冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在浙江省的發(fā)展前景淺析

摘 要

1 引言 近年來，天然氣產業(yè)在浙江省處于快速發(fā)展時期，西一氣、東海氣和川氣已作為長輸管道氣源陸續(xù)供應了我省北部地區(qū)各大中型城市，2009年全省天然氣耗氣量約20億m3，在省能源
1 引言
    近年來，天然氣產業(yè)在浙江省處于快速發(fā)展時期，西一氣、東海氣和川氣已作為長輸管道氣源陸續(xù)供應了我省北部地區(qū)各大中型城市，2009年全省天然氣耗氣量約20億m3，在省能源消費結構中的比例約1.36%。總的來看，天然氣替代部分燃煤、燃油所體現(xiàn)出來的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益已獲認可，符合各城市社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境保護的協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展導向。根據(jù)氣源進入計劃，浙江將陸續(xù)引入西二氣、進口LNG等多種天然氣資源，資源供應規(guī)模將大大增加，如何對寶貴的天然氣資源進行合理有效的利用是各地市政府及企業(yè)最為關心的問題。
   冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)(Combined Cooling Heating and Power，CCHP)是一種建立在能量梯級利用概念基礎上，以天然氣為一次能源，產生熱、電、冷的聯(lián)產聯(lián)供系統(tǒng)。它利用小型燃氣輪機、燃氣內燃機、微燃機等設備將天然氣燃燒后獲得的高溫煙氣首先用于發(fā)電，然后利用余熱在冬季供暖，在夏季通過驅動吸收式制冷機供冷，同時還可利用排氣熱量提供生活熱水。系統(tǒng)不僅提高了能源綜合利用效率(在80%以上)，而且減少了碳化物和有害氣體的排放，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。本文根據(jù)國內外CCHP系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)驗，結合浙江省實際條件，初步分析在我省發(fā)展CCHP系統(tǒng)的前景和相關問題，以供參考。
2 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在國內外的發(fā)展情況
CCHP在國外的發(fā)展始于20世紀70年代的能源危機，最早出現(xiàn)在美國。美國能源部1978年就開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產，在美國能源部的倡導和天然氣、電力和暖通空調等工業(yè)部門的制造業(yè)的參與下，美國提出了眾所周知的“CCHP2020年綱領”，宣稱到2020年，美國將使CCHP成為商用和寫字樓類建筑高效使用礦物能源的典范，并通過對能源系統(tǒng)的整合，極大地推動經(jīng)濟的增長和居民生活質量的提高，最大限度地降低污染物的排放量[1]。
    在歐洲及亞洲，CCHP的發(fā)展也日益受到重視，特別是從20世紀80年代后，發(fā)展比較迅速。英國的Bowman公司現(xiàn)在已成為微型燃機著名的生產商，英國在曼徹斯特機場還成功建立了CCHP項目。曼徹斯特機場是世界上最大的20個機場之一，實行天然氣冷熱電三聯(lián)產后，年總產值約180萬英鎊(含吸收式制冷每年可節(jié)電價值5萬英鎊)，每年可減少C02排放量50000t，SO2排放量1000t，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益十分顯著。日本政府早在上世紀60年代末即大力推動燃氣空調發(fā)展，燃氣空調占據(jù)了中央空調市場的85%以上。隨著技術的開發(fā)和政策方面的鼓勵，日本天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的數(shù)量從1989年開始迅速增長。到1997年3月末，日本天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)已累計達820座、共142萬kW(蒸氣輪機包括在內)，其中民用520座、30萬kW，工業(yè)(300座)112萬kW(蒸氣輪機包括在內)。韓國此后也推動了燃氣空調的發(fā)展，其燃氣空調國內占有率甚至比日本還高，這些都為發(fā)展CCHP打下了有利基礎。同時，越來越多的國家認識到CCHP系統(tǒng)的意義，從政策和稅收等方面大力促成CCHP項目的實施，例如意大利、泰國用減免20%～40%燃料費的辦法鼓勵建筑物應用CCHP系統(tǒng)[1]。
    雖然熱電聯(lián)產在我國已經(jīng)廣泛應用，但是CCHP系統(tǒng)的應用尚處于起步階段，而且主要集中在上海、北京等地。在相關政府部門和專業(yè)公司的推動下，國內已經(jīng)建成了幾個三聯(lián)供項目，其中影響較大的有北京燃氣集團指揮調度中心，浦東國際機場等三聯(lián)供系統(tǒng)。根據(jù)浦東機場項目的經(jīng)濟性分析，在三聯(lián)供系統(tǒng)合理配置，運行時間足夠的情況下，每年可以為用戶節(jié)省大量的運行費用。
3 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)簡介
    冷熱電三聯(lián)供中的冷熱聯(lián)供系統(tǒng)主要由熱源、一級管網(wǎng)、冷暖站、二級管網(wǎng)和用戶設備組成(如圖1)。夏季吸收式制冷機利用汽輪機的抽汽產生冷水供空調用戶使用，供回水的溫度為7℃～12℃，供回水的溫差為5℃；冬季板式換熱器利用抽汽加熱水，產生60℃的熱水供用戶取暖，回水溫度為50℃，供回水溫差10%。當然如吸收式制冷機組為熱泵型，冬季也可利用制冷機產生的熱水供暖，系統(tǒng)同時也可滿足用戶的用汽需要。
    冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)的模式有許多種，這主要取決于當?shù)氐哪茉葱枨蠼Y構。無論哪種模式都包括動力設備、發(fā)電機、制冷系統(tǒng)及余熱回收裝置(供熱)等主要裝置。動力設備主要有燃氣輪機、內燃機、微燃機及燃料電池等，制冷裝置可選擇壓縮式、吸收式或其它熱驅動制冷方式，主要采用溴化鋰吸收式制冷機，又包括單效、雙效、直燃機等。總的來說，冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)有以下幾種典型模式[2][3]：①直燃型(煙氣型、余熱型)冷熱電三聯(lián)供。如燃氣輪機+余熱型溴化鋰冷熱水機組系統(tǒng)，燃氣輪機+排氣再燃型溴化鋰冷熱水機組系統(tǒng)，以及燃氣輪機+雙能源雙效直燃式溴化鋰吸收式冷熱水機組系統(tǒng)等；②燃氣-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)。即燃氣輪機+余熱鍋爐+汽輪發(fā)電機+蒸汽型吸收式制冷機系統(tǒng)；③內燃機前置循環(huán)余熱利用模式。
4 浙江省發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的可行性和必要性
4.1 浙江省發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的可行性
    從氣源角度看，根據(jù)浙江省天然氣氣源引入計劃，除在用的“西一氣”、“東海氣”和“川氣”外，未來將接納“西二氣”、“溫東氣”以及進口液化天然氣等多種天然氣氣源，至2020年，省計劃引入天然氣資源總量約185億m3。與此同時，省高壓環(huán)網(wǎng)以及各地市天然氣輸配氣管網(wǎng)也正在大力建設與完善之中，可以給冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)提供穩(wěn)定的氣源供應。
    從技術角度看，發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是合理利用有限的天然氣資源的有效方法，有利于節(jié)能減排。在國外冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)已應用了二十多年，經(jīng)過多年的技術改進，已形成了規(guī)范的技術體系，設備制造技術也已成熟。不論是發(fā)電機組部分還是余熱回收機組部分在國內外都有商品供應。另外，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)技術、建設和運用管理經(jīng)驗已被國內的專業(yè)公司所掌握。上海浦東機場和北京燃氣大樓等項目的成功已為三聯(lián)供項目的建設和管理培養(yǎng)了技術隊伍，積累了豐富的經(jīng)驗，國內的一些專業(yè)公司已具備了獨立完成項目的策劃、設計、建設、調試和運營管理的能力。
   從外部環(huán)境上看，浙江省位于我國東部沿海，雖不屬于集中供暖范嗣，但隨著人們生活水平的提高以及近年來極端天氣的頻繁出現(xiàn)，冬季低溫天氣持續(xù)較長，不少居民已經(jīng)自己裝上了采暖設施，區(qū)域供暖將是浙江省未來的發(fā)展趨勢，另外浙江省全年的制冷期較長，因此發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是可行的；而且浙江省屬于全國經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)，人才聚集，對于分布式能源這樣初投資較大，又需要有高素質維護人員的系統(tǒng)，無疑是適合的。
   從現(xiàn)狀來看，浙江省經(jīng)過30年的改革開放，無論國營資本還是民營資本，均具有較強大的實力。省電負荷特別峰谷差較集中的地方主要在杭州、溫州、寧波等地，這些地區(qū)最大能耗為建筑空調。工業(yè)用能主要為離散制造業(yè)，如電子、家電、制衣、制鞋、玩具等，這些企業(yè)都是建設分布式能源站極有前景的用戶，也具有一定的經(jīng)濟實力和價格承受能力。由此，熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展在浙江已具備了良好的氣源、技術和經(jīng)濟條件，是可行的，它也是緩解現(xiàn)狀能源消費對城市生態(tài)環(huán)境的污染，促進社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
4.2 浙江省發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的必要性
4.2.1緩解電力緊張和“削峰填谷”的需要
    由于浙江省經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源的需求量也迅速增加，特別是電力的需求量近年來呈現(xiàn)兩位數(shù)的增長，2008年全省電力消費量達2322.87億kWh，是1999年全省電力消費量230.29億kWh的10倍。由于前幾年電力建設項目的禁批，電力生產跟不上經(jīng)濟發(fā)展的步伐，電力的短缺成為經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。如何解決電力緊張的問題，已是浙江省經(jīng)濟發(fā)展迫在眉睫的問題。浙江省電力緊張和峰谷差大的主要原因同國內許多大城市一樣，均為夏季空調制冷用電力負荷的持續(xù)增長所致，據(jù)統(tǒng)計，2003年杭州夏季電力最高負荷中，空調負荷約占45%，可以說浙江電力的巨大壓力主要來自空調用電。同時，城市燃氣負荷特性又正好與電力的情況相反，夏季的燃氣需求量約為冬季的60%。燃氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的推廣可以充分利用電力和燃氣的錯峰錯谷特性，因此，發(fā)展冷熱電三聯(lián)供等分布式能源是緩解電力緊張和解決電力、燃氣峰谷不平衡的最有效方法。
4.2.2改善能源消費結構的需要
    改善能源消費結構，需要大力推廣天然氣的利用。如何對寶貴的天然氣資源進行合理有效的利用才能帶來更大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益是各地市政府及企業(yè)最為關心的問題。各國發(fā)展天然氣的經(jīng)驗告訴我們，采用天然氣的冷熱電聯(lián)供，是解決這個問題直接有效的方法，也是未來天然氣應用發(fā)展的一個主要分支。以上海為例，作為一個國際性的大都市，上海已通過了相關的法規(guī)條例，決定今后不再新建燃煤電廠，控制煤炭消費總量，以西氣東輸為依托，加速建設天然氣電廠，建設重點工業(yè)區(qū)的熱電聯(lián)產項目。所以，浙江省應重視天然氣的推廣建設，改善能源環(huán)境，實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。
4.2.3節(jié)能的需要
    近年來，浙江省能源消費量增加較快。2009年全省一次能源總消費量達1.78億t標準煤。建筑能耗占一次能源消耗量的11%以上，其中60%用于空調。從節(jié)能的角度來看，熱電聯(lián)產是唯一被公認能大規(guī)模節(jié)約能源的技術，但其實施的先決條件是有熱負荷。冷熱電聯(lián)產的實施增加了絕熱機組夏季的熱負荷，為在長江中下游地區(qū)實施熱電聯(lián)產提供了有利條件。
4.2.4環(huán)境保護的需要
    近年來，浙江省經(jīng)濟快速增長，各項建設取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價，經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，浙江省應對規(guī)劃、擬建甚至在建中的公共建筑、建筑群的能源供應進行控制，在有條件的地市推廣應用CCHP系統(tǒng)，不允許新建燃煤鍋爐房，為浙江省的“碧海藍天”創(chuàng)造條件。
5 浙江省推廣冷熱電三聯(lián)供需要注意的問題
5.1 協(xié)調落實氣源和氣價
    充足的天然氣供應是冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提，各地市燃氣公司應能保證對冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的燃氣供應。天然氣價格始終是影響冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)經(jīng)濟效益的敏感因素，也是決定其能否順利推廣的關鍵因素之一。美國為了鼓勵冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，制定了相應的優(yōu)惠價格體系。因此，為保障項目合理的投資回報率，增強投資者的積極性，浙江省應對冷熱電聯(lián)供項目實行優(yōu)惠的燃氣價格。但燃氣公司單方面的努力是有限度的，政府也可以通過實行氣價補貼和稅收減免等形式來間接扶持冷熱電聯(lián)供的發(fā)展。
5.2 協(xié)調有關電力部門做好上網(wǎng)工作
    目前分布式能源在中國發(fā)展遇到的阻力主要來自電力企業(yè)，電力部門的并網(wǎng)標準限制了分布式冷熱電聯(lián)供參與競爭，導致電力上網(wǎng)困難。我們應該看到，分布式能源站對于平衡電力峰谷差，保障電網(wǎng)安全能起到的積極作用。實際上，對電力部門來說，分布式冷熱電聯(lián)供是在不增加建設資金前提下增加了發(fā)電容量，增強了電網(wǎng)調峰能力。而且分布式能源從全局上節(jié)省了電網(wǎng)公司投資建設電網(wǎng)和整個電站的建設費用，在特定的局部減少了電力公司供電負荷，所以，電力公司對冷熱電聯(lián)供應該平等對待甚至優(yōu)待，為其發(fā)展提供盡可能的支持，達到無論在近期或長遠都互利的結果。至于上網(wǎng)電價的問題，建議由政府考慮提供免稅、補貼等電價扶持。
5.3 政府的引導職能
    天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展需要國家政策法規(guī)的保護。國外的發(fā)展經(jīng)驗證明，必須對分布式能源的發(fā)展給予一定的政策和資金扶持，才能保證其健康地發(fā)展。為使分布式能源能夠按照市場機制來運作，政府一是提供支持條件和投資環(huán)境，制定相應的政策法規(guī)；其次是對它的發(fā)展做出宏觀的規(guī)劃和調控，實施必要的資金扶持。
5.4 技術問題
    經(jīng)過多年發(fā)展，發(fā)電機已發(fā)展成為成熟的技術，鍋爐也發(fā)展為成熟的技術，但要實現(xiàn)高效的能源利用和各個設備的無縫對接，就必須有一套成熟的智能控制技術把發(fā)電機、鍋爐等設備有機地協(xié)調起來，這就是三聯(lián)產智能控制系統(tǒng)軟件，由于三聯(lián)產屬于高新技術，在國內還沒有成套的成功的技術研發(fā)出來。研發(fā)三聯(lián)產控制系統(tǒng)軟件要求的專業(yè)素質比較高，必須由精通發(fā)電機控制專業(yè)、鍋爐控制專業(yè)的專業(yè)高校、研究院和公司聯(lián)合完成。高技術的前期研發(fā)需要巨大的資金投入，政府要提供一定科研經(jīng)費和資金進行前期研發(fā)，同時引進國外先進技術，加以消化吸收利用，走國產化道路。
6 結論和建議
    (1) 以天然氣為能源的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，實現(xiàn)了對能量的梯級利用，是節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟的用能方式，有利于環(huán)境保護和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。浙江省已具有推廣應用CCHP系統(tǒng)的基本條件，積極推廣應用CCHP系統(tǒng)既是必要的、也是難得的機遇。
    (2) 為鼓勵發(fā)展天然氣冷熱電三聯(lián)供，政府部門應給予政策鼓勵支持，如電力并網(wǎng)，收購多余電力，環(huán)境效益補貼等，給分布式能源創(chuàng)造一個有利的發(fā)展環(huán)境。在電力上網(wǎng)條件下，應“以熱定電”對余熱進行充分的利用，提高冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的綜合利用效率，達到良好的經(jīng)濟效益，提高冷熱電聯(lián)供市場競爭力。
    (3) 建議浙江省對積極推廣應用CCHP技術盡早出臺相關法規(guī)、政策，營造一個既有法可依、又寬松靈活的投資建設環(huán)境，盡快制定浙江省發(fā)展CCHP系統(tǒng)和分布式能源系統(tǒng)的規(guī)劃，確定必要的示范項目，將積極推廣應用CCHP系統(tǒng)落到實處，為實現(xiàn)緩解浙江省電力供應緊張、峰谷差大和燃氣平衡供作出貢獻。
參考文獻
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(本文作者：金富根 杭州市熱力有限公司 330007)