淺析推廣使用冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的重要性

摘 要： 近幾年來我國對環(huán)境問題越來越重視，節(jié)能減排力度越來越大，天然氣作為清潔能源的優(yōu)點(diǎn)日益突出。本文結(jié)合天然氣特點(diǎn)及冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)原理，闡述推廣使用冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的重要性。

關(guān)鍵詞： 冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù) 節(jié)能減排 天然氣

天然氣具有潔凈、高效、儲量豐富、價格穩(wěn)定等特點(diǎn)，但天然氣剩余可采儲量有限，如何合理利用是首要問題。燃?xì)庾鳛槿剂先紵诋a(chǎn)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(xiàn)代城市能源合理利用規(guī)劃中不可忽視的，具有重大經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。目前，余（廢）熱的利用方式很多，如工業(yè)用窯爐的高溫余（廢）熱、發(fā)電廠的中低溫余（廢）熱等利用系統(tǒng)。而冷熱電聯(lián)產(chǎn)方式，是余（廢）熱利用中最主要的表現(xiàn)形式。

一、冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)概述

傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)采用大容量設(shè)備集中生產(chǎn)，然后通過專門的輸送設(shè)施（大電網(wǎng)、大熱網(wǎng)等）將各種能量輸送到較大范圍的眾多用戶。冷熱電聯(lián)產(chǎn)是分布式能源的一種主要形式，冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是位于或臨近負(fù)荷中心的，能夠提供能源的生產(chǎn)、存儲、轉(zhuǎn)換及相關(guān)服務(wù)的小型系統(tǒng)。冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)，大幅度提高能源利用率，減少碳排放，改善城市環(huán)境，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到迅速發(fā)展。

冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，將燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)與直燃機(jī)組合，效率可提高40%。并且，冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的意義不僅在于節(jié)能，更是一場能源產(chǎn)業(yè)的革命：散布在千萬座樓宇中的小型渦輪發(fā)電機(jī)，是國民經(jīng)濟(jì)、國家安全至關(guān)重要而又極為脆弱的紐帶大電網(wǎng)，不再孤立而笨拙。大電網(wǎng)與分散的小型發(fā)電機(jī)并存被公認(rèn)為投資省、能耗低、可靠性高的能源系統(tǒng)，是21世紀(jì)的能源供給主流發(fā)展方向。

二、冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)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(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（簡稱CCHP系統(tǒng)）是以能量的梯級利用為基礎(chǔ)，同時為用戶提供冷、熱和電的一種分布式能源系統(tǒng)。天然氣CCHP系統(tǒng)的熱動力設(shè)備主要有燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池和燃?xì)馔馊紮C(jī)等。

燃?xì)廨啓C(jī)裝置是一種以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與飛機(jī)噴氣式發(fā)動機(jī)一致，類似蒸汽輪機(jī)。主要結(jié)構(gòu)有三部分：燃?xì)廨啓C(jī)、壓氣機(jī)（空氣壓縮機(jī)）、燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機(jī)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(jìn)行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，推動動力葉片高速旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，乏氣被繼續(xù)利用。圖1為典型的燃用天然氣的燃?xì)廨啓C(jī)為驅(qū)動動力的建筑（樓宇）冷熱電三聯(lián)產(chǎn)常規(guī)應(yīng)用方式。

該系統(tǒng)工作過程為：天然氣能源進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)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(qū)動電動熱泵。燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入直燃機(jī)和余熱鍋爐，直燃機(jī)承擔(dān)夏季供冷和冬季采暖，余熱鍋爐內(nèi)高壓蒸汽經(jīng)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(lián)產(chǎn)技術(shù)的重要性

1.提高能源利用率

CCHP系統(tǒng)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(yīng)用建立模型，并將大大緩解集中電網(wǎng)建設(shè)投資壓力，避免遠(yuǎn)距離輸配電損失。CCHP系統(tǒng)貼近用戶進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將溫度向下利用，利用發(fā)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(bǔ)發(fā)電的低效率。雖然CCHP系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)電效率較低，但綜合利用效率達(dá)到80%～90%。

2.緩解電力短缺

CCHP系統(tǒng)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(diào)與電網(wǎng)爭電的局面，有效改善電網(wǎng)負(fù)荷的不平衡性，提高發(fā)電廠設(shè)備的負(fù)荷率。CCHP系統(tǒng)利用燃?xì)饣虬l(fā)電余熱制冷制熱，填補(bǔ)了夏季燃?xì)庥昧康膰?yán)重不足，改善了電力和燃?xì)獠缓侠淼哪茉唇Y(jié)構(gòu)狀況。

3.安全可靠

CCHP系統(tǒng)提供了可靠的供電安全和品質(zhì)保證，尤其是對供電安全和穩(wěn)定性要求較高的用戶，擺脫了電網(wǎng)拉閘限電、崩潰和意外災(zāi)害（如地震、風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)爭等）等突發(fā)性事故帶來的供電危機(jī)，避免了因停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。CCHP系統(tǒng)一般采取并網(wǎng)方式設(shè)計(jì)，大電網(wǎng)與三聯(lián)供發(fā)電機(jī)組互為備用，因此相當(dāng)于用戶增加了一路常用供電系統(tǒng)，提高了用戶供電的可靠性；用戶常規(guī)冷熱的空調(diào)系統(tǒng)一般由電空調(diào)和鍋爐組成，采用三聯(lián)供系統(tǒng)后可以使用發(fā)電機(jī)的余熱供冷或供熱，對于用戶來說，相當(dāng)于在常規(guī)調(diào)峰設(shè)備以外增加了一套空調(diào)冷熱源系統(tǒng)，對于使用電空調(diào)的用戶，更是將供冷動力由原來的單一用電變?yōu)榱丝梢酝瑫r用電和燃?xì)?，提高了用戶的冷熱供?yīng)可靠性。

4.良好的經(jīng)濟(jì)性

隨著電力供應(yīng)的日趨緊張，全國各地紛紛實(shí)行了峰谷電價。采用傳統(tǒng)電空調(diào)除了增加電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)外，用戶還承擔(dān)著高額的運(yùn)行費(fèi)。采用CCHP系統(tǒng)利用發(fā)電后余熱來供熱供冷，整個系統(tǒng)能源效率提高，其能源供應(yīng)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(jīng)濟(jì)效益。

四、結(jié)語

我國目前正處在大發(fā)展中的過程。大機(jī)組、大電廠、大電網(wǎng)是主導(dǎo)方向，但分布式電源將不以人們的意志為轉(zhuǎn)移，必將迅速發(fā)展。通常100MW以上的燃?xì)廨啚榇笮腿紮C(jī)，20-100MW為中型，20MW以下為小型，小于300MW的為微型燃機(jī)。小型燃機(jī)具有高效、清潔、經(jīng)濟(jì)、占地少、自動化水平高，適用分散建設(shè)和可靠等優(yōu)勢，因而發(fā)展很快。倪維斗院士在“能源的發(fā)展前景”報(bào)告中特別提出應(yīng)積極鼓勵和扶持燃?xì)馓烊粴獾臒?、電、冷?lián)供技術(shù)。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(yùn)行，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會效益。全國各省市必將積極推進(jìn)天然氣分布式熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)試點(diǎn)工作。

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