燃气轮机是以气体(或燃油)作为工作介质，将燃料燃烧时释放出来的热量转变为有用功的一种动力机械(或称热力机械)。
燃气轮机作为一种高技术含量的发电设备的优点是：可使用多种燃料，具有高效率、低能耗、无环境污染、投资省、占地少、启动快、用水极少、电力高峰性能优越、自动化程度高、建设周期短、环境污染小等。国外某些典型的燃气轮机发电机组供电效率已达40%左右，见表28-2-1。
有关资料表明，国外发达国家新增电站中，60%～70%为燃气轮机电站。如美国在1980～1987年间建成了1728座热电厂，其中73%是天然气燃气轮机热电厂。以燃用天然气的燃气轮机为驱动动力的BCHP冷热电联产应用方式分别介绍如下：
某些典型的燃气轮机发电机组的技术参数 表28-2-1
1.常规应用方式之一
这是一种“以电定热”的常规余热应用方式，即“燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组”应用方式。其工作流程框图如图28-2-1所示。
图28-2-1 燃气轮机冷热电联产系统常规应用方式之一
系统工作过程：天然气进入燃气轮机做功，带动发电机组发电;经燃气轮机做功后排出的高品位余热进入余热锅炉(燃气轮机的排气温度一般为500～600℃)。经余热锅炉产生蒸汽并驱动吸收式冷水机，夏季供冷;另一部分锅炉蒸汽通过汽一水热交换器供应全年生活热水。冬季供热水由天然气热水锅炉供应。
其应用特点：
① 燃气轮机发电，可作为楼宇夏季电力供应的高峰负荷，补足电力的短缺。
② 燃气轮机废气用于蒸汽型双效吸收式冷水机的夏季供冷，起着电力削峰作用，且燃气轮机余热可充分利用;缺点是吸收式冷水机在冬季停用，全年设备利用率不高。
③ 冬季供暖热水按常规的天然气热水锅炉单独供应，无废(余)热利用，因而热水锅炉容量大，热负荷负担重，设备投资较大。
④ 由于采取“以电定热”的设计原则，因而针对具体楼字(或区域)的冷热电联产系统，根据全年冷、热、电负荷变化，确定冷、热、电设备的热电化，是该项目设计和实施的关键。
⑤ 采用天然气为燃料的燃气轮机单循环发电，其发电效率尽管可高达35% 以上(单机容量300MW以上时)，但在楼字(或区域)冷热电联产系统，采用的是小型和微型燃气轮机(单机容量在10kW～10MW之间或以下)设备，其单循环发电效率仅18%～32%。若采用冷热电联产系统后，由于对小型燃气轮机高温(500～600℃)余热的利用，其系统综合供热效率可达80%～85%以上;若采用天然气为燃料的燃气轮机—蒸汽轮机联合循环装置，其发电效率已可达55%～60%以上。
由于该系统(图28-2-1)采用清洁和高热值燃料一天然气;发电设备体积重量小而轻便;启动迅速;系统的自动控制容易实现;废气和噪声公害小;且一次性设备投资较少，具有见效快(建设周期短)等诸多优点，在城市中心区域作为大楼自备电与小规模冷暖供应的装置，还是很有前景的。例如日本东京芝浦区东京燃气公司高层建筑内设置了2台1000kW的燃气轮机发电机组，作为该大楼的自备电;同时把余热锅炉产的蒸汽用来作为DHC系统的热源，向周围(及自身)大楼供暖和供应热水;并安装了2台溴化锂吸收式冷水机，装机容量共6000RT(约17MW)，利用该蒸汽生产冷水，由DHC系统向各用户供冷。
2.常规利用方式之二
这是一种“燃气轮机+天然气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组”应用方式。其工作流程框图如图28-2-2所示。
图28-2-2 燃气轮机冷热电联产系统常规应用方式之二
系统工作过程：天然气进入燃气轮机做功，带动发电机组发电;经燃气轮机做功后排出的高品位余热(>250℃)主要部分代替常温空气进入直燃机预热高压发生器的吸收剂溶液使天然气燃料用量大幅度降低;燃气轮机排出的多余烟气(或称尾气)，通过气一水热交换器，向建筑楼宇提供生活热水，不足时由直燃机提供。直燃机夏供冷、冬供暖并可兼供生活热水，其驱动能源为天然气和部分燃气轮机排出的余热(尾气)。
其应用特点：
① 燃气轮机发电，在楼宇夏季电力供应高峰负荷时补足电力短缺。
② 直燃机夏供冷，有电力削峰作用;又能冬供暖，因而设备利用率高。缺点是直燃机仅能部分采用燃气轮机排出的余热，因而综合热效率不高。
③ 仍然存在采用小型或微型燃气轮机单循环发电装置时，其发电效率不高的缺点。冬季电力需求减少，燃气轮机出力不足，余热量减少，发电效率更要降低，一次能源利用率相对更低。在冬季供暖高峰时(尤其是对于黄河以北的广大北方城市)，为保持燃气轮机发电的满负荷运行，应考虑“以电补热”的季节措施。此时若采用电动式压缩式热泵机组供暖，比采用直接电热供暖，其能效利用更为合理。
3. “燃气轮机+天然气型直燃机+电动压缩式热泵”应用方式
显然这种应用方式是较上述“常规应用方式之二”一种更完善方式。其工作流程框图如图28-2-3所示。
图28-2-3 “燃气轮机+天然气型直燃机+电动压缩式热泵”的冷热电联产系统
系统工作过程：天然气进入燃气轮机做功，带动发电机发电，电力主要用于驱动电动压缩式(活塞式或螺杆式)热泵机组，部分电力用于该大楼的动力及照明。直燃机和余热锅炉采用燃气轮机排出的高温烟气，进入直燃机的高温烟气用于吸收剂溶液进入高压发生器之前的预热，以减少天然气燃料耗量，承担夏季供冷和冬季供暖;余热锅炉内高压蒸汽经汽一水热交换器后供应生活热水。
其应用特点：
① 采用大楼自身燃气轮机发电电力，用于电动压缩式热泵的夏季供冷，只对直燃机夏季承担的主要负荷是一种补充;但如果处于冬季供暖时，利用电动压缩式供暖，可以起着“以电补热”，而保持燃气轮机发电基本负荷不变，在较高发电效率下运行的优势，其供暖又是直燃机在冬季供暖量的一种补充，且可增可减，调节方便灵活。电动压缩式热泵在供暖时，即使采用水源热泵供暖(利用地下水热源)，其能效系数COP也可达到3.0～4.0，冬季平均供暖COP可近2.5，也较直接电热供暖合理得多。
② 电动压缩式热泵(也包括其他吸收式热泵等)还可以吸收燃气轮机发电时排放的高温烟气中的显热及天然气燃烧过程中产生的水蒸气中的潜热，由于采用热泵使系统综合热效率提高，故冬季可减少可观比例的天然气耗量。
③ 其他应用特点与前述的“常规利用方式之二”相同。
4.“燃气轮机+燃气轮机驱动离心式冷水机+蒸汽型溴化锂吸收式冷水机”应用方式
这是一种采用燃气轮机双机并联动力驱动的应用方式。其工作流程框图如图28-2-4所示。
系统工作过程：这种燃气轮机双机并联的动力系统中，一台燃气轮机发电，承担大楼主电力负荷;另一台燃气轮机直接驱动离心式冷水机供冷。两台燃气轮机排出的高温烟气，均进入余热锅炉加热水产生蒸汽，其中一部分蒸汽用于驱动蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机供冷;另一部分蒸汽经热交换器后，供暖和供应热水。
图28-2-4 “燃气轮机+燃气轮机驱动离心式冷水机+吸收式冷水机”的冷热电联产系统
其应用特点：
① 该应用方式采用一台燃气轮机直接驱动一台离心式冷水机供冷，其能效比很高。由于离心式冷水机的性能系数COP可达5.0以上，若该燃气轮机热效率等于32%，则可得燃气轮机直接驱动离心式冷水机供冷时的单机一次能效率(系数)PCOPc=1.6。
② 两台燃气轮机做功后排出的高温余热全部用于加热一台余热锅炉，余热得以充分利用。
夏季通过吸收式冷水机供冷;冬季靠余热锅炉承担主要的供暖负荷和热水供应。从能源的有效利用角度看，该应用方式的组合系统是很合理的，但必须在设计时选择合理高效的热电比，这是至关重要的。
③ 离心式和吸收式的冷水机，仅能夏季有限时数内运行，冬季处于停机状态，而且系统中驱动离心式冷水机的燃气轮机2也处于停机状态，缺点之一是设备利用率不高;二是冬季供暖时，仅利用一台燃气轮机排出的余热，因而有可能出现供暖热量不足的情况。而冬季多余的电力只能用于直接电热供暖，能源的利用率很低。
对于长江流域及以南地区的城市，夏季供冷需求比冬季供暖需求更加突出，在设计中确定比较合理的电热比后，尚有可能选择上述应用方式。
原标题：【科普】燃气轮机冷热电联产系统
