1.1 选题的目的及意义

冷热电联产系统（CCHP——Combined Cooling Heating amp; Power Generation）,即是为建筑物提供冷量、热量和电能的能源系统。包括分布式小型的冷热电联产系统和以热电厂为基础的大型冷热电联产系统。

进入21世纪，随着经济的发展，我国对石油的消费量愈来愈大，但是国内的石油供不应求，因而进口依存度也愈来愈大^[1]。我国一次能源利用率相比发达国家很低。每万元GDP的能源消耗量，西部地区平均水平是0.947吨标煤/万元，上海是0.583吨标煤/万元。上海每万元GDP能耗量是法国的3倍，德国的5倍，日本的6倍。在电力行业，能源联供系统是提高一次能源利用率的有效方法之一。事实上，能源的用途除了供电，还包括生活热水的供应和供暖等，随着人民生活水平的提高，制冷、除湿的需求也愈来愈大。采暖、生活热水、制冷、除湿这些需求可以采用低品位热能满足，于是对电厂发电来讲为废热的冷源热，在这些需求上就成了资源热能。传统的热电联产的一次能源利用率可以达到80-90%，冷热电联供系统的一次能源利用率可以达到95%。由能源利用引起的环境污染主要表现在温室效应、气候变化、酸雨和臭氧层的破坏^[2]。造成这些问题的罪魁祸首为二氧化碳、硫化物以及氮氧化物。如果没有新的相关政策出台，全球范围内的污染物将快速增长。其中，根据WEO2005年的参考情景，二氧化碳的排放将从2003年的245亿t增长到2030年的374亿t^[3]。

国家“十三五”规划纲要提出，在能源领域要着力推动能源生产利用方式变革，提高能源利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系^[4]。在能源和环境问题的双重压力下，由于热电联产对改善环境、节能降耗及城市的合理布局都起到了很好的推进作用，已经得到了广泛的应用，但是城市供暖是季节性的，热电厂夏季设备的利用率相对较低，其相应的运行效率也很低，冷热电三联产的出现解决了这些问题。

CCHP系统的效率取决于适当的系统配置，运行策略和设施规模。由于传统运行策略具有固有的和不可避免的能源浪费，即跟随电负载（FEL）和跟随热负载（FTL），CCHP系统的发展还具有巨大的潜力。因此针对CCHP系统的节能运行研究具有十分重要的意义^[5]。

1.2 国内外的研究现状分析

1.2.1国外研究现状分析

冷热电联供技术最早出现在美国，美国于1938年，在哈西杜市某大楼内建立了第一个冷热电联供系统。该系统共有6台吸收式制冷机组，制冷量达到了600RT。美国倡导天然气、电力、暖通空调和制造业都广泛的参与到冷热电联供技术中。1998年，美国的冷热电联供高峰会议提出了到2010年美国联产系统的容量在1998年基础上翻一番目标^[6],这意味着增加46GW的容量。根据估算，新增的46GW容量将减少50亿美元的能源费用支出，减少40万吨的NO和90万吨的SO₂以及3500万吨的CO₂排放。为了确保翻番目标的实现，组建了美国热电联供委员会^[7]。通过几年的工作，该委员会得出以下结论：(1)联产系统通过提高能源的利用效率、减少污染物的排放，可以使用户、能源和设备供应商都受益，间接的也能为社会带来好处；(2)联产系统在美国的扩展空间巨大，它可以应用于工业、商业建筑和分布式能源等诸多领域。1999年，美国提出了“CCHP创意”和“CCHP2020纲领”，把冷热电联供当做前沿的节能技术来宣传和推广。此外，美国还对2010年和2020年要达到的目标提出了规划。按照计划，到2010年，美国20%的新建商用或办公建筑都采用冷热电联供系统供能模式，把5%的现有商用写字楼改建成为冷热电联供的分布式系统供能模式。到2020年，50%的新建办公或商用楼群中都应用冷热电联供系统，将15%的现有写字楼类及商用建筑的供能系统改造成冷热电联供供能系统^[8]。

日本对冷热电联供工程十分重视。据报道，在80年代后半期，日本对区域制冷和供热的需求增长一倍，已经达到每年2500万GJ。在日本的CCHP系统中，以东京新宿区的联产工程最为有名，即日本东京煤气公司于1991年初投运的一座高效率、高性能的供热制冷中心，其总容量达到182.8MW。到1993年总容量扩充到207.4MW，成为世界最大的区域供热和制冷厂。该系统采用城市煤气作为一次能源，驱动燃气轮机和水管锅炉(一台30t/h，三台60t/h，共210t/h)。区域电负荷由燃气轮机发电机组提供。冷负荷由吸收式制冷机和离心式制冷机提供。制冷机为2台容量3.5MW的双级溴化锂吸收式制冷机，其热源是背压式汽轮机提供的蒸汽。容量为7MW的离心式制冷机由背压式汽轮机驱动，另外6台离心式制冷机（1台14.1MW，2台24.6MW，3台35.2MW）则由抽汽凝气式汽轮机推动。冷媒水的流程为串联流程，即先经吸收式制冷机，再进入离心式制冷机降温后流出。热水负荷及采暖负荷则由余热锅炉、水管锅炉和背压式汽轮机排出的蒸汽提供。在二期又投入了一套燃气轮机发电装置的冷热电联产子系统，使发电容量达到8MW，同时还投入了一套24.6MW的离心式制冷机，总的制冷容量扩充到207.4MW。

由于英国燃料供应充足，价格低廉，所以在这方面比起日本、美国等国显得稍为落后。曼彻斯特机场是其比较有代表性的一个工程。该机场是世界最大的20个机场之一，1989年决定建设电功率6.4MW的三联产装置，向原有的两个候机楼和1993年4月投入的新候机楼供电和热水。冬天取暖，夏季则把多余的热用于吸收式制冷。机场用电为7MW，新候机楼投运后共需电约15-18MW，原来两个候机楼的热需求为2MW（夏季）和6MW。由于热电负荷之比约为1：2，所以在众多方案中选用两台往复式发动机，燃料也是重油或天然气。整个三联供工程合同额为690万英镑，设备还包括5MW的两台余热锅炉（供应14℃热水）。24MW的双燃料常规锅炉。设备使用寿命超过20年。两台往复机还可向外界提供2.6MW的低品位热量。该三联产装置一年约发电72GWh，而供应的热量则相当于购置178.5TJ的天然气。年总产值约180万英镑（含吸收式制冷每年可节电价值5万英镑）。实行三联产后，每年可减少CO₂排放物5万吨，SO₂排放物1000吨。所以经济效益环保效益都十分显著。