能源環(huán)境工程熱電聯(lián)供技術(shù)應(yīng)用研究

劉國(guó)強(qiáng)

【摘 要】近年來(lái)，我國(guó)能耗的急劇增長(zhǎng)，由此引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，這已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。熱電聯(lián)供系統(tǒng)是一種建立在能量梯級(jí)利用基礎(chǔ)上的，將供熱及發(fā)電過(guò)程一體化的多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)。熱電聯(lián)供技術(shù)做到了將基礎(chǔ)設(shè)備與高新技術(shù)完美整合，令能量實(shí)現(xiàn)了梯度性的使用。這在一定程度上既提高了能源的利用率，避免了不必要的浪費(fèi)，還節(jié)省了一定的投資資本，對(duì)我國(guó)能源環(huán)境工程以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)都具有一定的積極作用。對(duì)此，本文將針對(duì)能源環(huán)境工程熱電聯(lián)供技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)研究。

【關(guān)鍵詞】能源環(huán)境工程；熱電聯(lián)供；技術(shù)應(yīng)用與研究

能源不僅是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)今國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和外交關(guān)注的焦點(diǎn)。能源和環(huán)境問(wèn)題是人類(lèi)發(fā)展面臨的重大問(wèn)題，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源與環(huán)境的相互協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的觀念，已經(jīng)成為各國(guó)政府和人民的共識(shí)。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)情況不難發(fā)現(xiàn)，我國(guó)能源的人均占有率相對(duì)較低，并且各個(gè)地區(qū)的分布差別較大，伴隨著社會(huì)需求的迅猛增加，能源供給側(cè)矛盾也越發(fā)突出。再加上能源利用技術(shù)的缺陷，我國(guó)能源利用率也相對(duì)較低。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的需求日益增加。根據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2035年，中國(guó)將成為世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)，比美國(guó)還高出，但是我國(guó)能源的人均率卻與美國(guó)相差甚遠(yuǎn)，甚至還不到歐美國(guó)家人均能源消費(fèi)的一半。中國(guó)煤炭消耗占據(jù)主導(dǎo)地位，其次使用較多的能源是石油，之后才是水電、核電、風(fēng)能、太陽(yáng)能，天然氣使用最少。在以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和單一的能源消費(fèi)模式下，暖通空調(diào)用能帶來(lái)了嚴(yán)重的大氣污染。污染物的大量排放加劇了對(duì)環(huán)境的污染，酸雨、霧霾在近年來(lái)頻繁發(fā)生，全球溫室化的不斷加劇，這些都造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，給人們的生活帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。如果繼續(xù)采用以煤為主要能源，傳統(tǒng)的暖通空調(diào)的能源消耗會(huì)不斷增加，甚至造成更加嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，因此能源環(huán)境工程熱電聯(lián)供技術(shù)的研究則更有實(shí)際意義。

1 能源環(huán)境工程熱電聯(lián)供系統(tǒng)與不足

1.1 熱電聯(lián)供系統(tǒng)

熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢(shì)，當(dāng)熱能和電能需求達(dá)到平衡時(shí)，熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)才是最經(jīng)濟(jì)的。系統(tǒng)擬定應(yīng)根據(jù)日、月、年不同時(shí)段變化的熱、電負(fù)荷曲線，制定出最佳的系統(tǒng)配置方案，并提出合理的運(yùn)行模式和運(yùn)行方案，是一個(gè)十分復(fù)雜的研究課題。各個(gè)地區(qū)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮地域的氣候，經(jīng)濟(jì)狀況，對(duì)供熱的需求以及天然氣、電的供應(yīng)條件和價(jià)格，因地制宜，而不是生搬硬套。熱電聯(lián)供系統(tǒng)的推廣首先要保證經(jīng)濟(jì)效益。由于分布式能源的初投資大、技術(shù)含量相對(duì)較高，對(duì)維護(hù)人員的素質(zhì)要求相應(yīng)嚴(yán)格，所以適合在人才聚集經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)開(kāi)展，并不是所有的情況都適合發(fā)展熱電聯(lián)供。

1.2 能源環(huán)境工程熱電聯(lián)供系統(tǒng)的不足

1.2.1 行業(yè)分割和利益的影響

目前，電力企業(yè)長(zhǎng)期處于壟斷地位，而熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用必然會(huì)影響電網(wǎng)公司的收益，因此熱電聯(lián)供技術(shù)的推廣經(jīng)常會(huì)受到電網(wǎng)公司的阻力。電力部門(mén)很少考慮用戶側(cè)的冷負(fù)荷和熱負(fù)荷的需求，而建筑行業(yè)考慮冷熱負(fù)荷卻通常不考慮發(fā)電的事情，而熱電聯(lián)供技術(shù)卻是需要不同部門(mén)和行業(yè)的密切配合才能很好發(fā)展的新生產(chǎn)物。

1.2.2 技術(shù)的不成熟

盡管熱電聯(lián)供系統(tǒng)在西方國(guó)家已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但在我國(guó)由于起步和發(fā)展較晚，已經(jīng)建成并投入使用的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的數(shù)量也比較少，加之技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的不足，導(dǎo)致我國(guó)在發(fā)展熱電聯(lián)供的方面還面臨著許多的問(wèn)題。同時(shí)，由于我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，價(jià)格，管理體制等因素與國(guó)外存在差異，熱電聯(lián)供在我國(guó)的推廣還需要進(jìn)一步深入的分析研究，尤其是結(jié)合國(guó)內(nèi)的情況對(duì)熱電聯(lián)供系統(tǒng)方案配置進(jìn)行優(yōu)化選擇，才能實(shí)現(xiàn)能源的高效利用以及熱電聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 熱電聯(lián)供系統(tǒng)的配置原則

熱電聯(lián)供系統(tǒng)的配置原則主要是在滿足節(jié)能減排需求的基礎(chǔ)上，提高能源的綜合利用率。在能源負(fù)荷中心區(qū)域，統(tǒng)籌天然氣資源、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益，合理選擇建設(shè)規(guī)模，優(yōu)化系統(tǒng)配置，確保熱電聯(lián)供系統(tǒng)的健康有序發(fā)展。在能源利用上，嚴(yán)格遵循能源梯級(jí)利用原則，發(fā)揮天然氣分布式能源的優(yōu)勢(shì)，兼顧天然氣和電力需求削峰填谷，綜合改善城市環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

2.1 發(fā)電機(jī)的選型

熱電聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與耦合方案是一套非常復(fù)雜的系統(tǒng)，中間設(shè)計(jì)熱電能量形式的轉(zhuǎn)化和利用。在充分滿足城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)生活應(yīng)用的同時(shí)，還要充分考慮各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的適配效果，根據(jù)功能應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)來(lái)有效的進(jìn)行補(bǔ)充和校核。同時(shí)，由于其利用的核心資源為可燃?xì)怏w，存在一點(diǎn)的危險(xiǎn)性，必須將其的安全特性考慮在整個(gè)方案的全生命周期中。同時(shí)為了該系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)效益也是考量該方案能否適用的重要因素。綜合來(lái)說(shuō)，熱電聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心在于高效環(huán)保的開(kāi)發(fā)利用能源投入城市建設(shè)當(dāng)中。

2.2 具體選址

在進(jìn)行選址時(shí)，相對(duì)比傳統(tǒng)的發(fā)電及冷熱供應(yīng)方式，熱電聯(lián)供系統(tǒng)在使用場(chǎng)景上更占據(jù)優(yōu)勢(shì)，尤其是在節(jié)能減排的大環(huán)境下。針對(duì)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)較高，經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)，對(duì)電力要求比較旺盛，同時(shí)峰谷電價(jià)突出的區(qū)域，建設(shè)天然氣分布式能源項(xiàng)目具有天然的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合上述特點(diǎn)，人員密集區(qū)尤其是符合率波動(dòng)較大的工業(yè)園區(qū)；醫(yī)院、大型賓館、火車(chē)站及機(jī)場(chǎng)等電量負(fù)荷較高同時(shí)對(duì)冷熱負(fù)荷要求比較集中的區(qū)域，這些區(qū)域都是天然的分布式能源建設(shè)優(yōu)先選擇目標(biāo)。

3 能源環(huán)境工程熱電聯(lián)供技術(shù)應(yīng)用建議

在大規(guī)模園區(qū)開(kāi)發(fā)中，如果建筑規(guī)模在數(shù)百萬(wàn)平方米以上、電力負(fù)荷達(dá)到數(shù)百兆瓦規(guī)模，可以采用中型的天然氣聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供系統(tǒng)。目前最先進(jìn)的設(shè)備理論發(fā)電效率可達(dá)60%。系統(tǒng)可由電力企業(yè)投資和經(jīng)營(yíng)。在系統(tǒng)配置上，可以采取集中供熱的辦法。但要引入價(jià)格談判機(jī)制，尤其是熱價(jià)，要打破在電力定價(jià)機(jī)制上的價(jià)格壟斷。

加緊開(kāi)發(fā)以小型燃料電池為核心裝置的熱微網(wǎng)和電力微網(wǎng)。燃料電池的發(fā)電效率很高，因此其產(chǎn)熱相對(duì)較少，熱電比較低（小于1），在建筑中應(yīng)用可以“以電定熱”，適應(yīng)現(xiàn)在電力只能并網(wǎng)不能上網(wǎng)的現(xiàn)狀。我國(guó)現(xiàn)在把燃料電池的研發(fā)重點(diǎn)放在汽車(chē)動(dòng)力上，其實(shí)基于天然氣的燃料電池在建筑熱電聯(lián)供系統(tǒng)中應(yīng)用，相對(duì)更容易形成商業(yè)化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。燃料電池技術(shù)還可結(jié)合智能電網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，形成能源互聯(lián)網(wǎng)，成為新一代低碳能源系統(tǒng)。

對(duì)低碳城市而言，生物質(zhì)能源的利用重點(diǎn)在于用垃圾作為燃料的熱電聯(lián)供技術(shù)。國(guó)內(nèi)對(duì)垃圾發(fā)電有很大爭(zhēng)議，但與其打“口水戰(zhàn)”，還不如尋找更好的技術(shù)路線。無(wú)論那一種熱電聯(lián)供技術(shù)，電力并網(wǎng)上網(wǎng)都是不可回避的問(wèn)題。從根本上講，分布式能源技術(shù)和可再生能源技術(shù)如果沒(méi)有電力并網(wǎng)上網(wǎng)政策的支撐，是不可能實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。在利益格局多元化的資本主義國(guó)家都可以解決的這個(gè)問(wèn)題，在我們具有社會(huì)主義制度優(yōu)越性的中國(guó)，更應(yīng)該得到協(xié)調(diào)和解決。有關(guān)各方利益應(yīng)當(dāng)在國(guó)家發(fā)展低碳綠色經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略目標(biāo)下統(tǒng)一起來(lái)。在上網(wǎng)問(wèn)題解決之前，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)“以電定熱”的小型熱電聯(lián)供系統(tǒng)的扶持力度，不能因?yàn)槠淠苄У投穸ㄆ錅p排作用。

結(jié)束語(yǔ)

為了提供我國(guó)的能源利用率，緩解我國(guó)的能源匱乏壓力，本文針對(duì)能源環(huán)境工程熱電聯(lián)供技術(shù)進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了當(dāng)前我國(guó)能源現(xiàn)狀與環(huán)境問(wèn)題，并明確了熱電聯(lián)供系統(tǒng)及配置原則，最終得出了能源環(huán)境工程熱電聯(lián)供技術(shù)應(yīng)用建議。

參考文獻(xiàn)：

[1]佚名.歡迎全國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)及能源環(huán)境工程專(zhuān)家參會(huì) 2018北京煤改電清潔能源工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)研討會(huì)[J].農(nóng)電管理，2018，No.271（06）：84.

[2]佚名.歡迎全國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)及能源環(huán)境工程專(zhuān)家參會(huì) 2018北京煤改電清潔能源工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)研討會(huì)[J].農(nóng)電管理，2018，No.271（06）：84.

[3]嚴(yán)曉紅，薛滔，李澤華，等.住宅用固體氧化物燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[J].可再生能源，2018，36（1）：151-158.

[4]佚名.考慮電動(dòng)汽車(chē)用戶意愿的熱電聯(lián)供型微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度[J].電力建設(shè)，2018，39（9）.

[5]楚曉琳，楊東.基于隨機(jī)規(guī)劃的建筑集群冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].運(yùn)籌與管理，2018（3）.