淺談燃氣熱電冷聯(lián)供技術及應用

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一、概述

　　隨著“西氣東輸”工程的實施，我國中、東部地區(qū)每年將有大量的天然氣氣源，但是這些天然氣的工業(yè)化利用和商業(yè)利用還在開發(fā)之中，如何合理、高效地利用天然氣資源，減輕我國目前的環(huán)境壓力，改善天然氣及電力發(fā)展中存在的問題，并最終實現(xiàn)節(jié)能、減排及經濟的目標，是擺在我國科研工作者面前的一個十分重要的課題。許多學者從不同角度對此進行了研究，認為發(fā)展燃氣熱電冷聯(lián)供技術，具有實現(xiàn)這一目標的潛力。

　　燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)（簡稱CCHP系統(tǒng)），是一種建立在能源梯級利用概念基礎上，將供熱（采暖和供熱水）、制冷及發(fā)電過程一體化的能源綜合利用系統(tǒng)，其受到許多發(fā)達國家的重視并被稱為“第二代能源系統(tǒng)”。

　　由于燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)從原理上實現(xiàn)了對能源的梯級利用，因而，科學合理的聯(lián)產系統(tǒng)配置與利用方式，相對傳統(tǒng)的燃煤分產系統(tǒng)而言，將有較大的節(jié)能潛力。同時，系統(tǒng)能源利用效率的提高、以及天然氣清潔能源的應用，對于降低二氧化碳及其它空氣污染物（SOx、NOx和煙塵等）的排放，也將有著積極的作用。

　　另一方面，由于燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)利用燃氣在用戶側發(fā)電，減少了用戶對市電需求的壓力，增強用戶電力供應的安全性，削減了夏季電網的電力峰值，填補夏季燃氣利用的谷值。同時，由于燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)利用余熱制冷，減少了夏季電力空調的需求，對消減夏季電力峰值可進一步起到積極作用。

　　因而，燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)科學合理的利用，對于提高能源利用效率、降低污染排放、改善電力峰谷差及燃氣冬夏季峰谷差、提高供電安全性等方面，將具有非常積極的意義。燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)具有改善目前我國在環(huán)境、天然氣及電力發(fā)展中存在問題的潛力。

　　二、燃氣熱電冷聯(lián)供的工作原理

　　燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)工作的基本原理是：首先利用燃氣高品位熱能在動力設備做功發(fā)電，再利用動力設備發(fā)電所產生的廢熱進行供熱、除濕或驅動吸收機制冷，從而實現(xiàn)能源的高效梯級利用。燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)采用的常用動力設備主要有：燃氣輪機、燃氣內燃機、微燃機等。

　　三、常見動力設備的比較分析

　　筆者從余熱回收形態(tài)、燃氣進氣壓力、余熱溫度等方面對三種常見動力設備進行比較。

　?。?）燃氣輪機：發(fā)電效率低、余熱量大；排氣溫度高，余熱容易回收；輸出功率受環(huán)境溫度影響；適用于高壓燃氣。

　　（2）內燃機：發(fā)電效率高、余熱利用復雜；發(fā)電功率范圍廣；可選生產廠家多；適用于中壓燃氣。

　?。?）微燃機：發(fā)電效率低；發(fā)電功率??；100千瓦以下可切網運行；適用于高壓燃氣。

　　在燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的幾種應用類型中，燃氣內燃機熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)以其成熟的工藝及技術、相對較高的發(fā)電效率、較好的部分負荷性能、較低的市場價格等有利因素而受到人們的關注。燃氣內燃發(fā)電機機組發(fā)電功率從數千瓦至數兆瓦不等，其構成的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)已成為建筑面積小至幾千、大至數萬甚至數十萬平米規(guī)模的熱電冷聯(lián)供項目主要的考慮類型之一。

　　四、燃氣熱電冷聯(lián)供的工程應用狀況

　　在工程應用方面，國外發(fā)展較快，其中尤以日本為最。

　　日本從1981年開始支持天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展，日本在熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展中，始終圍繞著節(jié)能性和經濟性這一主題，并制定了一系列的保護政策和法規(guī)，使得熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展突飛猛進。據不完全統(tǒng)計，截至2000年底，民用燃氣熱電冷聯(lián)供項目總裝機容量為478兆瓦，項目總數共1002個，平均每個項目裝機容量為477千瓦；而截至2003年，日本民用燃氣熱電冷聯(lián)供項目總裝機容量達到1429兆瓦，項目數達到2915個，平均容量490千瓦。在這些項目中，應用的建筑類型主要集中于辦公樓、飯店、商店及醫(yī)院等，且基于燃氣內燃機的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)項目占到總聯(lián)產項目數的一半以上。

　　我國在燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的工程應用方面，起步較晚，但近年來也得到了人們的關注與重視。我國最早應用熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的是上海黃浦區(qū)中心醫(yī)院，機組于1997年安裝，1998年正式投產。隨后上海又進行了一些項目的試點，包括上海浦東國際機場、上海閔行中心醫(yī)院等項目。2003年，北京市燃氣集團燃氣內燃機熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)與次渠門站微燃機熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)也完成安裝，相繼進入系統(tǒng)調試階段；2005年，中關村軟件園、中關村國際商城等熱電冷聯(lián)供項目進入設備招標階段。在這些已建和待建的熱電冷聯(lián)供項目中，燃氣內燃機熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)是中小規(guī)模聯(lián)產項目的主要應用類型。

　　五、應用前景與展望

　　目前，天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)在我國應用與發(fā)展的主要障礙是天然氣的價格。如果把天然氣單純用來發(fā)電，難以與燃煤電廠競爭；另一方面，天然氣價格按等熱值比較，要比煤炭高得多，也不具備替代煤炭的條件。為此，在2008年11月，上海市發(fā)改委等五部門聯(lián)合制訂《上海市分布式供能系統(tǒng)和燃氣空調發(fā)展專項扶持辦法》，發(fā)展分布式供能系統(tǒng)和燃氣空調，《扶持辦法》主要明確了資金來源、支持范圍、支持方式和標準、設備補貼資金申請程序、計劃編制程序和部門職責等事項。按照《扶持辦法》有關規(guī)定，2008年1月1日至2012年底，對在上海市范圍內醫(yī)院、賓館、大型商場、商務樓宇、工廠等建筑物建成并投入使用，并納入市推進計劃的單機規(guī)模1萬千瓦及以下的分布式供能系統(tǒng)項目和燃氣空調項目的單位，給予設備資金補貼（燃氣空調按100元/千瓦制冷量補貼）、電網并網支持、天然氣價格和掘路收費優(yōu)惠等方面的政策支持，并要求政府投資的重大基礎設施建設項目，優(yōu)先使用分布式供能系統(tǒng)和燃氣空調。通過這些舉措將能明顯地降低初投資，提高投資方的積極性，將推廣燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的應用。