談熱電冷三聯供技術在重慶地區的應用

趙 翔 宇

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016)

?

談熱電冷三聯供技術在重慶地區的應用

趙 翔 宇

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016)

介紹了國內外熱電冷三聯供系統的發展現狀，結合熱電冷三聯供技術在重慶地區的應用情況，分析了該技術在發展應用中存在的問題，提出了在重慶地區大力發展江水源熱泵與天然氣三聯供的能源集成系統的建議。

熱電冷三聯供，管道，天然氣，能源集成系統

0 引言

隨著人們對環境污染、能源效率、能源供需的日益關注，實現能源、環境、經濟協調發展成為人類社會追求的共同目標。隨著天然氣的普遍使用和人們對環境質量要求的不斷提高，熱電冷聯供技術將成為我國城市建設與發展過程中頗具潛力的能源供應模式。熱電冷三聯供(CCHP)又稱分布式供能系統，是一種對能源進行梯級利用，將制冷、供熱及發電過程一體化的多聯產系統，具有熱電冷負荷分配靈活、綜合效率高、經濟性能好、節能環保等優點，很多有條件的大中型城市(如北京、上海、廣州等)均在積極引進該項技術。為此，重慶市也在努力探求熱電冷三聯供技術在重慶地區的應用。

1 國內外熱電冷三聯供發展情況

1.1 國外三聯供技術發展概況

美國作為全球發展新型能源系統的先鋒，進一步發展“分布式熱電聯產系統”被列為國家長期的發展規劃，與此同時還制定了清晰的戰略目標：即到2020年的時候，燃氣分布式能源技術在新建辦公樓群(或商業樓群)中的應用比例將高達50%，且發電機組總的裝機容量將在原有基礎上新增9.5億kW，占整個美國總用電量的29%[1]。燃氣分布式能源技術在日本應用領域廣泛。近年來，日本的住宅及小型商務用戶市場中出現容量為1 kW～300 kW小型燃氣分布式發電系統，超過2 000戶的家庭安裝了容量為1 kW的小型燃氣分布式功能系統(附帶熱水儲藏)[2]。在歐洲，燃氣分布式能源系統產生的發電量占整個歐洲總發電量的9%，大約減少1.5億 t的CO2排放量。目前整個歐洲大約10%的電力供應來源于已投入運行的燃氣分布式能源項目所產生的電力，能源項目規模從幾千瓦到幾百千瓦不等。而德國作為歐洲最大的燃氣分布式熱電聯產市場，其50%的電力需求是通過燃氣分布式能源項目來提供的，目前德國政府正積極計劃通過大力推廣利用燃氣分布式能源發電來實現到2020年燃氣分布式能源發電量達25%的目標。此外，芬蘭的燃氣分布式熱電聯產發電量占總發電量的28%以上，在世界供熱領域處于較高水平。

1.2 國內三聯供技術發展概況

與發達國家相比，我國天然氣熱電冷三聯供系統發展還處于初級階段，截至目前國內主要城市(如北京、上海、廣州)所建項目仍以試點項目為準(見表1)[3]。國內較大的燃氣熱電冷三聯供能源站項目當屬廣州市大學城能源站項目，該能源站設置2臺7.8萬kW的燃氣—蒸汽聯合循環機組，被視為廣東省電網系統中“保亞運”供電且具備黑啟動能力的重要電源，具有良好的經濟效益、社會效益、節能效益和環保效益。

表1 北京、上海、廣州市燃氣冷熱電三聯供工程情況表 kW

2 熱電冷三聯供技術在重慶地區的應用

最近幾年，熱電冷三聯供技術[4]已在國內很多大中型城市得到推廣和應用，也獲得了一些效果和經驗。在此基礎上，重慶地區也在努力探求天然氣熱電冷三聯供技術在本地區的應用，彈子石CBD總部經濟區集中供冷供熱能源站是重慶地區第一個已投入使用的試點項目，也是全國首個將江水源熱泵系統和天然氣分布式能源系統結合使用的能源站，不僅可以為周邊建筑提供環保高效能源保障，富余電力還并入國家電網，開創了能源服務的新篇章。彈子石CBD能源站的特點：1)江水源熱泵系統與熱電冷三聯供系統結合使用，進一步降低能耗，提高能源利用效率，更經濟。若同樣為用戶提供40度電和1 t熱水，相比傳統中央空調，該能源站可以便宜約16元。2)不設冷卻塔等設備，節省費用，降低空調噪聲和熱排放問題。3)該項目全部建成并投入使用后，對于冷熱源部分，全年節能率將高達65%，相當于全年節省6 560 t標準煤，減少約2萬t的CO2排放量和約1 000 t粉塵排放量，節省約42萬m3自來水量，節能效果顯著。

繼CBD項目后，陳家橋、永川等區域也在進行天然氣熱電冷三聯供系統項目建設，具體情況見表2。

表2 重慶地區冷熱電聯供項目情況表 kW

可見，重慶地區熱電冷三聯產系統發展項目較少，需要積極引進該項技術，而發展熱電冷聯供系統存在幾處難點：1)經濟性。熱電冷三聯供系統的性能隨運行負荷的降低而降低，為了提高三聯供系統運行的經濟性，必然需要增加投資，該投資能在多少年內得以償還，即投資回收期成為用戶設計和發展三聯供系統最重視之事[5]，而決定熱電冷三聯供系統經濟性最重要的要素則是設備負荷和運行策略。2)熱電不平衡。受用能區域熱電需求特點及政策制約，三聯供系統只能處于部分負荷狀態下運行。3)能源系統劃分及管網系統。在進行熱電冷三聯供系統設計時，關于水系統是按能源中心還是按能源分布特點進行劃分是設計者必須思量的問題，因為與常規空調系統相比，聯供系統的管道長度及管徑較大，管道鋪設、保溫和檢修等成本會影響初投資及運行費用。此外，還應從技術和經濟兩方面對不同管網系統的建設費用、運行費用進行對比分析，從而選擇適宜的管網系統，使項目投資最少且日常維護及管理方便。

用能特點對天然氣熱電冷三聯供系統有著不可忽視的影響，若將天然氣熱電冷三聯供技術與其他技術(如江水源熱泵系統、地源熱泵系統、蓄能系統等)結合使用組成能源集成系統，不僅可以提高系統的運行穩定性，還可以提高系統的運行經濟性。重慶市位于東經105°17′～110°11′、北緯28°10′～32°13′之間的青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，水資源豐富，有利于進一步推進能源集成系統(江水源熱泵系統與天然氣三聯供系統的結合)的發展，因為此種能源集成系統中各子系統自身優點不僅能夠得到充分發揮，而且各種能源系統相輔相成，共同為能源中心提供更具安全性、可靠性和經濟性的冷熱源及電能需求。此外，與集中輸送冷凍水的區域供熱供冷系統相比，當用戶末端負荷率較低時，集中輸送冷卻水的能源總線系統[6]較集中輸送冷凍水的區域供熱供冷系統在經濟性、效率以及計費管理上具有更多的亮點。近幾年來，能源總線系統因集成應用低品位的“未利用能源”及發揮規模效益的優點得到了較好的發展。

3 結語

熱電冷三聯供技術已在日、英、美等發達國家獲得廣泛應用，很多有針對性的規劃可供借鑒。而該項技術在我國還處于初級發展階段，重慶地區應以彈子石CBD總部熱電冷三聯供項目作為平臺，積極發展天然氣熱電冷三聯供項目(具備條件時，建議大力發展能源集成系統)，以緩解目前重慶地區在能源供應中存在的矛盾。

[1] Matthew.Cowie.Characterizing Combined Heating,Cooling and Power systems for buildings through theory and testing[J].Thesis(M.S.),2002(8):13-25.

[2] Lazzarin R.M. A new HVAC system based on cogenerationby an I.C. engine[J].Applied Thermal Engineering,1996,16(7):551-559.

[3] 王玉同.北京市天然氣三聯供系統應用系統[D].北京:北京工業大學碩士論文,2013.

[4] 鄔韶萍,林奇峰.熱電冷三聯供發展探討[J].山東化工，2009,38(7):49-51.

[5] 劉 莉,黃錦濤,豐鎮平.100 kW微型燃氣輪機冷熱電聯產的經濟性分析[J].工程熱物理學報，2004(6)：909-912.

[6] 白 瑋,龍惟定,王培培.多源能源總線系統的技術要點初探[J].湖南大學學報(自然科學版),2009(12):137-141.

Discussion on the application of CCHP technology in Chongqing region

Zhao Xiangyu

(China Coal Mine Science Technology Group Chongqing Design Institute Co., Ltd, Chongqing 400016, China)

The paper introduces the development status of CCHP system at home and abroad. Combining with the application conditions of CCHP technology in Chongqing region, it analyzes problems existing in the technology development and application, and puts forward the suggestions of developing integrated energy management system by combining river water thermal pump with natural gas CCHP.

CCHP, pipeline, natural gas, integrated energy management system

1009-6825(2016)30-0195-02

2016-08-17

趙翔宇(1984- )，男，工程師

TU201.5

A