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(chǎn)業(yè)在浙江省處于快速發(fā)展時(shí)期，西一氣、東海氣和川氣已作為長(zhǎng)輸管道氣源陸續(xù)供應(yīng)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(chǎn)業(yè)在浙江省處于快速發(fā)展時(shí)期，西一氣、東海氣和川氣已作為長(zhǎng)輸管道氣源陸續(xù)供應(yīng)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(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例約1.36%?？偟膩砜矗烊粴馓娲糠秩济?、燃油所體現(xiàn)出來的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益已獲認(rèn)可，符合各城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向。根據(jù)氣源進(jìn)入計(jì)劃，浙江將陸續(xù)引入西二氣、進(jìn)口LNG等多種天然氣資源，資源供應(yīng)規(guī)模將大大增加，如何對(duì)寶貴的天然氣資源進(jìn)行合理有效的利用是各地市政府及企業(yè)最為關(guān)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(jí)利用概念基礎(chǔ)上，以天然氣為一次能源，產(chǎn)生熱、電、冷的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)。它利用小型燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、微燃機(jī)等設(shè)備將天然氣燃燒后獲得的高溫?zé)煔馐紫扔糜诎l(fā)電，然后利用余熱在冬季供暖，在夏季通過驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)供冷，同時(shí)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(jì)效益和社會(huì)效益。本文根據(jù)國內(nèi)外CCHP系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合浙江省實(shí)際條件，初步分析在我省發(fā)展CCHP系統(tǒng)的前景和相關(guān)問題，以供參考。
2 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展情況
CCHP在國外的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)，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(chǎn)，在美國能源部的倡導(dǎo)和天然氣、電力和暖通空調(diào)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(lǐng)”，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(duì)能源系統(tǒng)的整合，極大地推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和居民生活質(zhì)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(jì)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(jī)著名的生產(chǎn)商，英國在曼徹斯特機(jī)場(chǎng)還成功建立了CCHP項(xiàng)目。曼徹斯特機(jī)場(chǎng)是世界上最大的20個(gè)機(jī)場(chǎng)之一，實(shí)行天然氣冷熱電三聯(lián)產(chǎn)后，年總產(chǎn)值約180萬英鎊(含吸收式制冷每年可節(jié)電價(jià)值5萬英鎊)，每年可減少C02排放量50000t，SO2排放量1000t，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益十分顯著。日本政府早在上世紀(jì)60年代末即大力推動(dòng)燃?xì)饪照{(diào)發(fā)展，燃?xì)饪照{(diào)占據(jù)了中央空調(diào)市場(chǎng)的85%以上。隨著技術(shù)的開發(fā)和政策方面的鼓勵(lì)，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(zhǎng)。到1997年3月末，日本天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)已累計(jì)達(dá)820座、共142萬kW(蒸氣輪機(jī)包括在內(nèi))，其中民用520座、30萬kW，工業(yè)(300座)112萬kW(蒸氣輪機(jī)包括在內(nèi))。韓國此后也推動(dòng)了燃?xì)饪照{(diào)的發(fā)展，其燃?xì)饪照{(diào)國內(nèi)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(chǔ)。同時(shí)，越來越多的國家認(rèn)識(shí)到CCHP系統(tǒng)的意義，從政策和稅收等方面大力促成CCHP項(xiàng)目的實(shí)施，例如意大利、泰國用減免20%～40%燃料費(fèi)的辦法鼓勵(lì)建筑物應(yīng)用CCHP系統(tǒng)[1]。
    雖然熱電聯(lián)產(chǎn)在我國已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是CCHP系統(tǒng)的應(yīng)用尚處于起步階段，而且主要集中在上海、北京等地。在相關(guān)政府部門和專業(yè)公司的推動(dòng)下，國內(nèi)已經(jīng)建成了幾個(gè)三聯(lián)供項(xiàng)目，其中影響較大的有北京燃?xì)饧瘓F(tuán)指揮調(diào)度中心，浦東國際機(jī)場(chǎng)等三聯(lián)供系統(tǒng)。根據(jù)浦東機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析，在三聯(lián)供系統(tǒng)合理配置，運(yùn)行時(shí)間足夠的情況下，每年可以為用戶節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用。
3 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jí)管網(wǎng)、冷暖站、二級(jí)管網(wǎng)和用戶設(shè)備組成(如圖1)。夏季吸收式制冷機(jī)利用汽輪機(jī)的抽汽產(chǎn)生冷水供空調(diào)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(chǎn)生60℃的熱水供用戶取暖，回水溫度為50℃，供回水溫差10%。當(dāng)然如吸收式制冷機(jī)組為熱泵型，冬季也可利用制冷機(jī)產(chǎn)生的熱水供暖，系統(tǒng)同時(shí)也可滿足用戶的用汽需要。
    冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的模式有許多種，這主要取決于當(dāng)?shù)氐哪茉葱枨蠼Y(jié)構(gòu)。無論哪種模式都包括動(dòng)力設(shè)備、發(fā)電機(jī)、制冷系統(tǒng)及余熱回收裝置(供熱)等主要裝置。動(dòng)力設(shè)備主要有燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、微燃機(jī)及燃料電池等，制冷裝置可選擇壓縮式、吸收式或其它熱驅(qū)動(dòng)制冷方式，主要采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)，又包括單效、雙效、直燃機(jī)等?？偟膩碚f，冷熱電聯(lián)產(chǎn)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?xì)廨啓C(jī)+余熱型溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)+排氣再燃型溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組系統(tǒng)，以及燃?xì)廨啓C(jī)+雙能源雙效直燃式溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組系統(tǒng)等；②燃?xì)?蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)。即燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐+汽輪發(fā)電機(jī)+蒸汽型吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)；③內(nèi)燃機(jī)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(jì)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(jìn)口液化天然氣等多種天然氣氣源，至2020年，省計(jì)劃引入天然氣資源總量約185億m3。與此同時(shí)，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(shè)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(yīng)。
    從技術(shù)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(yīng)用了二十多年，經(jīng)過多年的技術(shù)改進(jìn)，已形成了規(guī)范的技術(shù)體系，設(shè)備制造技術(shù)也已成熟。不論是發(fā)電機(jī)組部分還是余熱回收機(jī)組部分在國內(nèi)外都有商品供應(yīng)。另外，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)技術(shù)、建設(shè)和運(yùn)用管理經(jīng)驗(yàn)已被國內(nèi)的專業(yè)公司所掌握。上海浦東機(jī)場(chǎng)和北京燃?xì)獯髽堑软?xiàng)目的成功已為三聯(lián)供項(xiàng)目的建設(shè)和管理培養(yǎng)了技術(shù)隊(duì)伍，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)的一些專業(yè)公司已具備了獨(dú)立完成項(xiàng)目的策劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)，不少居民已經(jīng)自己裝上了采暖設(shè)施，區(qū)域供暖將是浙江省未來的發(fā)展趨勢(shì)，另外浙江省全年的制冷期較長(zhǎng)，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(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，人才聚集，對(duì)于分布式能源這樣初投資較大，又需要有高素質(zhì)維護(hù)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(yíng)資本還是民營(yíng)資本，均具有較強(qiáng)大的實(shí)力。省電負(fù)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(diào)。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(shè)分布式能源站極有前景的用戶，也具有一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和價(jià)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(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，是可行的，它也是緩解現(xiàn)狀能源消費(fèi)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的污染，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jì)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(zhǎng)，2008年全省電力消費(fèi)量達(dá)2322.87億kWh，是1999年全省電力消費(fèi)量230.29億kWh的10倍。由于前幾年電力建設(shè)項(xiàng)目的禁批，電力生產(chǎn)跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，電力的短缺成為經(jīng)濟(jì)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(jì)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(nèi)許多大城市一樣，均為夏季空調(diào)制冷用電力負(fù)荷的持續(xù)增長(zhǎng)所致，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年杭州夏季電力最高負(fù)荷中，空調(diào)負(fù)荷約占45%，可以說浙江電力的巨大壓力主要來自空調(diào)用電。同時(shí)，城市燃?xì)庳?fù)荷特性又正好與電力的情況相反，夏季的燃?xì)庑枨罅考s為冬季的60%。燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)的推廣可以充分利用電力和燃?xì)獾腻e(cuò)峰錯(cuò)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?xì)夥骞炔黄胶獾淖钣行Х椒ā?/span>
4.2.2改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的需要
    改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，需要大力推廣天然氣的利用。如何對(duì)寶貴的天然氣資源進(jìn)行合理有效的利用才能帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益是各地市政府及企業(yè)最為關(guān)心的問題。各國發(fā)展天然氣的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，采用天然氣的冷熱電聯(lián)供，是解決這個(gè)問題直接有效的方法，也是未來天然氣應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)主要分支。以上海為例，作為一個(gè)國際性的大都市，上海已通過了相關(guān)的法規(guī)條例，決定今后不再新建燃煤電廠，控制煤炭消費(fèi)總量，以西氣東輸為依托，加速建設(shè)天然氣電廠，建設(shè)重點(diǎn)工業(yè)區(qū)的熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。所以，浙江省應(yīng)重視天然氣的推廣建設(shè)，改善能源環(huán)境，實(shí)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(fèi)量增加較快。2009年全省一次能源總消費(fèi)量達(dá)1.78億t標(biāo)準(zhǔn)煤。建筑能耗占一次能源消耗量的11%以上，其中60%用于空調(diào)。從節(jié)能的角度來看，熱電聯(lián)產(chǎn)是唯一被公認(rèn)能大規(guī)模節(jié)約能源的技術(shù)，但其實(shí)施的先決條件是有熱負(fù)荷。冷熱電聯(lián)產(chǎn)的實(shí)施增加了絕熱機(jī)組夏季的熱負(fù)荷，為在長(zhǎng)江中下游地區(qū)實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)提供了有利條件。
4.2.4環(huán)境保護(hù)的需要
    近年來，浙江省經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價(jià)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，浙江省應(yīng)對(duì)規(guī)劃、擬建甚至在建中的公共建筑、建筑群的能源供應(yīng)進(jìn)行控制，在有條件的地市推廣應(yīng)用CCHP系統(tǒng)，不允許新建燃煤鍋爐房，為浙江省的“碧海藍(lán)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(diào)落實(shí)氣源和氣價(jià)
    充足的天然氣供應(yīng)是冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提，各地市燃?xì)夤緫?yīng)能保證對(duì)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的燃?xì)夤?yīng)。天然氣價(jià)格始終是影響冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的敏感因素，也是決定其能否順利推廣的關(guān)鍵因素之一。美國為了鼓勵(lì)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，制定了相應(yīng)的優(yōu)惠價(jià)格體系。因此，為保障項(xiàng)目合理的投資回報(bào)率，增強(qiáng)投資者的積極性，浙江省應(yīng)對(duì)冷熱電聯(lián)供項(xiàng)目實(shí)行優(yōu)惠的燃?xì)鈨r(jià)格。但燃?xì)夤締畏矫娴呐κ怯邢薅鹊?，政府也可以通過實(shí)行氣價(jià)補(bǔ)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(diào)有關(guān)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(biāo)準(zhǔn)限制了分布式冷熱電聯(lián)供參與競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致電力上網(wǎng)困難。我們應(yīng)該看到，分布式能源站對(duì)于平衡電力峰谷差，保障電網(wǎng)安全能起到的積極作用。實(shí)際上，對(duì)電力部門來說，分布式冷熱電聯(lián)供是在不增加建設(shè)資金前提下增加了發(fā)電容量，增強(qiáng)了電網(wǎng)調(diào)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(shè)電網(wǎng)和整個(gè)電站的建設(shè)費(fèi)用，在特定的局部減少了電力公司供電負(fù)荷，所以，電力公司對(duì)冷熱電聯(lián)供應(yīng)該平等對(duì)待甚至優(yōu)待，為其發(fā)展提供盡可能的支持，達(dá)到無論在近期或長(zhǎng)遠(yuǎn)都互利的結(jié)果。至于上網(wǎng)電價(jià)的問題，建議由政府考慮提供免稅、補(bǔ)貼等電價(jià)扶持。
5.3 政府的引導(dǎo)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(hù)。國外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)證明，必須對(duì)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(chǎng)機(jī)制來運(yùn)作，政府一是提供支持條件和投資環(huán)境，制定相應(yīng)的政策法規(guī)；其次是對(duì)它的發(fā)展做出宏觀的規(guī)劃和調(diào)控，實(shí)施必要的資金扶持。
5.4 技術(shù)問題
    經(jīng)過多年發(fā)展，發(fā)電機(jī)已發(fā)展成為成熟的技術(shù)，鍋爐也發(fā)展為成熟的技術(shù)，但要實(shí)現(xiàn)高效的能源利用和各個(gè)設(shè)備的無縫對(duì)接，就必須有一套成熟的智能控制技術(shù)把發(fā)電機(jī)、鍋爐等設(shè)備有機(jī)地協(xié)調(diào)起來，這就是三聯(lián)產(chǎn)智能控制系統(tǒng)軟件，由于三聯(lián)產(chǎn)屬于高新技術(shù)，在國內(nèi)還沒有成套的成功的技術(shù)研發(fā)出來。研發(fā)三聯(lián)產(chǎn)控制系統(tǒng)軟件要求的專業(yè)素質(zhì)比較高，必須由精通發(fā)電機(jī)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(shù)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(fèi)和資金進(jìn)行前期研發(fā)，同時(shí)引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，加以消化吸收利用，走國產(chǎn)化道路。
6 結(jié)論和建議
    (1) 以天然氣為能源的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能量的梯級(jí)利用，是節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的用能方式，有利于環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。浙江省已具有推廣應(yīng)用CCHP系統(tǒng)的基本條件，積極推廣應(yīng)用CCHP系統(tǒng)既是必要的、也是難得的機(jī)遇。
    (2) 為鼓勵(lì)發(fā)展天然氣冷熱電三聯(lián)供，政府部門應(yīng)給予政策鼓勵(lì)支持，如電力并網(wǎng)，收購多余電力，環(huán)境效益補(bǔ)貼等，給分布式能源創(chuàng)造一個(gè)有利的發(fā)展環(huán)境。在電力上網(wǎng)條件下，應(yīng)“以熱定電”對(duì)余熱進(jìn)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(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益，提高冷熱電聯(lián)供市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
    (3) 建議浙江省對(duì)積極推廣應(yīng)用CCHP技術(shù)盡早出臺(tái)相關(guān)法規(guī)、政策，營(yíng)造一個(gè)既有法可依、又寬松靈活的投資建設(shè)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(xiàng)目，將積極推廣應(yīng)用CCHP系統(tǒng)落到實(shí)處，為實(shí)現(xiàn)緩解浙江省電力供應(yīng)緊張、峰谷差大和燃?xì)馄胶夤┳鞒鲐暙I(xiàn)。
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(本文作者：金富根 杭州市熱力有限公司 330007)