CN1054904C - 集成式综合动力装置 - Google Patents

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Abstract

集成式综合动力装置属能源综合转化利用技术装备。其主要特征是发动机(4)、发电/电动机(12)、热泵(19)共一主轴用调速离合器(11)和(14)联成一体。具有电热冷联产、综合利用常规与可再生及替代能源、发峰电用谷电蓄能负荷转移、灵活应变运作发展电热冷产供储用综合优化等多用途。是各类房屋和社区建设高效全能绿色能源系统，实施社会整体综合能源规划，获取能源系统潜在的节能环保和投资成本效益，促进传统能源向可持续变革的核心技术装备。

Description

集成式综合动力装置
本发明是综合转化利用常规与可再生及替代能源集电热冷联产和产供储用综合优化运行与发展机制于一体的集成式综合动力装置。
本发明属于电热冷联产型能源综合转化利用高新技术装备。
人类社会自十八世纪英国产业革命后，一次能源进入了以化石能源为主的时代。在能源转化利用领域，从十九世纪末期电力工业出现后，基本沿用了以直接燃烧化石能源为基础、凝汽式火电厂为主导的热电分产分供技术路线，导致各类凝汽式发电机组、供热锅炉和热水器、电力制冷机和空调器，应急调峰发电机组的快速普及以及蓄能削峰填谷和负荷转移技术的发展。目前地区性电网供电热效率为35％左右，新一代脱硫脱硝燃煤发电效率已达40％，燃气蒸汽联合循环电厂的效率可达50％，整体煤气化联合循环电厂的效率已达44％。跨地区电力联网的发展，还带动了水电、核电、可再生和新能源发电以及资源综合规划、能源系统互联网智能化监控管理等现代能源技术的发展。因此，至今热电分产技术路线仍占主导地位，同时，在十九世纪末期，旨在发展按质、高效、梯级用能的经典热电联产和热泵制冷供热技术，亦随电力的应用而相继问世并实用化，发展至今商业化的联产技术装备已从汽轮机热电联产机组、电力压缩式热泵机组发展到包括内燃机、燃气轮机和燃气蒸汽联合循环在内的发动机热电联产机组、发动机热泵机组及余热型和直燃型吸收式热泵机组等多种类型。由于热电联产综合热效率可达60～85％，比热电分产方案节能30～60％，而电力和发动机热泵供热的一次能源总热效率已达105％和160％，比锅炉供热节能30～100％。因此，于二十世纪中后期，它们在工业与民用总能系统和区域集中供热供冷领域获得了广泛应用。前苏联热电联产占其火电装机总容量的35％，供电煤耗降为328g/kwh，成为当时世界上供电煤耗最低的国家，九十年代丹麦和荷兰的热电联产发电量已占其火电总发电量的30％和70％，据国际能源署热泵中心计算，目前世界上大约有4500多万台民用与工业热泵机组，全部投入使用能为全球减排CO212亿吨即6％，不久的将来，热泵减排CO2的潜力可达16％左右，目前日本的超级热泵冷热联供性能泵数已达8.2的世界先进水平。显然热电联产和热泵技术的普及应用，具有显著的资源、环境、经济和社会效益，我国的《节约能源法》已将热电冷联供列为通用节能技术和优先发展领域。
不言而喻，热电分产和热电联产技术从其问世到普及应用都经历了漫长的过程，都是我们先辈创造性劳动和智慧的结晶。二十世纪的实践表明，两种技术方案的相互渗透、优化组合和融为一体已经并将继续为推动现代社会生产力的空前快速发展为人类社会的科学进步与文明作出前所未有的历史性贡献。
但是，从可持续发展的理论和战略高度来审视，现有的热电分产和联产技术装备还存在着不足乃至是严重的弊端。其一、大多数的一次能源是以化石能源为基础的，显然同现代社会实行以可再生与新能源和清洁燃气为基础以电力为中心的能源发展战略，保护地球生态环境和资源永续利用的时代要求不相容；其二、现有的电热冷转化利用技术装备由于其特定功能，运作方式和谐时性能的局限性，已不能适应现代社会终端用能电热冷需求并存的特点和整个用能周期负荷变化的谐时匹配要求，以致不能经济有效地为终端能源用户提供低成本的全能绿色能源服务，也不能为社会整体能源系统提供全方位多用途的综合性能源服务，实现能源系统的资源与效益共享，促进传统能源向可持续变革；其三、电热冷转化利用的相互分离，必然导致能源系统的产供储用环节的脱节和复杂化，而违背按质、洁净、高效、梯级、综合转化利用常规与可再生及替代能源的时代技术准则，既不利于以终端用能和服务为导向，因地制宜地综合优化供求方能源结构，实行多能互补共齐各得益彰的燃料与动力资源多样化能源开发利用方针，又不利于为现代建筑和社区乃至社会整体发展以电力为中心的电热冷综合、系统和谐时匹配转化利用，也不利于优化配置、合理利用当地和外来能源资源，达到从能源开发、加工转化、输配储存直到终端用能全过程的能源效率最高，环境污染最小，建造投资最省，使用能耗费用最低，实现最佳技术经济、资源环境效益和社会整体能源的最大利用价值。
综上所述，为了适应现代社会的需求，符合时代技术与经济的特点，满足现代文明社会可持续发展的需求，亟需融高效清洁的常规能源与可再生及替代能源技术于一体，实行传统热电分产和经典热电联产技术的渗透融合、优化重组和技术更新，以期挖掘能源系统潜在的技术更新、资源环境和经济社会效益，取得最佳的一次投资与运营成本效益。
本发明的目的是提供一种综合转化利用常规与可再生及替代能源、集电热冷联产和产供储用综合优化运行与发展机制于一体的集成式综合动力装置。借以克服现有分列式电热冷转化利用技术装备之不足与弊端，促进传统能源向可持续变革。
本发明的目的可通过以下措施来实现：
集成式综合动力装置由发动机、同步发电/电动机、热泵压缩机共一主轴，用两个快速离合调速器联接为一体，再由发动机/热回收供热装置A、发/供/用电装置B、热泵/环境热利用/致蓄供冷热装置C、电网DS、供冷网络LS、供热网络RS和低温位热源网络HS所组成；发动机/热回收供热装置A是由发动机、冷却循环泵、调速器、燃料与空气供给装置、水/水换热器、烟气水换热器、烟气热回收器、消声器、补燃器和溶液泵所组成；燃料与空气供给装置经调速器同发动机连接，发动机的冷却水通过循环泵和水/水换热器的进口连接，水/水换热器的冷却水出口和发动机连接，发动机的排烟出口通过烟气水换热器、补燃器、带有溶液泵的烟气热回收器和消声器连接，供热网络RS中的供热介质水通过泵和水/水换热器的入口连接，它的出口通过补燃器、烟气热回收器、烟气水换热器同蓄热器的入口和供热网络RS的入口相连接；发/供/用电装置B的同步发电/电动机通过快速离合调速器和发动机的主轴连接，同步发电/电动机的电能输出/输入端同发/供/配电装置B及电网DS相连接；热泵/环境热利用/致蓄供冷热装置C由热泵压缩机、冷凝器、蒸发式冷却器、膨胀阀、蒸发器、蓄冷器、蓄热器和相应的介质泵所组成；热泵压缩机通过快速离合调速器和发电/电动机的主轴连接，热泵压缩机的工质入口和蒸发器工质出口相连接，其出口同冷凝器的工质入口相连，冷凝器的工质的出口同膨胀阀的入口相连，其出口同蒸发器的工质入口相连；冷凝器的介质出口同带有喷淋泵的蒸发式冷却器的介质入口相连，其出口和冷凝器的介质入口连接，蓄热器的出口通过泵和供热网络RS的出口相连；供冷网络LS的出口通过泵和蒸发器的介质入口连接，蒸发器的介质出口同蓄冷器的入口、环境热源装置的出口、供冷网络LS的入口相连；低温位热源网络HS的出口通过泵和环境热源装置的入口相连，环境热源装置的出口和低温热源网络HS的入口连接，同时和供冷网络LS的入口连接。
本发明的优点在于对发动机热电联产装置、电力热泵致蓄供冷热装置和发动机热泵致蓄供冷热装置，诸多性能和功效的综合优化集成，赋予电、热、冷能综合转化与产供储用的机动灵活性和进行全方位、多用途、综合性能源服务的总体集成优势，而实现其综合优化集成功效的关键，在于按照能源转化供给和消费使用的特点和规律，保持电、热、冷能产供储用负荷图形的谐时匹配运作和综合优化，借以取得预期的综合功效。
1.组件A、B、C按整体全能工况联合运转，可同时进行电、热、冷能的综合、高效转化和产供储用的综合优化，其电热冷联产的一次能源转化利用综合热效率可达120％～300％，比传统的电热能分产节能1/2～3/4，同时能实现一机多用，相应减少能源设施分列之重复投资，为终端用户提供高效率、低成本、多用途的综合性能源服务；
2.组件A与B的联合运转实现热电联产，与电网供电和锅炉供热的热电分供相比，能免除公用电力系统发电热机侧的冷源损失和发供电侧升变输配与降变供配电诸环节的电能损耗，相应使发供输配电的一次能源利用率由35％左右提高到70％～90％，取得节能减污100％～157％的功效；
3.组件A与C的联合运转，克服了电力压缩式热泵使用低效电网电力制冷供热一次能源利用率低和经济效果不高的缺点，而发动机热泵能回收利用占发动机总能耗50％左右的冷却水和排烟余热，同时还能利用到处都有的地下土壤低温位自然能源作为冬季供热和夏季制冷的排热源，实行冬储夏用和夏储冬用极大地提高热泵机组全年使用周期的制冷供热性能系数，取得最佳节能、节电、节水和环保效果，因此，在满足相同供热量的情况下，减少了热泵所需轴功率及其对低温位热源和辅助能源的需要量，相应使本装置供热的一次能源利用率达150％以上，从而取得比热效率80％左右的锅炉和一次能源热效率105％左右的电力热泵供热具有更高的节能和经济效果，若能统筹并实现制冷与供热联合循环，则本装置冷热联产的一次能源利用率可达300％，其节能减污和经济效果尤为巨大；
4.组件A的热输出端和组件C的冷输出端与组件C的热输出端，分别同蓄冷器、蓄热器相连，并与供冷、供热网络LS、RS构成致蓄和集放冷热能量的有机统一整体，因此，能从时间和量的角度，把发动机余热回收，热泵致冷供热和用户冷热能量的消费使用协调一致；同时，组件A的补燃器还可视不同需求，适时添加燃料，借助发动机排烟中的过剩氧气补燃，其产生的高温燃烧热可进一步提高装置的供热能力，并可视热负荷变化在20～100％的范围内任意调节补燃器的输出热功率，这不仅提高了冷热能源系统的操作弹性和可靠性，而且赋予整个装置对电、热、冷负荷变化的应变能力和确保产供储用综合优化负荷图形的可操作性，并使借助现代电子和机电一体化技术跟踪和捕捉能源系统潜在节能，环保、经济效益成为可能；
5.电网低谷期通过快速离合器，使发动机同发电电动机脱开，此时同步发电机转为电动机用网电运转，并驱动热泵压缩机致蓄冷热能，以备在电热冷负荷高峰即时供出系统所需之冷热量，必要时，可借助蒸发式冷却器排出冷凝器热回收过剩的热量，以保证用低谷电致冷的高性能，因此能取得对电网填谷、提高电厂负荷率、利用廉价谷电蓄能负荷转移，相应减少致冷供热的峰值装机容量和投资，节约能源消耗，提高整个电、热、冷能转化利用的经济、环境和社会效益；
6.在电网高峰和事故应急工况时，由快速离合器甩掉热泵压缩机负载实现发动机热电联供，即时发供高峰应急电量，此间系统所需之供冷和供热量，还可分别由蓄冷器和蓄热器予以平衡满足，从而取得为电网调峰，提供事故应急电量，提高供电可靠性及发供峰电的高附加值等显著成效。
显然，集成式综合动力装置之特征，在于有发动机和电力电动机两种动力源互为切换之特性，具有发动机热电联供补燃机组、发动机/补燃热回收和电力热泵/环境热利用/致蓄放冷热能之综合功能以及集电热冷能产供储用于一体使其负荷图形综合优化的独特功效，因此，它可借助计算机技术和机电一体化装置进行相关能源系统的自动监控和优化管理，自动跟踪电热冷能源系统的负荷变化，确保为终端用能即时提供高效率、低成本、多用途、全方位的综合性能源服务；并能按照公用电网可间断与峰谷分时计价表，及时捕捉能源系统潜在的能源环境和社会经济效益，实施电热冷能产供储用的综合优化运作，直至达到成本/效益比的极限。这不仅为集成式综合动力系统自身，而且也为其所在地区的能源系统和用户创造了能源经济与环境社会效益。
因此，集成式综合动力装置具有独特的整体综合匹配功能、机动灵活的运作方式和谐时性能、系统综合优化联网运行与良性发展机制，其中包括：
电热冷联产和产供储用综合优化的多用途能源服务，能适应不同的电/热/冷比的需求，有利于发展电力为中心电热冷联产为主导的社区型全能绿色能源系统，把电热冷能的输配损耗降低到最低限度，同时各类建筑物和社区电力系统同公用电网的互联网运行，利于从需求侧大幅度削减地区性电网的峰值负荷和变输配电的电能损耗，提高整个电力系统的经济安全可靠性，实现发供用电全过程的综合优化，促进以火电为主电网的改革开放，优化电网电源和输电结构，使之成为通向未来水电、核电、可再生能源发电和热电联产的多元化电力结构的桥梁；
综合转化利用常规与可再生及替代能源，即发动机与电动机复式动力源可互为切换；可实行燃料与动力资源的多样化，如可使用天然气、煤层气，来自煤炭的炼焦炉、发生炉、高炉煤气和水煤气、石油炼制的气体和液体燃料，生物质能源制取的沼气和热解气化燃气，热泵能大量利用大气环境、地下土壤、含水层、江河湖海水、地热能和工艺动力建筑废热等作为低温位热源，发电/电动机可利用常规电网电力和来自可再生能源发电装置的电力以及和它们联网运行，实行电力资源的优化配置和资源与效益共享；
发供峰电和应急电、蓄能削峰、用谷电和负荷转移；
具有灵活机动应变运作与综合优化谐时良性发展机制，利于借助现代电力电子信息技术，发展同地区性常规与可再生能源系统互联网运行，实施社会整体电热冷产供储用的综合优化配置，合理利用当地和外来能源资源，实行整个能源系统的资源与效益共享，促进传统能源向可持续变革；
集成式综合动力装置的布局机动应用灵活，其燃料动力来源可多样化，不受供能规模大小、用能种类和电热冷负荷密度的限制，能与各类建筑物、工业与民用社区和社会整体的发展规划协调同步，无需超前建议和投资，做到同步建设同时投入使用，在为终端用能提供投资省、污染小、耗能省、成本低的全能绿色服务的同时，能为社会整体能源系统提供全方位多用途的综合性能源服务，促进当地和外来能源资源的的优化配置、合理利用，实现从一次能源开发到终端用能全过程的能源和投资的最大利用价值。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图，其中：
1.燃料与空气供给装置
2.调速器
3.冷却循环泵
4.发动机
5.水/水换热器
6.溶液泵
7.烟气热回收器
8.消声器
9.补燃器
10.烟气水换热器
11.快速离合调速器
12.同步发电/电动机
13.泵
14.快速离合调速器
15.泵
16.泵
17.蒸发式冷却器
18.冷凝器
19.热泵压缩机
20.蓄热器
21.膨胀阀
22.泵
23.蒸发器
24.泵
25.蓄冷器
26.泵
27.环境热源装置
28.泵
A.发动机/热回收供热装置
B.发/供/用电装置
C.热泵/环境热利用/致蓄供冷热装置
DS.电网
LS.供冷网络
RS.供热网络
HS.低温位热源网络
下面通过实施例进一步详述：
由于集成式综合动力装置的整体结构、功能和运行与发展机制，是以终端能源需求和载能体电热冷结构的综合优化为导向，进行当地和外来能源的按质、洁净、高效、综合转化利用的，是靠能源转化和产供储用的综合谐时优化运作，保持能源转化利用全过程最佳化的，因此本装置的单机功率和供能规模之确定，无需沿袭大型化和规模经济发展模式，而主要考虑的是实施能源的综合高效谐时匹配转化利用，利于经营管理和减少冷热能的输配能耗与管网投资，故更宜采用规模适度和相对集中的总体综合能源系统，就目前现状和发展趋势，集成式综合动力装置原动机单台功率可在150KW～5万KW之间分档次，形成供冷供热量0.5MW～120MW、调峰应急发电功率0.135～40MW不同的电、热、冷能输出功率的产品系列，以适应各种类型用户不同供能规模之需要。
据机械电子部的《产品目录》，本装置所需的核心机械：柴油机发电机组已形成产品系列；热泵压缩机有螺杆式和离心式压缩机产品系列可供选用；就燃气发动机而言，国内有80～500KW天然气、沼气和低热值燃气内燃机发电机组，航天部可提供燃气热值大于1800Kcal/m3的功率为750～4000KW燃气轮机热电联供机组；其余部件如调速离合器、介质泵、热交换器、蓄冷和蓄热器、微机管理监控等设备，国内亦可按需要成套，但不排除引进和采用国外较大功率的发动机热电联产机组，高性能的超级热泵机组，单机供热功率达8万KW大型热泵机组、单机功率达2万KW的发动机热电联产机组和功率达5～10万KW的蒸气燃气联合循环热电联产机组等产品系列的必要性。以加快形成本装置的产品系列，提高其整体性能和竞争力。
为了说明应用集成式综合动力装置的技术经济可行性，附表1、2、3、4、5、6列举了集成式综合动力装置与现有不同能源转化利用技术方案的初投资、能耗、电耗和运行费用比较，其对比条件是：
1.能源服务的建筑面积均以10000m2计；
2.采暖热负荷0.5Gcal/h，空调冷负荷0.8Gcal/h，照明及其它用电力负荷共600KW，事故应急发电装机功率以总电力负荷的20％计；
3.供热设备冬季运行最大3960h，平均为2534h；制冷设备夏季最大运行3600h，平均1980h，电力年利用3000h，计入10％输配损耗，年采暧供热量为1408Gcal，生活年供热量800Gcal，空调年供冷量1760Gcal，集成式装置的设备折旧和大修费率取12％；
4.网电价0.6元/KWh，峰电0.8元/KWh谷电0.2元/KWh，柴油价2400元/吨，柴油发电机机组投资2000元/KW，电厂及电网投资4000元/KW，用户电力增容费1000元/KW，能源开采运输投资1000元/tce，其余均采用电力工业部东北电力设计院“电动式和热力式冷水机组的经济技术比较”的数据。
技术经济计算和对比结果表明，应用集成式综合动力装置与现有不同的电热冷能转化利用方案相比能取得如下成效：
1.能源工程初投资节省53～742万元/万m2，节约率9～58％，若计入能源开采运输投资，则总投资节省额为86～874万元/万m2，节约纺12～58％。
2.一次能源有效利用率可高达159％183％、259％节能量233～1316tce/万m2，节能率24～56％。
3.节电效果显著，可减少电力系统新增装机容量156～1656KW/万m2，节约电量36～413万KWh/万m2年，节省用户电费52～244万元/万m2年，其中用户发供峰电用低谷电和发自用电量之和97万KWh/万m2年，占用户总用电量263万KWh/万m2年的36.88％，相应获取峰谷电差价和自发电成本效益34万元/m2年，使总的电费节省率达50～80％。同时相应节省电力系统增容投资60～662万元/万m2年，节约发供电能源消耗165～1883tce/万m2年。
4.可降低电、热、冷能成本，节省电、热、冷能源系统运行费用，其值达94～171万元/万m2年，节省率46～61％。
5.节能24～56％，意味着相应削减了能源转化利用过程中污染物和温室气体的排放，说明集成式综合动力装置的应用，是当今既廉价又有效的环保措施。
不言而喻，集成式综合动力装置所具有的节电1/5～2/3，节能1/4～2/3，节约投资1/8～1/2，节约运行费用1/2～2/3和相应削减25～50％污染物和温室气体排放的卓越功效，势必成为推动这一高新技术产品发展的原动力，它同所在地区常规大型化电力系统、同各种商业化的热电联供机组、压缩式热泵机组和利用余热的吸收式冷温水机组的合理组合，将能因地制宜地构成不同类型的高效率、低成本和环境特性良好的总体综合能源系统，大大推动城镇能源环境现代化建设。据预测到1995年我国城镇建筑约80亿m2，若以年普及率5％计，则每年可推广应用4亿m2，经测算，每年能削减电力增容600～2160万KW，节约电、热、冷能源系统投资300～1000亿元，节约能源660～2440万tce，节约运行费用376～684亿元，因此，集成式综合动力装置具有重大的应用价值和广阔的发展前景。
随着二十世纪工业化普及与城市化的发展，现代社会终端用能的特点是电、热、冷能需求并存且日益普及和社会化；二十一世纪能源环境与经济社会可持续发展的战略，将对全球性节能和环保提出日趋严格的要求，传统价值观念的更新、技术进步、市场经济竞争和现代化管理运作机制正使现有的以直接燃烧利用化石能源为基础和电、热、冷能分产分供和大型区域性的单纯用于采暖供热的传统能源转化利用模式面临一系列难以克服的技术，经济和环境问题.为了高效清洁利用化石能源，经济有效地开发利用可再生能源，合理利用低温环境热和工艺动力余热，利于保护环境和自然生态，提高能源转化利用的经济和社会效益，本发明按照社会电、热、冷能需求并存及其产、供、储用的特点和规律，以能源供给与需求侧的综合优化为目标，发明了新一代集电、热、冷联产和产、供、储、用于一体按质、洁净、高郊、综合转化利用常规与可再生及替代能源的集成式综合动力装置，其特征在于有发动机和电力电动机两种动力源互为切换之功能，以便实行燃料与动力的多样化；具有发动机热电联产/补燃及热回收和热泵/环境热利用/致蓄放供冷热能功能，以利为电网调峰填谷负荷转移；电力电动机热泵/环境热利用/致蓄放冷热能功能，以用足低谷电力进行蓄能负荷转移，亦可同时提供电、热、冷全能服务并使其产、供、储、用负荷图形优化运作直至达到成本/效益比极限之独特功能；还可按发动机热泵/补燃及热回收/蓄放供热和供热调峰功能，电动机热泵/蓄放供热功能，发动机制冷兼供热回收发动机余热/蓄放供冷工况运转等八大运作功能。因此，它特别适用于有低温位环境热如空气、土壤、江湖河海水、地下水、地热能等，建筑排热如建筑通风、排水等和有工艺动力余热可供利用的工矿企业、城市中心区、高层建筑群、高新技术和经济贸易开发区及旅游区使用。预期集成式综合动力装置将成为实现城镇和现代化农村能源综合转化和电热冷能产供储用最佳化最为关键的技术装备，进而促进电、热、冷能产供储用综合优化为目标的总体综合绿色能源系统之发展。
应当说明，采用集成式综合动力装置解决某一建筑物和建筑群或小区和城乡电热冷能综合转化供给问题，要因地制宜，合理利用当地能源数据库资源，以电热冷能产供储用的综合优化为目标，借助计算机和软件辅助设计进行能源转化利用系统的规划和预测，实行社区和社会整体的综合能源规划与管理，优选动力中心站址，合理确定供能规模，载能体形态和结构及供能半径，以便为能源用户和社会整体提供卓有成效的能源服务，并且不应排除集成式综合动力装置和现有商业化电、热、冷转化利用技术装备优化组合和形成有机统一的总体综合能源转化利用系统的合理性，以期因地、因规模、因电热冷能产供储用的综合优化运作为宜，发展按质、洁净、高效、综合转化利用常规与可再生及替代能源以电力为中心的电热冷联产融城乡不同类型社区和社会整体于一体的总体综合优化全能绿色能源系统，促进现代文明社会的可持续发展。
        附表1电、热、冷分产分供一次能源利用率
序号  名称   一次能源利用率(平均值) 载能体及参数   备注
(1) 大型火电厂及电网供电     30％ 高质可控电能
(2) 柴油发电机组     38％ 高质可控电能
(3) 小型燃煤锅炉房供热     55％ 100℃以下热水
(4) 小型油气锅炉供热     75％ 100℃以下热水
(5) 大型集中锅炉房供热     70％ 100～130℃过热水
(6) 电力压缩式制冷站供冷     100％ 7～12℃冷水
(7) 电力压缩式热泵站供热     90％ 50℃左右热水
(8) 锅炉供热的吸收式制冷机     单效40％双效80％ 7～12℃冷水
(9) 直燃型冷温水机组     100％ 5℃以上冷水60℃热水
(10) 电锅炉供热     25％ 100℃以下热水
(11) 燃气内燃机发电机组     26～33％ 高质可控电能
(12) 小型燃机发电机组     24～32％ 高质可控电能
        附表2联供技术装备一次能源利用率
序号 名称 载能体及参数   一次能源利用率
(1) 燃煤热电站集中供热 130～150℃过热水     65％
(2) 柴油机热电联供机组 高质可控电能，热能150℃以下     83％
(3) 燃气内燃机热电联供机组 高质可控电能，热能150℃以下     80％
(4) 电力热泵冷热联供 7～12℃冷水        45℃热水     200％
(5) 柴油机热泵供热 50℃热水     170％
(6) 燃气机热泵供热 50℃热水     159％
(7) 柴油机热泵冷热联供 7～12℃冷水        50℃热水     250％
(8) 燃气内燃机热泵冷热联供 7～12℃冷水        50℃热水     225％
(9) 小型燃机热电联供机组 高质可控电能，1.3Mpa蒸汽     70～83％
              附表3初投资比较(以万元/万m2建筑面积)
方案 供冷 供热   应急调峰发电  电力增容   用户投资   电力系统投资   合计   初投资比
  1 压缩式冷水机组64 燃油锅炉35     200KW40  1000KW100 239     1200KW470 719 136
  2 直燃式冷温水机172 --     135KW14  675KW68 254     882KW329 583 110
  3 空气/水热泵机组296 --     240KW48  1200KW120 464     1320KW528 992 187
  4 双效吸收式制冷机130 燃油锅炉45     141KW14  705KW71 260     846KW338 598 113
  5 压缩式冷水机组64 电锅炉12     386KW77  1930KW194 346     2316KW927 1272 240
  6 集成式综合动力装置热泵63+蓄冷28 蓄热14微机监控22     250KW55  600KW60 242     720KW288 530 100
       附表4一次能耗、费用、成本比较
序号 名称  一次能源利用率(％) 能耗             费用    平均值电能(元/KWh)冷热(元/Gcal)    计算成本(电元/KWh)冷热(元/Gcal)   备注
  基荷   尖峰   低谷   全日
  1 使用网电   27％   0.455   0.6   0.8   0.2   12.20     0.51     0.51
  2 柴油发电机组   39％   0.315   0.51   0.51   0.51   12.40     0.51     0.75
  3 R22冷水机组   90％   159   228   304   76   4036     193     233
  4 烧油锅炉   81％   177   284   288   276   6772     282     311
  5 电锅炉   25％   569   750   1000   250   15250     635     661
  6 直燃冷温水机供冷供热 96％114％ 149125 261214 268210 247206 61845068 258211 320237
  7 空气/水热泵供冷供热 89％91％ 165156 218205 290274 7368 43984168 183174 374398
  8 蒸汽双效吸收制冷机 83％ 173 269 285 237 6280 262 420
  9 集成式综合动力装置：(1)热电联供电能热能 83％83％ 0.15172 -- 0.24278 -- 0.72834 0.24278 0.36278  目前热泵以K22、R134a为工质
(2)电热冷联供：电能冷热能 259％259％ 0.0555 0.0889 0.08- 0.227 2.761435 0.11568 0.06111
(3)冬季热泵供热   159％   90   145   -   44   2338     111     176
(4)夏季制冷兼供热 183％ 78 126 - 32 1988 95 153
注：(1)能耗：电(kg/kwh)、冷热(kg/Gcal)计，(2)费用：电(元/KWh)、冷热(元/Gcal)计。
           附表5电耗、能耗、投资和电费比较(以10000m2计)
编号 能源转化利用方案    电力负荷(KW)  年耗电(万KWh)  年能耗(tce)   用户增容投资[含应急机组](万元)   电力系统投资(万元)  年电费支出(万元)   容量/电量比  电费/电力系统能耗比 投资比
  1 电力制冷+锅炉+网电 1000 300 1365     200KW140     1200KW480     153   182/181     300/181     182
  2 直燃冷温水机+网电 675 202 920     135KW85     810KW324 103   123/122     202/122     123
  3 空气/水热泵+网电 1200 360 1638     240KW168     1440KW576 184   218/217     360/217     218
  4 双效吸收式制冷+网电 705 211 962     141KW99     846KW338 108   128/127     212/127     128
  5 电力制冷+电锅炉+网电 1930 579 2635     386KW270     2316KW926 295   350/349     578/349     350
  6 集成式综合动力装置(1)设定值(2)发供峰电0.15kgce/KWh(3)发自用电0.07kgce/KWh(4)用低谷电0.455kg/KWh综合优化运作指标 60022050220550 180212749166 81964104233755     250KW115250KW115     720KW288660KW264 92-9-15-1051 100/100 100/100 100
注：用户发高峰电附加值：21万KWh(0.8-0.36)＝9.24万
    用户发自用电附加值：27万KWh(0.51-0.14)＝9.99万  共计34.43万元
    用户用低谷电附加值：49万KWh(0.51-0.2)＝15.2万
          附表6总投资、总能耗和运行费用综合比较(以10000m2计)
 编号 能源转化利用方案               年运行费用(万元/年)        总能耗tce/年   总投资   能耗比   费用比   投资比
照明及其它用电  供热  供冷    合计   电     热   冷  合计
  1 R27冷水机组+锅炉+网电     600KW180万KWh92 69 42 203 819 391 280 1490 868 143 186 137
  2 直燃式冷温水机组+网电 92 64 60 216 819 276 277 1372 720 132 198 114
  3 空气/水热泵机组+网电 92 88 70 250 819 345 309 1470 1139 142 229 180
  4 双效吸收式制冷机+锅炉+网电 92 69 70 239 819 391 322 1532 751 148 220 118
  5 R22冷水机组+电锅炉+网电 92 146 42 280 819 1256 280 2355 1508 227 257 238
  6 集成式综合动力装置+网电(1)电热冷联供工况(2)冬季热泵供热夏季制冷兼供热(3)取平均值对比     550KW166KWh515151 254133 212925 97121109 755755755 121199160 102145124 97810991039 628640634 --100 --100 --100

Claims (1)

1.一种集成式综合动力装置，它包括有发动机(4)，同步发电/电动机(12)，热泵压缩机(19)，快速离合调速器(11)和(14)，电网DS，供冷网络LS，供热网络RS和低温位热源网络HS；由燃料与空气供给装置(1)、调速器(2)、烟气水换热器(10)、补燃器(9)、溶液泵(6)、烟气热回收器(7)、消声器(8)和冷却循环泵(3)、水/水换热器(5)组成的发动机/热回收供热装置A；同步发电/电动机(4)同电网DS组成的发/供/用电装置B；由膨胀阀(21)、蒸发器(23)、蓄冷器(25)、泵(24、26)、供冷网络LS和环境热源装置(27)、泵(28)、低温位热源网络HS及冷凝器(18)、蓄热器(25)、蒸发式冷却器(17)、泵(15、16、22)、供热网络RS组成的热泵/环境热利用/致蓄供冷热装置C；发动机(4)、同步发电机(12)和发动机/热回收供热装置A、发/供/用电装置B、电网DS组成的发动机热电联产机组；电动机(12)、热泵压缩机(19)和热泵/环境热利用/致蓄供冷热装置C、供冷网络LS、供热网络RS、低温位热源网络HS组成的电力热泵机组；发动机(4)、热泵压缩机(19)和热泵/环境热利用/致蓄供冷热装置C组成的发动机热泵机组之技术特征；其特征在于由发动机(4)、同步发电/电动机(12)、热泵压缩机(19)共一主轴，由快速离合调速器(11)和(14)联接为一体，再由发动机/热回收供热装置A、发/供/用电装置B、热泵/环境热利用/致蓄冷热装置C、电网DS、供冷网络LS、供热网络RS和低温位热源网络HS所组成；发动机/热回收供热装置A是由发动机(4)、冷却循环泵(3)、调速器(2)、燃料与空气供给装置(1)、水/水换热器(5)、烟气水换热器(10)、烟气热回收器(7)、消声器(8)、补燃器(9)和溶液泵(6)所组成；燃料与空气供给装置(1)经调速器(2)同发动机(4)连接，发动机(4)的冷却水通过循环泵(3)和水/水换热器(5)的进口连接，水/水换热器(5)的冷却水出口和发动机(4)连接，发动机(4)的排烟出口通过烟气水换热器(10)、补燃器(9)、带有溶液泵(6)的烟气热回收器(7)和消声器(8)连接，供热网络RS中的供热介质水通过泵(13)和水/水换热器(5)的入口连接，它的出口通过补燃器(9)、烟气热回收器(7)、烟气水换热器(10)同蓄热器(20)的入口和供热网络RS的入口相连接；发/供/用电装置B的同步发电/电动机(12)通过快速离合调速器(11)和发动机(4)的主轴连接，同步发电/电动机(12)的电能输出/输入端同发/供/配电装置B及电网DS相连接；热泵/环境热利用/致蓄供冷热装置C由热泵压缩机(19)、冷凝器(18)、蒸发式冷却器(17)、膨胀阀(21)、蒸发器(23)、蓄冷器(25)、蓄热器(20)和泵(13、15、22、24、26、28)所组成；热泵压缩机(19)通过快速离合调速器(14)和发电/电动机(12)的主轴连接，热泵压缩机(19)的工质入口和蒸发器(23)工质出口相连接，其出口同冷凝器(18)的工质入口相连，冷凝器(18)的工质的出口同膨胀阀(21)的入口相连，其出口同蒸发器(23)的工质入口相连；冷凝器(18)的介质出口同带有喷淋泵(16)的蒸发式冷却器(17)的介质入口相连，其出口和冷凝器(18)的介质入口连接，蓄热器(20)的出口通过泵(22)和供热网络RS的出口相连；供冷网络LS的出口通过泵(26、24)和蒸发器(23)的介质入口连接，蒸发器(23)的介质出口同蓄冷器(25)的入口、环境热源装置(27)的出口、供冷网络LS的入口相连；低温位热源网络HS的出口通过泵(28)和环境热源装置(27)的入口相连，环境热源装置(27)的出口和热源网络HS的入口连接，同时和供冷网络LS的入口连接。
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