冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展綜述

齊 鵬

（中國國電集團(tuán)公司，北京100034）

1 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（CCHP）是以天然氣為燃料，同時(shí)具備發(fā)電、供熱和制冷（或除濕）功能的能源轉(zhuǎn)換和供應(yīng)系統(tǒng)［1］，其采用的動(dòng)力裝置包括內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林機(jī)和燃料電池等?；鹆Πl(fā)電效率一般為30%～40%，內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率分別為35%～41%、20%～50%。CCHP系統(tǒng)能源利用率高，為70%以上，大型機(jī)組可達(dá)80%～90%，最高可達(dá)95%；同時(shí)CCHP項(xiàng)目還具有節(jié)能減排、供電可靠、調(diào)度靈活、能緩解電網(wǎng)壓力等優(yōu)點(diǎn)。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國際發(fā)展現(xiàn)狀

美國、歐洲和日本等國家或地區(qū)CCHP起步較早且發(fā)展迅速［1－5］。1978年，美國頒布公用事業(yè)管制政策法，鼓勵(lì)發(fā)展可再生能源和CCHP技術(shù)。到1995年，美國的CCHP總發(fā)電容量已達(dá)45GW。1999年，美國提出“CCHP創(chuàng)意”和“CCHP2020年綱領(lǐng)”：到2010年之前，20%的新建商用建筑、學(xué)校采用CCHP，5%的已建商業(yè)、學(xué)校采用CCHP，25%的美國能源部熱電聯(lián)產(chǎn)用戶使用CCHP；預(yù)計(jì)到2020年，50%新建商用、寫字樓類建筑，15%已建商用建筑、學(xué)校采用CCHP系統(tǒng)。截至2004年，美國CCHP發(fā)電容量達(dá)80GW，已經(jīng)建有1 540個(gè)商業(yè)CCHP項(xiàng)目、1 189個(gè)工業(yè)CCHP項(xiàng)目。

一些歐洲國家，諸如丹麥、芬蘭、德國和荷蘭等，十分認(rèn)可CCHP項(xiàng)目的節(jié)能性和環(huán)保性，對(duì)其發(fā)展一直持比較積極的態(tài)度。丹麥的熱電聯(lián)供項(xiàng)目占電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量的60%以上，荷蘭的熱電聯(lián)供項(xiàng)目占總裝機(jī)容量的40%，英國人口不到6 000萬，CCHP系統(tǒng)卻有1 000多座。

日本從1981年開始支持天然氣CCHP的發(fā)展，并圍繞節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性制定了一系列保護(hù)政策和法規(guī)。到2003年底，日本共有CCHP項(xiàng)目數(shù)量2 915個(gè)，平均容量為490kW。為鼓勵(lì)CCHP發(fā)展，日本規(guī)定CCHP的上網(wǎng)電價(jià)高于火力發(fā)電。在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的資助下，日本在多地建立示范項(xiàng)目，截至2010年底，共安裝3 000多個(gè)示范性燃料電池組。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，我國開始關(guān)注發(fā)展CCHP，并提出了一系列稅收減免、投資抵免和直接補(bǔ)貼政策，促進(jìn)節(jié)能減排項(xiàng)目建設(shè)尤其是促進(jìn)CCHP的發(fā)展。1998年《中華人民共和國節(jié)約能源法》提出，推廣熱電聯(lián)產(chǎn)，發(fā)展熱能梯級(jí)利用技術(shù)，發(fā)展CCHP技術(shù)，提高熱能綜合利用率。2010年4月，國家能源局下發(fā)的《關(guān)于對(duì)＜發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見＞征求意見的函》指出，到2011年我國擬建設(shè)1 000個(gè)天然氣分布式能源項(xiàng)目，到2020年，天然氣分布式能源系統(tǒng)總裝機(jī)容量將達(dá)到5 000萬kW。

3 研究熱點(diǎn)

目前，CCHP研究主要包括對(duì)主要聯(lián)供設(shè)備的研究及系統(tǒng)配置、對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和運(yùn)行優(yōu)化等［5－6］。

3.1 系統(tǒng)配置

CCHP分為發(fā)電、供熱和制冷3個(gè)子系統(tǒng)，系統(tǒng)各部件的選擇和組合方式主要取決于應(yīng)用場合的冷熱電負(fù)荷需求。合適的原動(dòng)機(jī)和余熱利用設(shè)備是實(shí)現(xiàn)聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。文獻(xiàn)［2］分析了CCHP在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)比了不同類型原動(dòng)機(jī)的特性、應(yīng)用場合和成本，對(duì)比分析了溴化鋰和氨水單效、雙效等制冷設(shè)備的熱源需求、制冷特點(diǎn)和性能系數(shù)等。文獻(xiàn)［7］介紹了燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)CCHP在美國的應(yīng)用現(xiàn)狀，根據(jù)變工況下的熱電效率和火用效率比較了兆瓦級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)CCHP的技術(shù)性能及適用范圍。文獻(xiàn)［8］從節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性兩方面評(píng)價(jià)各CCHP配置方案的模擬結(jié)果，分析了熱電比對(duì)所選CCHP設(shè)計(jì)原則及調(diào)峰設(shè)備的影響。

3.2 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

分析CCHP的優(yōu)劣，需要有具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)估方法。文獻(xiàn)［9］以污染排放量和減排率作為環(huán)境性評(píng)價(jià)指標(biāo)，以傳統(tǒng)能源系統(tǒng)作為比較的對(duì)象，研究了CCHP的環(huán)保性能。文獻(xiàn)［10］采用層次分析法，由發(fā)電、制冷與供熱的能量利用率分別乘以不同的權(quán)重系數(shù)后累加，得到了CCHP新的能量梯級(jí)利用率評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。文獻(xiàn)［11］提出了從能源利用效率、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性3個(gè)方面對(duì)CCHP方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法。

3.3 運(yùn)行優(yōu)化

文獻(xiàn)［12］根據(jù)負(fù)荷預(yù)測得到的數(shù)據(jù)，以最小運(yùn)營費(fèi)用和最小污染物排放量為優(yōu)化目標(biāo)，利用Pareto優(yōu)化方法對(duì)能源生產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，按照系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)解集對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，以滿足用戶的消費(fèi)需求。文獻(xiàn)［13］研究了包含微型燃?xì)廨啓C(jī)、吸收式制冷、蓄熱CCHP的能量管理。文獻(xiàn)［14］針對(duì)CCHP的特點(diǎn)，提出了經(jīng)濟(jì)最優(yōu)、能量利用率最高、以電定冷與以冷定電等多種能量管理運(yùn)行模式，并根據(jù)不同的運(yùn)行模式采取不同的控制方法，使聯(lián)供系統(tǒng)高效運(yùn)行。

4 發(fā)展趨勢

近年來，CCHP逐漸向小型化、微型化、民用化發(fā)展［15］。交通不便、電力資源匱乏的一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，小型家庭用戶和商業(yè)建筑都是CCHP的潛在市場。另外，隨著世界各國對(duì)環(huán)保問題越來越重視，對(duì)以太陽能、生物質(zhì)能和氫能等可再生能源為基礎(chǔ)的CCHP的研究也越來越多［6］。

5 結(jié)語

CCHP具有提高能源綜合利用率、實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用的優(yōu)點(diǎn)，在歐美日等發(fā)達(dá)國家或地區(qū)已得到廣泛應(yīng)用，是緩解當(dāng)今世界能源危機(jī)和環(huán)保問題的一種有效途徑，也是當(dāng)前能源類技術(shù)領(lǐng)域中研究的一個(gè)熱點(diǎn)。隨著市場需求的多元化以及各種新技術(shù)的應(yīng)用，許多新型CCHP呼之欲出，但還有很多關(guān)鍵問題需要解決，這將是今后CCHP研究的方向。

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