我國發(fā)展天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的制約條件

深圳市規(guī)劃國土發(fā)展研究中心 張 濤 張 旭

我國發(fā)展天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的制約條件

深圳市規(guī)劃國土發(fā)展研究中心 張 濤 張 旭

詳細(xì)闡述了天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的技術(shù)原理，分析了其積極作用，并結(jié)合國內(nèi)外天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)論證了制約我國冷熱電三聯(lián)供市場發(fā)展的主要因素。

天然氣 冷熱電三聯(lián)供 制約因素

1 天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)介紹

1.1 技術(shù)原理

天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)(以下簡稱冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，即CCHP/Combined Cold Heat and Power或DES)，是指將天然氣燃料同時(shí)轉(zhuǎn)換成三種產(chǎn)品：電力、熱或蒸汽以及冷水，并將其一體化的多聯(lián)產(chǎn)供能系統(tǒng)，是分布式能源的表現(xiàn)形式之一。冷熱電三聯(lián)供供能模式較傳統(tǒng)的分散式供能模式而言，其能源綜合利用效率可在80%以上。

天然氣燃燒后的高品位能量在三聯(lián)供的動(dòng)力系統(tǒng)中用于發(fā)電，動(dòng)力系統(tǒng)排放的熱量品位相對次之，可用于提供冷、熱等中、低品位產(chǎn)能，進(jìn)而形成冷、熱、電三種能量的聯(lián)合供應(yīng)。具體來講就是以“分配得當(dāng)、各得所需、溫度對口、梯級(jí)利用”原則將小型化、模塊化的發(fā)電系統(tǒng)布置在用戶附近，利用城市管道天然氣為燃料發(fā)電供用戶使用，同時(shí)把發(fā)電過程中發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的冷卻水和排氣中的余熱用熱交換系統(tǒng)，回收生產(chǎn)熱水或蒸汽供用戶采暖、洗浴或制冷，以此實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，使得能源綜合能源利用效率大大提高。

1.2 積極作用

1.2.1 提高電力供應(yīng)可靠性

改革開放以來，我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對電力的需求逐年快速增長，對電力供應(yīng)的依賴程度也逐年升高，然而，從2003年美國、加拿大大面積停電事故和2008年我國南方地區(qū)冰雪災(zāi)害可以看出，在我國現(xiàn)有的大電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架下，我們不論進(jìn)行多大的技術(shù)和資金投入，都不可能完全避免類似停電事故的發(fā)生，未來要真正做到提高電力供應(yīng)的可靠性，就必須對大電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行修補(bǔ)性的改善，為此，契合低碳理念，發(fā)展以天然氣為燃料的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，可謂是治愈大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)性缺陷的重要良方之一。

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)因?yàn)榭拷脩魝?cè)，可以有效減少6%~7%的輸電線損，解決長途輸電、多層變電、配電設(shè)施建設(shè)的困難，減輕走廊負(fù)擔(dān)，另一方面，在真正意義上的智能電網(wǎng)環(huán)境下，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)既可以作常規(guī)供電電源，又可作為應(yīng)急備用電源，能夠保障部分重要用戶的電力供應(yīng)安全。

1.2.2 提高能源綜合利用效率

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以一體化向用戶提供冷、熱、電等多種能源，并根據(jù)用戶需求的不同，能夠?qū)崿F(xiàn)不同品質(zhì)能源的供應(yīng)，較傳統(tǒng)通過電力來滿足冷、熱供應(yīng)的獨(dú)立系統(tǒng)而言，實(shí)現(xiàn)了不同循環(huán)的有機(jī)整合與梯級(jí)合理化利用。

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的綜合能源利用率可達(dá)80%以上，有效提高了能源的使用效率，比單純的燃油電廠、燃?xì)怆姀S、燃煤電廠以及在諸多工業(yè)企業(yè)中配建的中、小型鍋爐要高出許多。

1.2.3 削電峰填氣谷

近年來，在全國范圍內(nèi)空調(diào)用電占電力負(fù)荷的比例越來越重(部分地區(qū)已達(dá)到40%以上)，在夏季，空調(diào)用電需求量較大，電力負(fù)荷出現(xiàn)高峰期時(shí)，天然氣負(fù)荷則處于低峰期。以天然氣為燃料的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，能夠利用溴化鋰吸收式制冷機(jī)組替代部分傳統(tǒng)電空調(diào)機(jī)組進(jìn)行通風(fēng)制冷，有效的減少夏季電耗，削減電力高峰，與此同時(shí)，伴隨夏季電、冷負(fù)荷量的增加，對天然氣的需求量會(huì)隨之增長，這樣就填補(bǔ)了天然氣負(fù)荷的需求低谷，從而有效的緩解能耗供應(yīng)中的季節(jié)性不平衡矛盾，減少電力供應(yīng)系統(tǒng)和天然氣輸配系統(tǒng)的調(diào)峰設(shè)施建設(shè)規(guī)模，提高社會(huì)效益。

1.2.4 提高環(huán)境質(zhì)量、減少資源消耗

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)采用的溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，使用對環(huán)境安全無害的天然制冷劑溴化鋰，相比于電制冷機(jī)組采用的制冷劑氟利昂而言，可以有效減少對大氣環(huán)境的污染。另一方面，燃燒天然氣的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，有害氣體及廢料的排放相對較少，對比于油燃料和煤燃料，SO2、固體廢棄物和污水的排放幾乎為零，CO2排放量可減少50%以上，NOx排放量可減少80%以上，總懸浮顆粒物減少95%以上，進(jìn)而在真正意義上達(dá)到節(jié)能減排的效果。

在理論上，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以摒棄大容量遠(yuǎn)距離高電壓輸電線的建設(shè)，由此降低高壓輸電線的電磁污染，減少高壓輸電線的線路走廊和相應(yīng)的土地占用，由此避免對線路下植被的破壞，利于生態(tài)保護(hù)。

2 國內(nèi)、外發(fā)展概況

2.1 國內(nèi)冷熱電三聯(lián)供發(fā)展現(xiàn)狀

在我國，冷熱電三聯(lián)供市場剛剛處于起步階段，現(xiàn)有已建成且投產(chǎn)的項(xiàng)目很少，少數(shù)能源服務(wù)公司已初步具備了獨(dú)立完成冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的策劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)營管理的能力，然而，各地的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)均遭遇了較大阻力，主要受配套政策不到位、利益格局未理順、技術(shù)支持力量不足和核心設(shè)備依賴進(jìn)口等因素影響，現(xiàn)有正常運(yùn)行的項(xiàng)目主要集中在北京、上海等大中型城市。

隨著低碳發(fā)展理念在我國城市規(guī)劃和建設(shè)領(lǐng)域的普及，我國政府主管部門已開始重視冷熱電三聯(lián)供技術(shù)的應(yīng)用，并制訂了相關(guān)政策。上海市近期已頒布了《分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程》，是全國首部對冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)提出詳細(xì)建設(shè)要求的地方技術(shù)規(guī)程。

2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國際上，由于發(fā)達(dá)國家天然氣消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)的比例較大，因此，冷熱電三聯(lián)供技術(shù)從上世紀(jì)70年代就已經(jīng)在部分發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了推廣和應(yīng)用，但真正意義上的快速發(fā)展是近十幾年的事情，少數(shù)發(fā)達(dá)國家在冷熱電三聯(lián)供領(lǐng)域已形成了規(guī)范的制造體系、技術(shù)體系和管理體系，與此同時(shí)，政府主管部門從政策和稅收等方面大力鼓勵(lì)冷熱電三聯(lián)供項(xiàng)目的實(shí)施，并將冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)作為分布式能源的主要形式進(jìn)行大力推廣，現(xiàn)已完全進(jìn)入了成熟以及穩(wěn)定的市場化運(yùn)營階段。

例如，美國在許多大學(xué)校園和辦公樓安裝了冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，于1999年提出了“分布式能源創(chuàng)意”和“分布式能源2020年綱領(lǐng)”，并明確提出，至2020年達(dá)到50%的新建商業(yè)設(shè)施與大學(xué)設(shè)施采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，15%的已建商業(yè)設(shè)施與大學(xué)設(shè)施采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)；日本的能源供應(yīng)領(lǐng)域中，以熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為熱源的區(qū)域供熱(冷)系統(tǒng)僅次于燃?xì)夂碗娏ΓQ為第三大公益事業(yè)，日本頒布了《節(jié)約能源法》，提出通過各類技能措施(包括冷熱電三聯(lián)供技術(shù))，使其到2030年能源消費(fèi)量減少到30%，另外，日本政府以補(bǔ)助、建立示范工程、低利率融資以及給予建筑補(bǔ)助金等形式促進(jìn)三聯(lián)供事業(yè)的發(fā)展；在歐洲，由于能源與環(huán)境問題的壓力以及“京都協(xié)議”的生效，歐洲許多國家重新將冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)等高效節(jié)能技術(shù)擺在了優(yōu)先發(fā)展的位置，已經(jīng)有很多的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)投入了運(yùn)行。

近期國外冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 近期國外冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

近期各國天然氣占一次能源消費(fèi)量比例統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 近期各國天然氣占一次能源消費(fèi)量比例統(tǒng)計(jì)

3 在我國發(fā)展的制約條件

3.1 政策與體制

目前，與冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)相關(guān)的政策和法規(guī)不完善，以及行政體制的不健全阻礙了冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的快速發(fā)展。

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的實(shí)施依賴天然氣的供應(yīng)、與電網(wǎng)的連接、備用電源的保證和消防設(shè)施的保障，涉及多個(gè)部門和多項(xiàng)技術(shù)，然而目前這些配套措施缺乏明晰的協(xié)調(diào)權(quán)威和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，培育冷熱電三聯(lián)供的設(shè)計(jì)和咨詢產(chǎn)業(yè)，鼓勵(lì)電力公司、燃?xì)夤竞湍茉捶?wù)公司參與項(xiàng)目的投資、建設(shè)和管理同樣必不可少。

在上海市閔行區(qū)中心醫(yī)院的大廈里，建設(shè)了一套冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，并在多年的運(yùn)營中獲得了可觀的收益，其成功的關(guān)鍵就在于成立了使電力公司和燃?xì)夤竟餐@利的股份制公司，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了電力、燃?xì)夂腿?lián)供經(jīng)營者的三贏。

3.2 能源支持

3.2.1 氣源供應(yīng)

在全國各地的城市天然氣輸配系統(tǒng)規(guī)劃中，較少考慮冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的用氣需求，從而影響了天然氣輸配系統(tǒng)的合理構(gòu)建，主要表現(xiàn)形式體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

(1)在許多有可能使用冷熱電三聯(lián)供的區(qū)域，管網(wǎng)布置密度不夠，壓力等級(jí)不匹配和供氣能力不足，從而造成了接入困難、使用受限和費(fèi)用增加。

(2)誤將冷熱電三聯(lián)供用氣價(jià)格定義為只優(yōu)于民用燃?xì)饣蛉細(xì)饪照{(diào)，而忽略社會(huì)效益的提高，建議應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)和氣價(jià)等因素，以氣價(jià)(1m3)不高于電價(jià)(1kW·h)的3倍為上限。

3.2.2 電力并網(wǎng)

實(shí)踐證明，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)采用獨(dú)立或孤島的運(yùn)行方式在安全性和經(jīng)濟(jì)性上是不合理的，必須得到外部能源系統(tǒng)的支持，特別是電網(wǎng)的支持尤為顯得重要。然而我國對冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的電力并網(wǎng)，只有原則性的鼓勵(lì)，無具體條款規(guī)定，且受現(xiàn)有利益格局的影響，城市供電部門從自身利益出發(fā)，普遍會(huì)表示反對，因此，國內(nèi)多數(shù)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)只能希望獲得電力并網(wǎng)不上網(wǎng)的支持(大電網(wǎng)為其調(diào)峰，不返送電力上網(wǎng))即可，但隨著分布式能源系統(tǒng)的推廣和大電網(wǎng)向智能化方向的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在真正意義上的并網(wǎng)仍是大勢所趨。

3.3 環(huán)保消防

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在噪音上會(huì)顯露不足，在實(shí)施和運(yùn)營過程中會(huì)受到周邊社會(huì)因素的制約，與此同時(shí)，在環(huán)保規(guī)定上暫無明確標(biāo)準(zhǔn)可依，使得部分地區(qū)適用的準(zhǔn)則脫離現(xiàn)實(shí)發(fā)展水平，造成項(xiàng)目為環(huán)保達(dá)標(biāo)而投資過高，進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)效益。

消防方面，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)面臨消防條例的諸多限制，主要涉及燃?xì)?、?dòng)力和電力等設(shè)備的使用，影響消防安全的因素繁多且較為復(fù)雜，特別是設(shè)置于地下的三聯(lián)供系統(tǒng)，存在易燃易爆的室內(nèi)環(huán)境，潛藏嚴(yán)重的安全隱患，客觀上對消防條例的適用和三聯(lián)供系統(tǒng)的建設(shè)提出了新的要求。

3.4 觀念責(zé)任

相比于國外發(fā)達(dá)國家，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在我國的發(fā)展時(shí)間較短，尚處于起步階段，政府和行業(yè)內(nèi)的認(rèn)識(shí)觀念有待提高，建議國家明晰責(zé)任，強(qiáng)化地方行政機(jī)關(guān)的職責(zé)，規(guī)范行業(yè)內(nèi)的管理，有條件的在國家投資建設(shè)項(xiàng)目中，強(qiáng)化三聯(lián)供項(xiàng)目的前期論證和運(yùn)營監(jiān)管，逐步在全社會(huì)范圍內(nèi)有條不紊的持續(xù)開展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的試點(diǎn)工作。

3.5 技術(shù)因素

3.5.1 負(fù)荷預(yù)測

在我國冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)普遍有兩種指導(dǎo)性觀念：“以熱定電”或者“以電定熱”，雖然兩種觀念各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均都屬于片面的指導(dǎo)觀念。

部分冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的效益不理想的根本原因就是熱、電負(fù)荷預(yù)測出現(xiàn)較大誤差，機(jī)組組裝完成后，在運(yùn)營過程中，基本負(fù)荷得不到保障或者機(jī)組規(guī)模過大導(dǎo)致投資浪費(fèi)，進(jìn)而失去價(jià)格方面的優(yōu)勢，如上海市黃浦區(qū)中心醫(yī)院三聯(lián)供項(xiàng)目，由于機(jī)組選型過大，效益不好，在燃油漲價(jià)后，造成急劇虧損，致使機(jī)組最終停運(yùn)。

3.5.2 方案優(yōu)化

在冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，選擇采用何種工藝，配置多大規(guī)模，如何控制運(yùn)行，都是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對項(xiàng)目的成敗都有可能起到?jīng)Q定性的影響，然而目前國內(nèi)的項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)和論證中還是以定性的成分較多，定量的成分較少，特別是多因素及其變化對項(xiàng)目的輸出效果影響，缺少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)性把控能力，往往只能與近似方案的比較中尋求結(jié)果，使得項(xiàng)目缺乏個(gè)性化特點(diǎn)和創(chuàng)新，降低了系統(tǒng)的適應(yīng)性，因此，在冷熱電三聯(lián)供咨詢行業(yè)內(nèi)，亟待開發(fā)實(shí)用的方案優(yōu)化工具。

3.5.3 自動(dòng)控制

三聯(lián)供系統(tǒng)要求完善的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以在允許的范圍內(nèi)平衡供需，自動(dòng)選擇工況，調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行以及形成最優(yōu)方案并實(shí)施控制，然而，國內(nèi)現(xiàn)有三聯(lián)供系統(tǒng)的自動(dòng)化水平都不是很高，主要是由于系統(tǒng)性功能不強(qiáng)和技術(shù)持續(xù)性發(fā)展滯后。

3.6 市場因素

在我國的冷熱電三聯(lián)供市場上，缺乏專業(yè)的系統(tǒng)集成公司和能源服務(wù)企業(yè)，現(xiàn)有少量公司和企業(yè)的水平良莠不齊，難以滿足良性競爭的發(fā)展要求；設(shè)備的生產(chǎn)和供應(yīng)上，類型不夠齊全，技術(shù)不夠先進(jìn)，環(huán)境適應(yīng)性較差，產(chǎn)品質(zhì)量不夠優(yōu)良且關(guān)鍵技術(shù)嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

3.7 評(píng)價(jià)指標(biāo)

國家和用戶對冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的期望雖然一致，但關(guān)注的重點(diǎn)卻有所不同，國家關(guān)心高效(節(jié)能)、環(huán)保和社會(huì)效益，用戶則更關(guān)心節(jié)約(費(fèi)用)、安全和便利，為此，我們急需一個(gè)合理的平衡點(diǎn)來相互的適應(yīng)和統(tǒng)一，然而目前卻很難以實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)，嚴(yán)重限制了冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)與其他技術(shù)的統(tǒng)籌，客觀上損傷了用戶投資的積極性。

3.8 實(shí)例效果與推廣

目前，我國正常運(yùn)營的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)較少，從技術(shù)類型、使用條件和用戶性質(zhì)來看，能形成典型代表性的項(xiàng)目更少，并且在行業(yè)內(nèi)部我們?nèi)鄙倏茖W(xué)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，特別是對運(yùn)行效果全面系統(tǒng)的測試和項(xiàng)目的后期評(píng)價(jià)，從而影響對冷熱電三聯(lián)供的宣傳和相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)的制定，制約了冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在我國的持續(xù)推廣和健康發(fā)展。

4 結(jié)語

發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是踐行低碳發(fā)展理念的重要形式，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效措施，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展也必將在我國迎來春天，然而通過本文的闡述與分析，我們可以清楚的認(rèn)識(shí)到，在我國的現(xiàn)有條件和技術(shù)水平下，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展仍是困難重重，同時(shí)，實(shí)踐也表明現(xiàn)有的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)虧損的居多，盈利的較少。因此，同行們應(yīng)該正確的意識(shí)到冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)仍處于起步發(fā)展階段，適宜以試點(diǎn)或示范的形式進(jìn)行建設(shè)，并在實(shí)踐過程中不斷地汲取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，通過試驗(yàn)的作用為今后的大規(guī)模普及做好充分的準(zhǔn)備，切忌在當(dāng)下進(jìn)行盲目的大面積推廣。

Constraints of Developing CCHP System in China

Shenzhen Urban Planning and Land Research Center Zhang Tao Zhang Xu

The paper introduces the principal of CCHP system, analyzing its positive effect, and elaborates the constraints of developing the CCHP market in China combined with the status quo of foreign countries as well.

natural gas, CCHP, constraint