冷热电三联供系统 （CCHP）是分布式能源系统中非常重要的形式之一，因在能耗、经济和环境等方面的显著综合效益，近年受到国内外的广泛关注和应用。本文对冷热电三联供系统的现状、工作原理和性能、发展趋势和前景进行介绍。
一、国外CCHP系统的发展
美国、日本、英国等发达国家是应用CCHP系统较早，且应用经验比较丰富的国家，由于CCHP系统不同于传统的集中供能系统，且一次能源主要是天然气，在节约能源、改善环境和增加电力供应上的综合效益更加明显，因此通过几十年的发展，这些国家的综合能源效率和空气质量均得到了空前的改善。
美国是最早摸索和发展CCHP系统的国家，一直以来积极倡导CCHP的发展。自1978年发展小型热电联产以来，经过不断地探索发展，逐步开拓CCHP系统的市场。截止2002年底，美国有约为6000座分布式能源站，美国能源部为进一步推进发展分布式能源CCHP系统提出发展时间表，联合各领域多角度发展，在“建筑用冷热电联产系统2020年远景规划”中提出，2020年实现50%新建筑和15%的现有建筑均采用CCHP系统。
与美国相比，欧洲对热电联产应用更多，且分布式能源发展居全球发展水平的前列。2000年时，丹麦、荷兰、芬兰的分布式能源供能超过其国家总发电量的50%。其中，丹麦近20年来GDP大幅度提升，能源消耗基本没增加，与CCHP系统的应用有直接关系。英国约有1000座分布式能源站，如白金汉宫、汤宁街官邸采用CCHP系统。
日本的资源相对缺乏，对CCHP技术的发展更是十分重视。截止2007年底，有86个供热营运者和148个供热服务区域。其中总供热面积达到4400万平方米，供热总建筑面积为4800万平方米。如日本芝浦地区采用CCHP系统的东京瓦斯大楼，被当作高效节能的范例。
二、中国CCHP系统的发展
传统上我国的电力能源消耗主要来自煤炭，存在效率偏低和污染严重的问题，特别是近年来全国范围内发生的严重“雾霾”污染问题，迫使我国急需发展高效、节能和清洁的能源利用技术。因此，近十年，CCHP系统的研究和应用在国家配套政策的鼓励和支持下，如雨后春笋，蓬勃发展起来。虽然相比国外发达国家发展的晚一些，但发展速度却比国外现阶段的应用更多。
三、CCHP系统的工作原理
冷热电三联供系统一般由发电、制冷和供热三大系统构成。发电装置驱动由发电原理不同可分为燃气轮机、内燃机、斯特林发动机、有机朗肯循环、燃料电池等；制冷系统通常包含蒸汽吸收式制冷机、吸附式制冷机或喷射式制冷机等；用于供热的余热回收系统包含余热锅炉或余热直燃机等。现以天燃气冷热电三联供系统的发电、供冷、供热流程工作为例说明，供冷和供热的原理流程，如图1所示。
供冷工况：冷水机组和热泵等设备由发电设备和市电联合供电，冷水机组和水源热泵机组以电制冷、溴化锂机组利用发电设备的高温余热制冷，分别或共同给用户供冷。
供热工况：供空气源热泵、水源热泵及水泵辅机等设备由发电设备发电和市政电网联供电；溴化锂机组的热源为发电设备的高温余热；水源热泵机组的热源为燃气内燃发电机组低温余热（低温冷却水及低温烟气）和空气源热泵机组制热的低温热水，经过再热提高温度后，给用户供热。
供电系统：采用 “并网上网”达到供电系统平衡，系统发电设备发电供应，供电不足时，从市政电网购电进行补充；供电多余时，上网售电，当然，很多地区由于电力上网政策和技术的约束，仍处于孤网运行状态，并未实际达到最大提高能源利用效率的建设初衷。
四、CCHP系统案例
冷热电三联供的形式：
内燃机+余热利用系统；
燃气轮机+余热发电机组；
燃气轮机+余热利用系统；
微燃机+余热利用系统。
内燃机+余热利用系统：
内燃机：四冲程内燃机；
吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
内燃机余热：烟气、缸套水；
余热利用系统：热水烟气直燃机、板式换热器。
余热利用系统：
制冷：
烟气→烟气热水型直燃机中烟气高发；
缸套水→烟气热水直燃机中热水发生器。
制热：
烟气→烟气热水型直燃机中烟气高发；
缸套水→板式换热器。
设计参数及原则
设计参数：
对象：办公楼， 建筑面积：2万平
冷负荷：50w/m2，热负荷：56w/m2
电负荷：30-67w/m2
采暖期：11月-4月，128天
制冷期：6月-9月，88天
每个工作日，机组运行10小时7:30-17:30
周六日不起动，采用市网运行
设计原则：以办公楼最低电负荷为标准选配发电机，产生的余热即烟气和缸套水进入烟气热水型直燃机和板式换热器制冷制热。
机组选型：
电负荷：0.03×20000=600KW
冷负荷：0.05×20000=1000KW
热负荷：0.056×20000=1120KW
发电机选型：J312
额定发电功率：635KW 发电效率：40.4%
额定余热功率：744KW 排热效率：46.5%
可利用烟气：3400kg/h,402KW，500℃
可利用热水：26.6m3/h,342KW，79-95℃
<注>：发电机组参数采用颜巴赫系列
利用的余热主要为：烟气和缸套水
余热机组选型：BZHE125型
出力系数为：100%燃气、50%烟气、23%热水
出力系数：在多能量源的条件下，某一能量源的额定功率占额定总功率的比例。
额定制冷量：1454KW 天然气：106m3/h
额定制热量：1121KW 天然气：120m3/h
烟气量：4873m3/h，热水量：41.1m3/h
<注>：余热机组参数采用远大系列。
负荷计算：
制冷：该直燃机烟气出力最多为满负荷的50%，出力系数为0.5。
计算公式：制冷量=排烟量/额定排烟量×额定制冷功率×出力系数×发电机负荷比例。
烟气制冷量为：
3400/4783×1454×0.5×600/635=485.8KW
热水制冷量为：
26.6/41.1×1454×0.23×600/635=203.4KW
总制冷量为：485.8+203.4=689KW
需补充冷量为：1000-689=311KW→天然气需补充能量为311/1.36=229KW，COP=1.36。
余热制冷效率为：689/744×100%=92.6%
余热制冷的总效率为：92.6%×46.5%=43%
冷热电三联供的总效率为：40%+43%=83%
制热：该直燃机烟气出力最多为满负荷的50%，出力系数为0.5。
计算公式：
制热量=排烟量/额定排烟量×额定制热功率×出力系数×发电机负荷比例。
烟气制热量为：
3400/4783.3×1121×0.5×600/635=374KW
热水制热量为：342×0.75×600/635=242KW
总制热量为：374+242=616KW
需补充热量为：1121-616=505KW→天然气需补充能量为505/0.93=543KW，COP=0.93。
余热制热效率为：616/744×100%=82.8%
余热制热的总效率为：82.8%×46.5%=38.5%
则冷热电三联供的总效率为：40%+38.5%=78.5%
发电量及所需气量
日发电量为：600×10=6000KWH
发电日需气量为：6000÷（0.4×8.368）=1792.5m3/d
冷热电三联供运行费用：
气价：3.9元/m3，7200大卡=8.368KWH
制冷需补充气量为：229×88×10÷8.368=24082m3
则补充气量成本为：3.9×24082=9.4万元
年需热量为：负荷系数：0.8
1121×128×10×0.8=1147904KWH
余热供热量：616×10×128=788480KWH
制热补充热量：1147904-788480=359424KWH
则补充气量为：359424÷0.93÷8.368=46185m3
则花费为：3.9×46185=18万元
发电气量花费为：
1792.5×216=387180
387180×3.9=151万元
冷热电三联供花费为：
冷：9.4万元
热：18万元
电：151万元
运行费用总额：9.4+18+151=178.4万元
冷热电三联供初投资：
发电机：4000元/KW
635×4000=254万元
配电费：100万元
热水烟气直燃机：222×1.6=355万元
板式换热器：20万元
初投资总额：100+254+355+20=729万元
市电+热网+电冷机运行费用：
市电购电花费为：
6000×216×1=129.6万元
采暖费为：热网供暖期为5个月，中央空调为半年32×20000=64万元
制冷运行费用为：（cop=4）
250×10×88×1=22万元
总运行费用为：129.6+22+64=215.6万元
市电+热网+电冷机初投资
热网：100×20000=200万元
电冷机：45万元
配电费：80万元
总投资：200+45+80=325万元
市电+直燃机运行费用
市电购电花费为：
6000×216×1=129.6万元
BZ125型直燃机
制冷运行费用：制冷用气量：8600/7200×106×10×88×1000/1454=76628m3
3.9×76628=29.9万元
制热运行费用：
制热用气量：
8600/7200×120×10×128×0.8=146773m3
3.9×146773=57万元
总运行费用：57+129.6+29.9=216.5万元
初投资为：222万元
配电费：80万元
总投资：222+80=302万元
各方案经济性比较：
单位：万元
|
运行方式 |
维修费用 |
运行费用 |
初投资 |
|
冷热电三联供 |
20 |
178.4 |
729 |
|
市电网+热网+电冷机 |
5 |
215.6 |
325 |
|
市电网+直燃机 |
2 |
216.5 |
302 |
投资回收期
冷热电与传统方式比：（729-325）÷（220.6-198.4）=404÷22.2=18.2年
冷热电与直燃机比（729-302）÷（216.5-198.4）=427÷18.1=23.6年
静态十年投资气价平衡点：
电耗气量：387180m3
补热耗气量：46185m3
补冷耗气量：24082m3
总量：457447m3
气价为p：215.6-457447p+5-20=(729-325)/10
p=3.5元/m3
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