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淺談燃氣熱電冷聯(lián)供技術及應用
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。
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