制冷、冬季供暖。溴化锂机组排出的烟气温度仍然比较高, 可以进行二次余热利用, 提供生活热水等。在过渡季节时, 通过阀门调节使汽轮机余热直接进入二次余热利用装置。
为了使分析简单化, 13]:定比热容, 且; D 表示。
α=1-β=
ηc
k
ηΦt
(1) (2)
Φ=k ; d =D 式(1) , (2) 中 ; τ为燃气轮机进口温度
与大气温度之比; ηt 为燃气轮机内效率; ηc 为压气机内效率; π为压比; k 为空气等熵指数。
则各部件有以下基本公式。
1. 1 压气机1) 压缩功ωc
ωβ=c p (T 2-T 1) c =c p T 1
度; T 2为压气机出口空气温度。
2) 压气机出口温度T 2
) T 1T 2=(1+β
(3)
来衡量能量在品质上的差异,
而忽略
式中 c p 为燃气平均比定压热容; T 1为压气机进口空气温
的积极作用, 其所得结果将有利于热用户而不利于发电方, 因此该方法也是不全面的。
在实际的能量转换、利用过程中
, 考虑
中可用
不是完全不起作
用, 也不是完全起作用, 因此, 在合理评价能量利用中, 必须
的作用。文献[1011]
提出了折合
——
—
法热电分摊比的分析模型, 本文将其应用于冷热电联供系统来确定其成本分摊比。
1 微型燃气轮机冷热电联供系统
(4)
1. 2 回热器
1) 回热器空气出口温度
(T 5-T 2) +T 2T 3=σ
(5) (6)
σ=T 5-T 2
图1为本文研究的以具有回热的微型燃气轮机为动力源的冷热电联供系统示意图, 主要包括微型燃气轮机、直燃型溴化锂吸收式冷热水机组和二次余热利用装置
。
σ为回热比; T 3为回热器空气出口温度; T 5式(5) , (6) 中 为燃气轮机排气温度。
2) 回热器烟气出口温度T 6
(T 5-T 2) T 6=T 5-σ
(7)
1. 3 燃烧室1) 燃料量Q f
Q f =c p (T 4-T 3)
(8)
式中 T 4为燃烧室出口温度, 即燃气轮机进口温度。
1. 4 微型燃气轮机1) 膨胀功ωT
ωT =c p T 1α=c p (T 4-T 5)
2) 比功P e
AC 压气机 CC 燃烧室 GT 燃气轮机 RE 回热器 BZ
直燃型溴化锂冷热水机组 E 二次余热回收装置
(9) (10)
α-β) P e =ωc =c p T 1(T -ω
1. 5 溴化锂吸收式冷热水机组1) 夏季制冷量Q c
图1 微型燃气轮机冷热电联供系统流程示意图
暖通空调HV &A C 2008年第38卷第12期 专业论坛
Q c =CO P ac c p (T 6-T 7) (T 5-T 2) -T 7]=CO P ac c p [T 5-σ
(11)
・63・
式中 T rec 为生活热水供水温度。
系统向外界输出的热能则由冷水、供暖热水和生活热水所携带的热能组成:
E 2=D c Q c +D h Q h +D rec Q rec
(21)
式中 CO P ac 为冷热水机组的制冷系数; T 7为溴化锂吸收式冷热水机组排气温度。
2) 冬季供热量Q h
Q h =CO P ah c p (T 6-T 7)
(T 5-T 2) -T 7]=CO P ah c p [T 5-σ
(12)
那么系统向外界输出的总能量即为
E =E 1+E 2
(22)
在总能量中
, 。, 因此电能全部是
式中 CO P ah 为溴化锂吸收式冷热水机组的制热系数。
1. 6 二次余热回收装置
; , 可用的部分为其中的
, 以供热中的可用部分———作为基
也起到重要作用
, 而这一作用是不应忽
。
(能量中起作用的
) 与实际
)
利用的热量Q rec :
Q rec
=c (-8)
准来衡量热分摊比, 但对于热用户而言, 在热能的转换利用过程中,
热能中的和可用折合
略的。
因此系统向外界输出的热能中,
可用的部分应该为
之和,
即折合定义为可用
之
式中 CO P ar 。
2 总能系统分析
在这里视压气机进口空气温度与大气环境温度相同,
不考虑为
E 1=E in -E out -E I E in =D f E ′′′′f +D c E c +D h E h +D rec E rec E out =D c E c +D h E h +D rec E rec
(14) (15) (16)
值。在确定冷热电分摊比时, 根据微型燃气轮机
冷热电联供系统的能量转换系统, 系统向外界输出的电能
和。单位工质的折合
M =
表达式[14]为
1+K
E =μE
Ω
(23
)
式中 K 为比例系数, 为单位与单位在使用过程中的
式(14) ～(16) 中 E 1为系统向外界输出的电能; E in 是进
入系统的总
(
包括内部
; E out
是系统输出的总
; E I
是系统总
价值之比,0≤K ≤1; μ为折合系数, μ=1+K ; Ω=
ΩQ
损
; E c ,
为
与总能量之比, 即能质系数。
因此, 系统向外界输出的热能中, 可用部分应为折合
损和排气损) ; E ′′′′f , E c , E h , E rec 分别为进入系
统单位燃料、冷水、
供暖热水和生活热水所携带的所携带的
之和, 即:
E ′2=D c M c +D h M h +D rec M rec
(24)
E h , E rec 分别为系统输出的单位冷水、供暖热水和生活热水
; D f , D c , D h , D rec 分别为燃料、冷水、供暖热水和
式中 M c ,
M h , M rec 分别为系统输出的单位冷水、供暖热水和生活热水所携带的折合
。
(25)
生活热水的流量, 在夏季D h =0, 冬季D c =0。
根据朗特气体燃料燃料所携带的
为
E f =0. 95H HV f ・HL V f =Q f
(17)
近似计算式
[13]
, 系统输入的单位
则系统向外界提供的总的可用能变为
E =E 1+E ′2
3 折合成本分摊法
式中 H HV f 为天然气高位热值; HL V f 为天然气低位热值。
系统输出的单位冷水所携带的
E c =
对于冷热电联供系统,
在确定合理的成本分摊比时, 不仅要考虑系统输出能量的数量,
而且要充分考虑其品质的重要性, 尤其是可用
在能量转化利用中起着不可替代的
法[1011]
来综合确定成本分摊
为
(18)
-1Q c T c
作用, 因此本文采用折合的折合
比, 构造的分摊比表达式为:系统向用户提供的第i 个产品
与系统向外界提供的总的可用能之比。则联供系统提供的冷、热(供暖和生活热水) 、电的成本
式中 T 0为环境温度; T c 为冷水供水温度; Q c 为系统输出的单位冷水所携带的热量。
系统输出的单位供暖热水所携带的
E h =
为
(19)
分摊比分别为
r c =r h =r rec =
(20)
r e =
E 1+E ′2E 1+E ′2E 1+E ′2E 1+E ′2
(26) (27) (28) (29)
1-
T Q h
式中 T h 为供暖热水供水温度; Q h 为系统输出的单位供暖热水所携带的热量。
系统输出的单位生活热水所携带的
E rec =
为
1-
T Q rec
2008年第38卷第12期 ・64・专业论坛 暖通空调HV &A C
式(26) ～(29) 中 r c , r h , r rec , r e 分别为系统输出的单位冷水、供暖热水、生活热水和电的分摊比。
将折合
表达式代入式(26) , 得冷成本分摊比:
E 1+E ′2=E in +D c E c K c
r c =
D c E c 1+K c
其中
ΩE 1+E ′2
(30)
+D h E h K h +D rec E rec K rec -E I
Ωc Ωh Ωrec
式中 K c , K h , K rec 分别为系统输出的冷水、供暖热水和生活热水的比例系数; Ωc , Ωh , Ωrec 分别为系统输出的单位冷水、供暖热水、生活热水与总能的比值。
采用式(30) 计算冷成本分摊比时, 选定
, 则D , E, Ω, E 1都可以确定, 但是K 。文献[14]遵循3的
表达式, 如下:
) E M =(2-(31)
) c E 1+E ′2
(32)
式中
+E ′2=E in +D c E c (1-Ωc ) +D h E h (1-Ωh ) +D rec E rec (1-Ωrec ) -E I
同理可推得热(供暖和生活热水) 、电成本分摊比:
r h =
E 1+E ′2
E 1+E ′2
(33) (34)
r e =
E 1+E ′2
(35)
以上为各产品相对于总成本的比例, 如果总成本利用其他相关算法可获得后, 可以采用4种产品的分摊比来确定各自价格, 则冷热(供暖和生活热水) 电成本分摊比为
(36)
r rec =
r c ∶r h ∶r rec ∶r e =D c E c (2-ΩD h E h (2-Ωh ) ∶D rec E rec (2-Ω
rec ) ∶E 1
c ) ∶
这样系统运行参数选定后, D ,
E, Ω可以确定,
则冷、热、电的成本分摊比即可确定
。
4 结论
[6] 刘凤强, 曹家枞, 曹双华. 楼宇冷热电联供系统成本分摊方
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50
[7] 荆有印, 王保生. 热电联产中能级比加权热电分摊法[J].动
在冷热电联供系统中, 成本分摊的合理制定事关生产者和用户的双方利益, 也是在理论上尚存争议的一个焦点。本文在合理考察可用同作用, 通过引入折合成本分摊模型。折合
在实际能量转换过程中的不的概念, 建立了冷、热、电折合法既考虑了能量在数量和品质上
的作用, 该方法物理意义明
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[8] 荆有印. 热电联产热、电按质分摊数学模型的建立及修正方
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的差别, 又充分计入了可用分摊研究中。参考文献:
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