导读：三联供作为一种分布式能源利用形式，是一种能源节约型、环保型和同时增加电力供应的新型能源利用模式。冷热电三联供是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机类等设备运行，产生电力的同时，系统余热可通过余热回收设备向用户供热、供冷，同时也相对减少大气污染。
化石能源的大量使用导致环境受到严重污染，资源与环境问题日益突出。特别是随着我国城镇化进程的加速，每年新增建筑面积快速增长，建筑能耗成为我国能源消费的主要对象。据国家统计局统计数据显示，2014年度我国能源消费总量约为42.6亿吨标准煤，其中建筑业能源消费量占30%以上，建筑能耗中采暖、空调能耗约占60%～70%。
由于办公建筑有较大且稳定的冷热电负荷需求，例如北京地区属于寒冷地区，其全年气候特点是：冬季供暖期相对较长，室外温度比较低；夏季供冷期相对较短，室外空气平均温度与相对湿度比南方地区普遍偏低。办公建筑的负荷同时还受到不同地域的气候影响。因此对建筑能源消耗方面的节能研究一直是热点，特别是对各种新型节能模式的研究。天然气作为一种清洁能源，直接用于传统的能源系统，会造成能源品质严重浪费，而采用冷热电三联供模式，则会提高能源利用率。
三联供作为一种分布式能源利用形式，是一种能源节约型、环保型和同时增加电力供应的新型能源利用模式。冷热电三联供是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机类等设备运行，产生电力的同时，系统余热可通过余热回收设备向用户供热、供冷，同时也相对减少大气污染。
1、天然气冷热电三联供的优点
天然气冷热电三联供分布式能源系统是一种先进、高效的能源利用方式，原理如图1所示。与传统集中式供能方式相比，冷热电三联供分布式能源系统具有以下优点。
1.1能源梯级利用
冷热电三联供系统的优点在于燃料燃烧后的烟气余热再次深度利用，即高温烟气中热能先变为电能，然后烟气中的热再用于供热或制冷。与燃料燃烧后直接供热或制冷相比，这种能源利用方式实现了温度对口，能源梯级利用的科学用能模式。冷热电三联供系统的效率可高达90%左右，能量利用率显著提升。
1.2环境型系统
冷热电三联供系统在环保方面的优点主要表现在：天然气是清洁燃料，燃烧后的产物以水和二氧化碳为主。因此使用天然气作为燃料提供能源，相对于火力发电而言，排放的氮氧化物、粉尘等污染物少，造成的环境污染低。其次，冷热电联供系统因自身能源利用效率高，因此在某些场合应用时，系统输出电能可用于周围建筑用电，可替代部分火力供电，间接导致环境污染物排放的降低。
1.3城市负荷削峰填谷
冷热电三联供系统运行模式应根据实际需求而定，系统输出的电能可直接供建筑用电，承担部分电网负荷，或直接并入电网。随着社会的发展，许多大城市出现夏季电网负荷供电能力不足，导致部分企业用电供应紧张，峰谷现象突出。而冷热电三联供系统的应用可缓解电网负荷，起到消峰填谷的作用，解决城市电力需求。特别是对于部分对电力供应有特殊要求的建筑，采用冷热电三联供系统可以兼做此类建筑的应急或备用电源。
对某些大型办公建筑，对电力负荷的稳定也有特定的要求，且存在夏季供热或冬季供冷的区域，因此天然气冷热电三联供分布式能源系统可在某些大型建筑中独立应用。
2、国内外研究现状分析
1938年，美国第一个冷热电联供系统出现在哈西杜市某大楼。美国政府积极推进“冷热电联供系统”，并确定三联供系统的长远发展目标：到2020年，新建建筑中实现50%的商用建筑或办公建筑采用“冷热电联供”模式，对某些现有建筑的供能系统进行改进，将冷热电联供供能模式应用于现有建筑的供能系统中，覆盖率达到15%。日本的三联供系统主要应用于办公楼、医院、商店等。随着冷热电三联供在世界范围内的迅速发展，对冷热电三联供系统的研究越来越多，研究热点主要集中在系统设备选型、优化配置和系统运行评价等方面。
2.1设备选型
由于冷热电三联供系统应用的建筑及区域不用，导致在系统设备选型方面不尽相同。主要结合建筑供能预测、区域气候条件及政策等需求，选择系统中各装置的机组容量。系统的主要设备有发电机组、吸收式制冷机组及余热利用机组等主要机组构成。提出利用最佳冷化系数方法实现冷热电三联供系统设备选型，同时应用实例进行了论证；对不同发电机组的综合性能进行分析研究，分析了不同类型发电机组的特点。
2.2联供系统优化配置
在微型燃气轮机机组的最优数量和最大能源需求的条件下，以发电效率和微型燃气轮机热电联供机组单位成本为参数时，建立一个非线性方程组，分析该参数对微型燃气轮机联供系统经济性的影响。针对我国南方冬季不供暖的现状，采用最佳冷化系数的方法研究建筑供能的最佳设备选型，达到提高能源利用率的目的。
冷热电三联供系统在受到建筑负荷需求不同、区域导致燃气价格、电价、地方政策等不同时，提出非线性设计模型设计冷热电三联供系统的方法，通过对电价、燃气价格、容量设计及余热利用等影响系统的主要参数进行分析。
2.3系统运行评价
冷热电三联供系统运行分析是系统安全运行和风险预防的保证，因此需要对反应系统性能的主要指标进行评估，同时明确指出系统优化的方向。目前，国内外对冷热电联供系统运行的研究主要集中在系统构建和对已有系统进行评价分析，对冷热电三联供系统评价研究主要集中在系统能效、经济性和环境影响等方面。
冷热电三联供系统在实际应用时，由于不同建筑及区域的使用条件不同，需要考虑建筑物冷、热、电负荷需求的协同性等问题；同时不同地区电力负荷的差异，导致峰谷电价存在一定区别。因此，在设计冷热电三联供系统时，设计原则是按照“以热定电”、“以电定热”的设计方案需要综合考虑建筑物的需求、城市电价、燃气价格及区域气候等特点。同时由于系统为辅助建筑用能，除了系统自身优化外，还须同时考虑与用户周边环境等方面的联系，进而达到系统最优化，实现社会、节能和环保效益。
3、应用分析
采用冷热电联供系统时，夏季优先采用联供系统发电余热，采用溴化锂制冷系统进行供冷，部分不足的空间采用电空调供冷。冬季供暖时，优先采用联供系统的烟气余热进行供热，不足部分通过其他方式补充。发电机组烟气余热仍优先用于供冷，但是经过直燃机利用后的烟气余热可以被回收用于供热。
在对某大型办公建筑的实际案例分析中发现，当采用全年一次能源节约率、年运行费用节约率和年净现值为评价指标时，按照分别满足电力负荷的10%～100%来确定系统机组容量配置，系统的经济性和节能量不能同时达到最优值。当优化计算配置后选用两台发电机组时，系统年运行费用节约率和年净现值可同时达到最佳状态，而系统的一次能源节约率小于基本运行模式，系统处于非经济性状态。当办公建筑采用冷热电三联供系统供能时，建筑物全年的节能量和经济性的计算结果相差较大；在过渡季节采用联供系统运行时，计算节能量达不到设计目标的要求，但运行费用可以达到节约的目标。由于不同建筑物的负荷不同，负荷的同步性也是影响三联供系统经济性和节能性的重要因素之一。
4、结论
我国商用及办公建筑面积快速增长，具有建筑单体大、耗能多、冬季供冷夏季供热的特点。分布式冷热电三联供系统可同时实现冷热电的供应，是能源梯级利用的科学模式。同时，在减少环境污染物排放和消峰填谷方面效果显著。国内外学者对三联供系统在系统优化运行、设备选型及系统运行评价等方面进行了大量的研究，由于不同建筑物冷热电负荷的特点及系统输出电能并网的要求，三联供系统实际应用相对较难。同时，在三联供系统项目实施方面应充分考虑建筑本身负荷特点和当地相关政策等因素，针对实际情况进行分析设计，才能达到能源的高效利用。
原标题：科技丨公共建筑冷热电三联供系统研究
