淺析推廣使用冷熱電聯產技術的重要性

摘 要： 近幾年來我國對環境問題越來越重視，節能減排力度越來越大，天然氣作為清潔能源的優點日益突出。本文結合天然氣特點及冷熱電聯產技術原理，闡述推廣使用冷熱電聯產技術的重要性。

關鍵詞： 冷熱電聯產技術 節能減排 天然氣

天然氣具有潔凈、高效、儲量豐富、價格穩定等特點，但天然氣剩余可采儲量有限，如何合理利用是首要問題。燃氣作為燃料燃燒，在產生效率提供動力的同時，排放出大量的余（廢）熱。余（廢）熱的回收利用是現代城市能源合理利用規劃中不可忽視的，具有重大經濟、環保效益。目前，余（廢）熱的利用方式很多，如工業用窯爐的高溫余（廢）熱、發電廠的中低溫余（廢）熱等利用系統。而冷熱電聯產方式，是余（廢）熱利用中最主要的表現形式。

一、冷熱電聯產技術概述

傳統的集中式供能系統采用大容量設備集中生產，然后通過專門的輸送設施（大電網、大熱網等）將各種能量輸送到較大范圍的眾多用戶。冷熱電聯產是分布式能源的一種主要形式，冷熱電聯產系統是位于或臨近負荷中心的，能夠提供能源的生產、存儲、轉換及相關服務的小型系統。冷熱電聯產技術，可實現冷、熱、電聯產，大幅度提高能源利用率，減少碳排放，改善城市環境，在工業發達國家得到迅速發展。

冷熱電聯產技術，將燃氣渦輪發電機與直燃機組合，效率可提高40%。并且，冷熱電聯產技術的意義不僅在于節能，更是一場能源產業的革命：散布在千萬座樓宇中的小型渦輪發電機，是國民經濟、國家安全至關重要而又極為脆弱的紐帶大電網，不再孤立而笨拙。大電網與分散的小型發電機并存被公認為投資省、能耗低、可靠性高的能源系統，是21世紀的能源供給主流發展方向。

二、冷熱電聯產系統工作原理

以天然氣為一次能源的分布式冷、熱和電（Combined Cooling Heat and Power）三聯產系統（簡稱CCHP系統）是以能量的梯級利用為基礎，同時為用戶提供冷、熱和電的一種分布式能源系統。天然氣CCHP系統的熱動力設備主要有燃氣輪機、燃氣內燃機、微型燃氣輪機、燃料電池和燃氣外燃機等。

燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣為工質的旋轉式熱力發動機，它的結構與飛機噴氣式發動機一致，類似蒸汽輪機。主要結構有三部分：燃氣輪機、壓氣機（空氣壓縮機）、燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室，同時燃料（氣體或液體燃料）也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機膨脹做功，推動動力葉片高速旋轉，帶動發電機發電，乏氣被繼續利用。圖1為典型的燃用天然氣的燃氣輪機為驅動動力的建筑（樓宇）冷熱電三聯產常規應用方式。

該系統工作過程為：天然氣能源進入燃氣輪機，帶動發電機發電，一部分電力用于該建筑的動力及照明，另一部分電力用于驅動電動熱泵。燃氣輪機產生的高溫煙氣進入直燃機和余熱鍋爐，直燃機承擔夏季供冷和冬季采暖，余熱鍋爐內高壓蒸汽經汽-水熱交換器后供該建筑的生活用水。

三、推廣使用冷熱電聯產技術的重要性

1.提高能源利用率

CCHP系統安裝在居民用戶附近，是合理的能源梯度利用方式（如圖2所示）。它不僅提供電力，還滿足冷量和熱能的要求，為分布式能源的廣泛應用建立模型，并將大大緩解集中電網建設投資壓力，避免遠距離輸配電損失。CCHP系統貼近用戶進行能量轉換，將溫度向下利用，利用發電后的余熱，不是用電來交換，而通過提高能源的綜合利用率彌補發電的低效率。雖然CCHP系統設備的發電效率較低，但綜合利用效率達到80%～90%。

2.緩解電力短缺

CCHP系統不僅能緩解電力短缺，平衡電力峰谷差，還能提高建筑供電的可靠性和安全性，避免電空調與電網爭電的局面，有效改善電網負荷的不平衡性，提高發電廠設備的負荷率。CCHP系統利用燃氣或發電余熱制冷制熱，填補了夏季燃氣用量的嚴重不足，改善了電力和燃氣不合理的能源結構狀況。

3.安全可靠

CCHP系統提供了可靠的供電安全和品質保證，尤其是對供電安全和穩定性要求較高的用戶，擺脫了電網拉閘限電、崩潰和意外災害（如地震、風雪、人為破壞、戰爭等）等突發性事故帶來的供電危機，避免了因停電造成的經濟損失。CCHP系統一般采取并網方式設計，大電網與三聯供發電機組互為備用，因此相當于用戶增加了一路常用供電系統，提高了用戶供電的可靠性；用戶常規冷熱的空調系統一般由電空調和鍋爐組成，采用三聯供系統后可以使用發電機的余熱供冷或供熱，對于用戶來說，相當于在常規調峰設備以外增加了一套空調冷熱源系統，對于使用電空調的用戶，更是將供冷動力由原來的單一用電變為了可以同時用電和燃氣，提高了用戶的冷熱供應可靠性。

4.良好的經濟性

隨著電力供應的日趨緊張，全國各地紛紛實行了峰谷電價。采用傳統電空調除了增加電網的負擔外，用戶還承擔著高額的運行費。采用CCHP系統利用發電后余熱來供熱供冷，整個系統能源效率提高，其能源供應成本大大下降，在能源價格不斷增長的體系下具有良好的經濟效益。

四、結語

我國目前正處在大發展中的過程。大機組、大電廠、大電網是主導方向，但分布式電源將不以人們的意志為轉移，必將迅速發展。通常100MW以上的燃氣輪為大型燃機，20-100MW為中型，20MW以下為小型，小于300MW的為微型燃機。小型燃機具有高效、清潔、經濟、占地少、自動化水平高，適用分散建設和可靠等優勢，因而發展很快。倪維斗院士在“能源的發展前景”報告中特別提出應積極鼓勵和扶持燃氣天然氣的熱、電、冷聯供技術。目前我國北京、上海、廣州已有一批分布式熱、電、冷工程投入運行，取得了明顯的經濟效益、環保效益和社會效益。全國各省市必將積極推進天然氣分布式熱電冷聯產系統試點工作。

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