樓宇型天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

林學(xué)強 華電（廈門）分布式能源有限公司

一、引言

自上世紀(jì)九十年代以來，我國冷熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展歷程如下；1990年-2000年，開始初步探索；2001年-2010年，進入實質(zhì)性實施階段；2011-至今，進入轉(zhuǎn)折階段。隨著樓宇型天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)的不斷進步與發(fā)展，專家學(xué)者們對其經(jīng)濟性展開研究，其側(cè)重點主要傾向于對某些具體項目的經(jīng)濟性分析，比如魏兵等對微小型燃氣內(nèi)燃機以及燃氣輪機冷熱電系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行了分析探究；羅勇等指出電價、燃氣價、熱價等是決定樓宇型天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟性的重要因素；付林等提出了增量評價法，使熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析更為客觀、精確[1]。

二、推廣天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)的意義

（一）節(jié)能環(huán)保效益顯著

冷熱電聯(lián)產(chǎn)，簡稱CCHP,其工作原理是將燃料燃燒過程中產(chǎn)生的高溫?zé)崮苻D(zhuǎn)化為電能，而將低溫?zé)崮苡糜谥评浠蛘吖幔蕴菁壚玫姆绞剑岣吣茉吹木C合利用率。與供電能系統(tǒng)相比，天然氣CCHP可以節(jié)約25%及以上的能源消耗[2]。與此同時，天然氣CCHP系統(tǒng)利用新型環(huán)保材料發(fā)電，大大降低了SO2、CO2、氮化物以及煙塵的排放量，具有較好的社會性與環(huán)保性。

（二）平衡能源結(jié)構(gòu)

夏季是電力使用高峰期，城市電網(wǎng)負荷沉重，同時，夏季也是城市燃氣負荷的低谷期。比如說，北京天然氣的70%，甚至以上都用于供暖，管網(wǎng)的利用率不到30%，而高于40%以上的電力則用于空調(diào)制冷。CCHP系統(tǒng)在城市能源負荷中心的應(yīng)用，可以將電力就近分配，以天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的余熱取代傳統(tǒng)的電力制冷，在緩解城市用電壓力的同時，還能提升天然氣的管網(wǎng)使用率，有利于平衡城市能源結(jié)構(gòu)，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)良性發(fā)展。

（三）能源供給可靠

天然氣管道鋪設(shè)于地下，其設(shè)計、施工、設(shè)備、材料等相關(guān)技術(shù)也基本成熟，因此，天然氣能源供給可靠性高，不受氣候、交通等因素干擾。中壓以上天然氣管道所使用的鋼管對延伸性以及強度的要求較高，通常會使用對地形位移變化具有良好吸收能力的鑄鐵管，以免在地震時無法承受巨大振動。同時，CCHP系統(tǒng)分布于城市能源負荷中心中，在發(fā)生自然災(zāi)害等突出安全事件時，能夠輔助當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)，保障供電安全，削弱電力系統(tǒng)集中供電的負擔(dān)，提高緊急事件的應(yīng)對能力。此外，天然氣CCHP系統(tǒng)，城市電網(wǎng)與發(fā)電機共同承擔(dān)電負荷，燃氣調(diào)峰設(shè)備與熱負荷共同承擔(dān)熱負荷，而調(diào)峰燃氣驅(qū)動吸收式制冷機與余熱共同承擔(dān)冷負荷，為冷熱電聯(lián)產(chǎn)提供多路保障，其能源供給更加穩(wěn)定、可靠。

三、天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟分析

為達到占地少、系統(tǒng)精而簡的目的，樓宇型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通常會采用單循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)電機產(chǎn)生的余熱直接用于制冷、制熱或者除濕，省略余熱鍋爐等中間轉(zhuǎn)換流程，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性與環(huán)保性。與傳統(tǒng)發(fā)電不同，樓宇型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的電力通常不用管網(wǎng)內(nèi)，而是直接用于自身供給。由于天然氣由燃氣公司提供，價格較高，且存在輸送環(huán)節(jié)，適用于商務(wù)中心、機場、車站、醫(yī)院等冷熱電負荷較大的場合。

樓宇型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有一定的電價承受能力，同時，能源可以充分利用，從理論上來講，占有明顯的經(jīng)濟競爭優(yōu)勢。樓宇型天然氣 CCHP系統(tǒng)較為常用的是燃氣動力裝置是小、微型燃氣渦輪發(fā)電機組以及燃氣內(nèi)燃機機組。其中，小型燃氣輪機的發(fā)電效率大約為30%，在高溫或者低負荷的情況下，發(fā)電效率仍會降低。小型燃氣輪機的日常維護工作量不高，大修周期為60000h，發(fā)電余熱單一，只有高溫?zé)煔猓酂崂貌粡?fù)雜，具有高熱效率的優(yōu)勢；燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組的發(fā)電效率可維持在40%，但是在處于低負荷作業(yè)狀態(tài)下，發(fā)電效率會有所降低。由于存在中溫冷卻以及缸套水冷卻等環(huán)節(jié)，燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組的自用電量約為總發(fā)電量的2%～3%之間[3]。燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組的應(yīng)用過程中，應(yīng)對維護保養(yǎng)工作給予高度重視，一般以60000h作為大修周期，且其余熱種類多樣，余熱利用比較復(fù)雜。

針對上述兩種應(yīng)用較為普遍的樓宇型CCHP 系統(tǒng)，對在大修周期內(nèi)的單位電量運行成本以及經(jīng)濟效益進行計算分析，可知樓宇型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)存在輸出能源價格高，但經(jīng)濟效益不佳的問題。究其原因，主要是我國電力以及燃氣價格機制缺乏彈性。一直以來，我國電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展對于市場需求考慮不充分，銷售側(cè)主要由政府制定，這種方式導(dǎo)致市場經(jīng)濟體制的供需發(fā)展不平衡，無法及時需求價格信息反饋給供給測，資源優(yōu)化配置效果不甚理想。

四、結(jié)論與建議

總之，樓宇型天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有清潔高效、供電安全、首先，要對不成功項目進行科學(xué)、客觀地分析，防止施工方、設(shè)計方以及設(shè)備安裝單位互相推諉，造成社會資源浪費，影響行業(yè)有序發(fā)展。其次，注重整理并分析建筑能源消耗，以精確預(yù)測熱、冷、電等負荷的變化趨勢。同時，善于積累建筑用能數(shù)據(jù)，利用動態(tài)負荷分析軟件、仿真軟件等，減少設(shè)計工作量。第三，全面分析冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的重要熱工設(shè)備的負荷特點，例如燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組的余熱溫度變化、主要負荷下的熱平衡等，進而結(jié)合建筑冷熱電的動態(tài)負荷數(shù)據(jù)為設(shè)備配型、運行策略制定以及控制系統(tǒng)的開發(fā)等提供重要依據(jù)。建議與專業(yè)生產(chǎn)廠家建立良好合作關(guān)系，實現(xiàn)聯(lián)供系統(tǒng)的集成化發(fā)展，通過標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、一體化的作業(yè)模式，有效提高CCHP系統(tǒng)的兼容性、可行性、穩(wěn)定細心與便捷性，進而降低樓宇工程的初期投資，促進綜合競爭力的提升。