摘要：分析了天然氣三聯(lián)供方式的主要技術(shù)特征、介紹了國(guó)外的應(yīng)用情況同時(shí)對(duì)應(yīng)用情況的綜合效率進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
關(guān)鍵詞：天然氣；冷熱電三聯(lián)供；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
Simple Analysis of Combined Cooling，Heating and Power of Natural Gas
Wang ge，Zhang haisheng
(Foshan Gas Corporation，F(xiàn)oshan 528000，CHina) Abstract: The primary technique characteristics of CCHP of natural gas are analyzed and the applications of overseas are introduced.The sythesis efficiency of CCHP is discussed in the aspects of technology and economy.
Key words: natural gas;CCHP；analysis in the aspects of technology and economy.
0、引言
天然氣冷熱電三聯(lián)供，又稱CCHP(Combined Cooling ，Heating & Power)，它主要是利用十分先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)燃燒潔凈的天然氣進(jìn)行發(fā)電，對(duì)發(fā)電做功后的余熱進(jìn)一步進(jìn)行回收，用來(lái)制冷、供暖和供應(yīng)生活熱水。這是一種高效節(jié)能環(huán)保的新型能源利用方案，在歐美已有約十年的發(fā)展時(shí)期，并方興未艾，被確認(rèn)是能源將來(lái)的發(fā)展方向。
冷熱電三聯(lián)供主要由兩部分組成——發(fā)電系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)，發(fā)電部分以燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或微燃機(jī)為主，近年來(lái)還發(fā)展有外燃機(jī)和燃料電池。余熱回收部分包括余熱鍋爐和余熱直燃機(jī)等。
小型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中的燃?xì)廨啓C(jī)或其他發(fā)電裝置燃燒天然氣做功，首先是將其中約35%的能量轉(zhuǎn)化為電能，這部分自發(fā)電和市電同時(shí)向自身用戶供電；其余大部分能量是在煙氣余熱和缸套水介質(zhì)中，這些熱量被余熱系統(tǒng)回收用來(lái)產(chǎn)生所需冷和熱。
系統(tǒng)可由高度智能化的控制系統(tǒng)集中控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組和余熱回收系統(tǒng)的連鎖運(yùn)行，對(duì)不同的冷熱電負(fù)荷情況下按不同的運(yùn)行方式運(yùn)行，同時(shí)還可接入樓棟控制系統(tǒng)；也可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，通過(guò)電話線與遠(yuǎn)程控制站相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
1、國(guó)外應(yīng)用情況介紹
美國(guó)是全球發(fā)展新型能源系統(tǒng)的先鋒，1978年開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)，目前除了繼續(xù)堅(jiān)持發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)之外，正在走向高效利用能源的小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)。美國(guó)能源部已經(jīng)提出了小型冷熱電聯(lián)供規(guī)劃。根據(jù)這項(xiàng)規(guī)劃，2005年要建立200個(gè)示范點(diǎn)；2010年20%的新建商用、寫字樓類建筑物使用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)；2020年50%新建商用、寫字樓建筑采用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)。
三聯(lián)供系統(tǒng)主要應(yīng)用在醫(yī)院、超級(jí)市場(chǎng)、辦公大樓、機(jī)場(chǎng)、體育中心、酒店等場(chǎng)所。
目前冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要的燃燒動(dòng)力裝置以燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)為主。燃?xì)廨啓C(jī)在裝機(jī)容量為30～100KW的機(jī)組型號(hào)和市場(chǎng)方面占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)； 100KW～1MW的市場(chǎng)方面，以燃?xì)廨啓C(jī)為主，燃?xì)鉁u輪機(jī)占較小比例；1MW～5MW方面，燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鉁u輪機(jī)各占一半的比例；裝機(jī)容量超過(guò)5MW的機(jī)組，以燃?xì)鉁u輪機(jī)為主。
2、技術(shù)特征與效益分析
⑴ 綜合效率高
一般普通的火力發(fā)電系統(tǒng)，輸入熱量按100%計(jì)算，扣除送電損失約2%、未利用的排熱約60%、其發(fā)電效率約38%。而對(duì)清潔能源天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，同樣輸入熱量按100%，發(fā)電占25%～40%，排熱利用占40%～50%，如果把用電和用熱分配好，綜合效率可以達(dá)到70%～80%，而沒(méi)利用的排放熱僅為20%～30%。因此，天然氣冷電熱聯(lián)供系統(tǒng)由于增加了排放余熱的利用，其綜合效率比普通的火力發(fā)電系統(tǒng)高約30%～40%。
⑵ 節(jié)省能源
天然氣燃燒可得到1500℃的高溫能源，將這部分能源由高到低進(jìn)行多階段的利用，可以把制冷、采暖、電力和衛(wèi)生熱水等優(yōu)化整合為一個(gè)新的、統(tǒng)一的能源系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不同形式、不同能量的梯級(jí)利用，以獲得整個(gè)系統(tǒng)最佳能量綜合利用效果。
⑶ 有利于環(huán)保
天然氣是一種清潔、優(yōu)質(zhì)的能源，特別在環(huán)境方面，不會(huì)產(chǎn)生造成酸雨的SOx和灰塵等，和其他化石燃料相比，產(chǎn)生CO2和NOx的量也少。采用天然氣三聯(lián)供的環(huán)保效益是非常明顯的。
⑷ 有利于電力負(fù)荷的調(diào)峰
天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可作為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的補(bǔ)充調(diào)峰，更好地保證電力供應(yīng)。在用電高峰時(shí)，能使電力負(fù)荷平均化。夏季城市大量使用電力空調(diào)時(shí)，電力負(fù)荷會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)負(fù)荷高峰，同時(shí)夏季也是用氣的低谷時(shí)期，有富余的供氣能力。通過(guò)利用天然氣冷熱電聯(lián)供可在滿足高峰用電的同時(shí)，還可以利用排放余熱來(lái)制冷，也可減少電力調(diào)峰裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用，用電負(fù)荷得以改善，更好更充分地發(fā)揮天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的功能。
⑸ 經(jīng)濟(jì)性較好
配備有冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的單位，可以減少對(duì)電網(wǎng)電力的使用量。雖然天然氣費(fèi)隨著天然氣用于發(fā)電的需求量的增加而增加，但由于排放余熱的利用使其他熱源設(shè)備減少，整體來(lái)說(shuō)能源費(fèi)用大大降低。
另外冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)雖然比原來(lái)系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用增加了，但可減少變電設(shè)備，并可兼作應(yīng)急用發(fā)電設(shè)備，也減少了自備應(yīng)急用電設(shè)備的費(fèi)用。
⑹ 增強(qiáng)了能源供給的可靠性
冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在保證商業(yè)電力電源的同時(shí)，也可保證供冷供熱設(shè)備的多渠道，并且天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可作為防災(zāi)設(shè)施使用。對(duì)原來(lái)的用電系統(tǒng)，需配備應(yīng)急發(fā)電機(jī)。而天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備便可作為電力公司供電的應(yīng)急發(fā)電機(jī)。在供熱方面，天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的排放余熱利用可作為供熱熱源，增加了供給的可靠性。
在看到冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也不可忽略它本身不可避免的缺點(diǎn)：一是燃料的限制，只能使用天然氣或輕質(zhì)油品，費(fèi)用受市場(chǎng)影響；二是冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)規(guī)模小，只能滿足小區(qū)域用戶的需要，同時(shí)又不如家庭用戶用電那么方便。
3、國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況
近幾年，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)能源研究會(huì)、中國(guó)能源網(wǎng)等都紛紛發(fā)出倡議，倡導(dǎo)利用天然氣發(fā)展小型冷熱電聯(lián)供?，F(xiàn)在，這種小型的燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)出現(xiàn)了，如上海黃埔區(qū)中心醫(yī)院、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、北京燃?xì)饧瘓F(tuán)大樓等都建立了這種系統(tǒng)。與此同時(shí)，為了緩解現(xiàn)今電力緊張的局面，廣東省也決定將天然氣發(fā)電同分布式能源站冷熱電聯(lián)供相結(jié)合，在廣州大學(xué)城建設(shè)廣東省首個(gè)分布式能源站。
4、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析
采用燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的建設(shè)投資費(fèi)用大于單獨(dú)購(gòu)買電空調(diào)、單獨(dú)購(gòu)買電集中供熱蒸汽空調(diào)或單獨(dú)購(gòu)買直燃機(jī)等進(jìn)行供熱、制冷的技術(shù)解決方案的費(fèi)用；但它的優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)行起來(lái)的經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于其他方式。經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，新增的投資費(fèi)用主要發(fā)生在聯(lián)產(chǎn)后集中制冷設(shè)備投資、燃?xì)廨啓C(jī)投資等方面。但是采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)方式以后，項(xiàng)目可在自發(fā)電費(fèi)用中節(jié)支；制冷、供熱節(jié)支等方面取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。整個(gè)工程項(xiàng)目即使不采用燃?xì)廨啓C(jī)，也是需要投資建設(shè)制冷和供熱系統(tǒng)的。所以實(shí)際上，真正增加的費(fèi)用只是燃?xì)廨啓C(jī)等的設(shè)備費(fèi)用。
以容量為1MW級(jí)的索拉土星20號(hào)小型燃?xì)廨啓C(jī)，與BHRS250Ⅶ型的遠(yuǎn)大余熱型溴化鋰空調(diào)機(jī)組配套進(jìn)行冷熱電聯(lián)產(chǎn)為例進(jìn)行分析，該機(jī)組可保證供熱/制冷面積為50000m2，制冷設(shè)計(jì)應(yīng)用指標(biāo)為44～60w/m2，供熱設(shè)計(jì)應(yīng)用指標(biāo)為34～50w/m2，供電設(shè)計(jì)指標(biāo)為50～80w/m2，系統(tǒng)工況變化出力進(jìn)行比較如下表：
關(guān)鍵詞：天然氣；冷熱電三聯(lián)供；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
(Foshan Gas Corporation，F(xiàn)oshan 528000，CHina)
Key words: natural gas;CCHP；analysis in the aspects of technology and economy.
0、引言
天然氣冷熱電三聯(lián)供，又稱CCHP(Combined Cooling ，Heating & Power)，它主要是利用十分先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)燃燒潔凈的天然氣進(jìn)行發(fā)電，對(duì)發(fā)電做功后的余熱進(jìn)一步進(jìn)行回收，用來(lái)制冷、供暖和供應(yīng)生活熱水。這是一種高效節(jié)能環(huán)保的新型能源利用方案，在歐美已有約十年的發(fā)展時(shí)期，并方興未艾，被確認(rèn)是能源將來(lái)的發(fā)展方向。
冷熱電三聯(lián)供主要由兩部分組成——發(fā)電系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)，發(fā)電部分以燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或微燃機(jī)為主，近年來(lái)還發(fā)展有外燃機(jī)和燃料電池。余熱回收部分包括余熱鍋爐和余熱直燃機(jī)等。
小型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中的燃?xì)廨啓C(jī)或其他發(fā)電裝置燃燒天然氣做功，首先是將其中約35%的能量轉(zhuǎn)化為電能，這部分自發(fā)電和市電同時(shí)向自身用戶供電；其余大部分能量是在煙氣余熱和缸套水介質(zhì)中，這些熱量被余熱系統(tǒng)回收用來(lái)產(chǎn)生所需冷和熱。
系統(tǒng)可由高度智能化的控制系統(tǒng)集中控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組和余熱回收系統(tǒng)的連鎖運(yùn)行，對(duì)不同的冷熱電負(fù)荷情況下按不同的運(yùn)行方式運(yùn)行，同時(shí)還可接入樓棟控制系統(tǒng)；也可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，通過(guò)電話線與遠(yuǎn)程控制站相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
1、國(guó)外應(yīng)用情況介紹
美國(guó)是全球發(fā)展新型能源系統(tǒng)的先鋒，1978年開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)，目前除了繼續(xù)堅(jiān)持發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)之外，正在走向高效利用能源的小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)。美國(guó)能源部已經(jīng)提出了小型冷熱電聯(lián)供規(guī)劃。根據(jù)這項(xiàng)規(guī)劃，2005年要建立200個(gè)示范點(diǎn)；2010年20%的新建商用、寫字樓類建筑物使用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)；2020年50%新建商用、寫字樓建筑采用小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)。
三聯(lián)供系統(tǒng)主要應(yīng)用在醫(yī)院、超級(jí)市場(chǎng)、辦公大樓、機(jī)場(chǎng)、體育中心、酒店等場(chǎng)所。
目前冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要的燃燒動(dòng)力裝置以燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)為主。燃?xì)廨啓C(jī)在裝機(jī)容量為30～100KW的機(jī)組型號(hào)和市場(chǎng)方面占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)； 100KW～1MW的市場(chǎng)方面，以燃?xì)廨啓C(jī)為主，燃?xì)鉁u輪機(jī)占較小比例；1MW～5MW方面，燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鉁u輪機(jī)各占一半的比例；裝機(jī)容量超過(guò)5MW的機(jī)組，以燃?xì)鉁u輪機(jī)為主。
2、技術(shù)特征與效益分析
⑴ 綜合效率高
一般普通的火力發(fā)電系統(tǒng)，輸入熱量按100%計(jì)算，扣除送電損失約2%、未利用的排熱約60%、其發(fā)電效率約38%。而對(duì)清潔能源天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，同樣輸入熱量按100%，發(fā)電占25%～40%，排熱利用占40%～50%，如果把用電和用熱分配好，綜合效率可以達(dá)到70%～80%，而沒(méi)利用的排放熱僅為20%～30%。因此，天然氣冷電熱聯(lián)供系統(tǒng)由于增加了排放余熱的利用，其綜合效率比普通的火力發(fā)電系統(tǒng)高約30%～40%。
⑵ 節(jié)省能源
天然氣燃燒可得到1500℃的高溫能源，將這部分能源由高到低進(jìn)行多階段的利用，可以把制冷、采暖、電力和衛(wèi)生熱水等優(yōu)化整合為一個(gè)新的、統(tǒng)一的能源系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不同形式、不同能量的梯級(jí)利用，以獲得整個(gè)系統(tǒng)最佳能量綜合利用效果。
⑶ 有利于環(huán)保
天然氣是一種清潔、優(yōu)質(zhì)的能源，特別在環(huán)境方面，不會(huì)產(chǎn)生造成酸雨的SOx和灰塵等，和其他化石燃料相比，產(chǎn)生CO2和NOx的量也少。采用天然氣三聯(lián)供的環(huán)保效益是非常明顯的。
⑷ 有利于電力負(fù)荷的調(diào)峰
天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可作為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的補(bǔ)充調(diào)峰，更好地保證電力供應(yīng)。在用電高峰時(shí)，能使電力負(fù)荷平均化。夏季城市大量使用電力空調(diào)時(shí)，電力負(fù)荷會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)負(fù)荷高峰，同時(shí)夏季也是用氣的低谷時(shí)期，有富余的供氣能力。通過(guò)利用天然氣冷熱電聯(lián)供可在滿足高峰用電的同時(shí)，還可以利用排放余熱來(lái)制冷，也可減少電力調(diào)峰裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用，用電負(fù)荷得以改善，更好更充分地發(fā)揮天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的功能。
⑸ 經(jīng)濟(jì)性較好
配備有冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的單位，可以減少對(duì)電網(wǎng)電力的使用量。雖然天然氣費(fèi)隨著天然氣用于發(fā)電的需求量的增加而增加，但由于排放余熱的利用使其他熱源設(shè)備減少，整體來(lái)說(shuō)能源費(fèi)用大大降低。
另外冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)雖然比原來(lái)系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用增加了，但可減少變電設(shè)備，并可兼作應(yīng)急用發(fā)電設(shè)備，也減少了自備應(yīng)急用電設(shè)備的費(fèi)用。
⑹ 增強(qiáng)了能源供給的可靠性
冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在保證商業(yè)電力電源的同時(shí)，也可保證供冷供熱設(shè)備的多渠道，并且天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可作為防災(zāi)設(shè)施使用。對(duì)原來(lái)的用電系統(tǒng)，需配備應(yīng)急發(fā)電機(jī)。而天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備便可作為電力公司供電的應(yīng)急發(fā)電機(jī)。在供熱方面，天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的排放余熱利用可作為供熱熱源，增加了供給的可靠性。
在看到冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也不可忽略它本身不可避免的缺點(diǎn)：一是燃料的限制，只能使用天然氣或輕質(zhì)油品，費(fèi)用受市場(chǎng)影響；二是冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)規(guī)模小，只能滿足小區(qū)域用戶的需要，同時(shí)又不如家庭用戶用電那么方便。
3、國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況
近幾年，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)能源研究會(huì)、中國(guó)能源網(wǎng)等都紛紛發(fā)出倡議，倡導(dǎo)利用天然氣發(fā)展小型冷熱電聯(lián)供?，F(xiàn)在，這種小型的燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)出現(xiàn)了，如上海黃埔區(qū)中心醫(yī)院、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、北京燃?xì)饧瘓F(tuán)大樓等都建立了這種系統(tǒng)。與此同時(shí)，為了緩解現(xiàn)今電力緊張的局面，廣東省也決定將天然氣發(fā)電同分布式能源站冷熱電聯(lián)供相結(jié)合，在廣州大學(xué)城建設(shè)廣東省首個(gè)分布式能源站。
4、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析
采用燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的建設(shè)投資費(fèi)用大于單獨(dú)購(gòu)買電空調(diào)、單獨(dú)購(gòu)買電集中供熱蒸汽空調(diào)或單獨(dú)購(gòu)買直燃機(jī)等進(jìn)行供熱、制冷的技術(shù)解決方案的費(fèi)用；但它的優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)行起來(lái)的經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于其他方式。經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，新增的投資費(fèi)用主要發(fā)生在聯(lián)產(chǎn)后集中制冷設(shè)備投資、燃?xì)廨啓C(jī)投資等方面。但是采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)方式以后，項(xiàng)目可在自發(fā)電費(fèi)用中節(jié)支；制冷、供熱節(jié)支等方面取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。整個(gè)工程項(xiàng)目即使不采用燃?xì)廨啓C(jī)，也是需要投資建設(shè)制冷和供熱系統(tǒng)的。所以實(shí)際上，真正增加的費(fèi)用只是燃?xì)廨啓C(jī)等的設(shè)備費(fèi)用。
以容量為1MW級(jí)的索拉土星20號(hào)小型燃?xì)廨啓C(jī)，與BHRS250Ⅶ型的遠(yuǎn)大余熱型溴化鋰空調(diào)機(jī)組配套進(jìn)行冷熱電聯(lián)產(chǎn)為例進(jìn)行分析，該機(jī)組可保證供熱/制冷面積為50000m2，制冷設(shè)計(jì)應(yīng)用指標(biāo)為44～60w/m2，供熱設(shè)計(jì)應(yīng)用指標(biāo)為34～50w/m2，供電設(shè)計(jì)指標(biāo)為50～80w/m2，系統(tǒng)工況變化出力進(jìn)行比較如下表：
