探討冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在新興城區(qū)的發(fā)展

深圳市規(guī)劃國土發(fā)展研究中心　張　旭　張　濤

探討冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在新興城區(qū)的發(fā)展

深圳市規(guī)劃國土發(fā)展研究中心張旭張濤

結(jié)合深圳坪山新區(qū)城市建設(shè)低碳發(fā)展理念，詳細(xì)闡述了以天然氣為燃料的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的技術(shù)原理、系統(tǒng)分類及作用，為熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在低碳領(lǐng)域的研究提供了借鑒。

低碳冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)區(qū)域型能源站園區(qū)型能源站用戶型能源站

0　坪山新區(qū)發(fā)展概況

坪山新區(qū)位于深圳市東北部，于2009年6月30日掛牌成立。轄區(qū)總面積約168 km2，下轄坪山、坑梓2個辦事處共23個社區(qū)，總?cè)丝诩s60萬，其中戶籍人口約3.6萬。

坪山新區(qū)以低碳發(fā)展理念為指導(dǎo)，圍繞建設(shè)“區(qū)域合作示范區(qū)、產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)區(qū)、智慧新城、理想新城和幸福家園”的要求，將在未來努力打造成為特色鮮明、功能完善、結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)業(yè)高端、環(huán)境優(yōu)美、人文豐富、集聚動力和充滿活力的深圳跨越與轉(zhuǎn)型發(fā)展的先鋒城區(qū)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和自主創(chuàng)新基地，輻射粵東重要的生產(chǎn)性服務(wù)中心。

1　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)”)是指將管道天然氣轉(zhuǎn)換成三種能源產(chǎn)品：電力、熱能(含蒸汽或者熱水)以及冷水，并將其一體化的多聯(lián)產(chǎn)供能系統(tǒng)，是分布式能源系統(tǒng)的表現(xiàn)形式之一。

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的基本理念是能源的梯級利用，即高品位的熱能產(chǎn)生電能、中品味的熱能產(chǎn)生蒸汽或冷水、低品位的熱能產(chǎn)生熱水或者排放，以“分配得當(dāng)、各得所需、溫度對口、梯級利用”的原理將小型化、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，同時把發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱制備蒸汽或熱水供用戶制冷、采暖或洗浴，實(shí)現(xiàn)能源的逐級使用，力求最大程度提高能源綜合利用效率。

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能源梯級利用原理見圖1。

圖1　冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能源梯級利用原理

1.2系統(tǒng)分類

按照服務(wù)范圍、供應(yīng)規(guī)模和技術(shù)類型，通常將冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)初步分為三種類型，即：區(qū)域型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)、園區(qū)型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)和用戶型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。

區(qū)域型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)：主要依托現(xiàn)有或新建天然氣電廠為能源中心，將生產(chǎn)的大部分電力、熱能和冷能，供應(yīng)服務(wù)區(qū)域內(nèi)的居住、商業(yè)、工業(yè)或高科技產(chǎn)業(yè)等用戶(對于主要以發(fā)電上網(wǎng)為主，輔助開展冷、熱利用的電廠項(xiàng)目，只能視為“電廠余熱利用工程”)。天然氣電廠占地較大，根據(jù)其發(fā)電規(guī)模，用地面積在幾公頃至幾十公頃之間。

園區(qū)型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)：自建能源站，以城市建設(shè)區(qū)域(大學(xué)園區(qū)、綜合交通樞紐等)或存在大量電、熱(冷)需求的工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)等為服務(wù)對象，進(jìn)行直供電和集中供熱、供冷。園區(qū)型能源站結(jié)構(gòu)緊湊，用地面積一般在數(shù)千平方米至數(shù)萬平方米之間，可獨(dú)立占地，亦可附設(shè)式建設(shè)。

用戶型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)：自建能源站，主要提供電力和集中供熱、供冷服務(wù)，適宜用戶為用電安全性要求較高，電、熱(冷)負(fù)荷大且穩(wěn)定的建筑群(如大中型醫(yī)院、星級酒店、大型通信機(jī)樓和大型商業(yè)建筑等)。

用戶型能源站安裝方便，可模塊化建設(shè)，較易與其它系統(tǒng)平行組合，占用面積小，需要數(shù)百平方米至數(shù)千平方米，一般以附設(shè)式建設(shè)為主，可建設(shè)于室內(nèi)、地下室和屋頂?shù)葏^(qū)域。

1.3積極作用

1.3.1實(shí)現(xiàn)能源梯級利用，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)用戶的不同需要實(shí)現(xiàn)不同品質(zhì)能源的供給，完成優(yōu)質(zhì)能源的梯級合理化利用。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能夠提高能源的使用效率，能源綜合利用效率可達(dá)80%以上，對一次能源匱乏而力爭成為低碳發(fā)展示范區(qū)的坪山新區(qū)而言，意義尤其重大。

1.3.2削電峰填氣谷

空調(diào)用電在高峰時期，占坪山新區(qū)電力負(fù)荷的比例越來越重(約40%左右)，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，燃?xì)庳?fù)荷則處于低峰期。

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)以管道天然氣為燃料，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，達(dá)到減少夏季電耗，削減電力高峰的作用，并可以燃燒更多的天然氣，填補(bǔ)用氣低谷，在系統(tǒng)上緩解坪山新區(qū)的電力和天然氣供給的季節(jié)性不平衡矛盾，從而提高社會效益。

1.3.3減輕輸電走廊負(fù)擔(dān)、減少電網(wǎng)建設(shè)投資

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)因?yàn)榭拷秒娯?fù)荷中心，可以緩解坪山新區(qū)配電設(shè)施的大規(guī)模投入，從深圳市電力系統(tǒng)的全局分析，則可緩解深圳電源基地外輸電力困難的局面，從而減輕高壓走廊負(fù)擔(dān)。另一方面，在坪山新區(qū)積極推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)的大背景下，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)作為常規(guī)供電源或者應(yīng)急備用電源，可以提升坪山新區(qū)的電力應(yīng)急保障能力。

2　發(fā)展方向

2.1區(qū)域型能源站系統(tǒng)

坪山新區(qū)的工業(yè)熱負(fù)荷需求穩(wěn)定且負(fù)荷量較大，主要由燃油、燃?xì)夂蜕镔|(zhì)燃料的中小鍋爐解決，根據(jù)相關(guān)調(diào)查，用熱工業(yè)近百家，總蒸發(fā)量約為200～400 t/h，涉及染織、紡織、五金加工、生物制藥、食品加工和包裝印刷等行業(yè)。熱負(fù)荷類型分為生產(chǎn)動力熱負(fù)荷和工藝熱負(fù)荷兩類，其中，生產(chǎn)動力熱負(fù)荷多用蒸汽驅(qū)動壓氣機(jī)、風(fēng)機(jī)和水泵等作為機(jī)械動力功，常采用高溫高壓蒸汽，工藝熱負(fù)荷主要用于烘干、加熱和熨燙等工藝流程，通常為低溫低壓飽和蒸汽。

中小鍋爐熱效率不高，維護(hù)繁雜，無完善的節(jié)能措施，能源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，由于環(huán)保設(shè)施未能配套齊全，在生產(chǎn)過程中會排放大量的CO2、NOx等有害氣體，以及造成熱污染、噪聲污染和廢水污染。對于以低碳發(fā)展理念為指導(dǎo)，力求構(gòu)建人文和諧，環(huán)境優(yōu)美的坪山新區(qū)而言，盡量消除中小鍋爐的能源浪費(fèi)及污染問題已迫在眉睫，為此，坪山新區(qū)相關(guān)職能部門已經(jīng)與某兩家大型國內(nèi)電力生產(chǎn)商開展合作研究，擬在坪山新區(qū)發(fā)展區(qū)域型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，擬建設(shè)兩座占地面積均為數(shù)公頃，機(jī)組規(guī)模約在100～350 MW的區(qū)域型能源站，設(shè)想以外供蒸汽置換周邊工業(yè)企業(yè)的中小鍋爐，并通過電力直供(或局部上網(wǎng))和區(qū)域制冷的方式，滿足周圍5 km范圍內(nèi)的商貿(mào)中心、學(xué)校、寫字樓、企業(yè)辦公和部分居住小區(qū)等的電能和冷能需求。

目前，該兩座區(qū)域型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)已開展了前期研究工作，初步擬定了備選場址。

2.2園區(qū)型能源站系統(tǒng)

2.2.1比亞迪汽車廠區(qū)

比亞迪汽車廠區(qū)坐落于坪山新區(qū)南側(cè)，占地面積2.3 km2，以新能源汽車整車裝備制造為主要產(chǎn)業(yè)，是深圳市重點(diǎn)發(fā)展的重型產(chǎn)業(yè)基地之一。

新能源汽車整車裝備制造在生產(chǎn)流程中涉及鑄、鍛、熱、焊、沖壓、機(jī)加工、油漆和電鍍等工藝，需要大量0.6 MPa的高溫飽和蒸汽與穩(wěn)定的電力供應(yīng)，且廠區(qū)內(nèi)配建的辦公樓、宿舍和商場等多棟單體建筑，存在一定規(guī)模的制冷需求。比亞迪汽車廠區(qū)臨近城市天然氣高壓管道和坪山天然氣高中壓調(diào)壓站，具有天然氣供氣優(yōu)勢條件。

比亞迪汽車廠區(qū)具備發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)所要求的負(fù)荷特征和供氣條件，可以考慮以附設(shè)式建設(shè)或獨(dú)立占地的形式，在廠區(qū)內(nèi)建設(shè)園區(qū)型能源站系統(tǒng)，能源站建筑面積5 000～10 000 m2之間。

2.2.2深圳東站樞紐核心區(qū)

深圳東站樞紐核心區(qū)規(guī)劃于坪山新區(qū)中心區(qū)域，占地面積約為57.4萬m2，是一個以鐵路、公路貨運(yùn)和客運(yùn)為主的綜合性交通樞紐。

深圳東站樞紐核心區(qū)內(nèi)規(guī)劃有侯站樓、綜合辦公樓、酒店和住宿區(qū)等建筑(群)，具有一定規(guī)模的生活熱水、空調(diào)冷凍水和生產(chǎn)電力需求。規(guī)劃的東站樞紐核心區(qū)選址，臨近寶龍?zhí)烊粴飧咧袎赫{(diào)壓站，天然氣中壓管網(wǎng)接入方便，管道天然氣供氣條件良好。

綜上，深圳東站樞紐核心區(qū)具備良好的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展條件，可以根據(jù)冷、熱和電的負(fù)荷規(guī)模，規(guī)劃預(yù)留一塊建筑面積約為5 000 m2的市政用地建設(shè)園區(qū)型能源站。

2.3用戶型能源站系統(tǒng)

2.3.1大、中型綜合醫(yī)院

大、中型綜合醫(yī)院是一個能源消耗比較集中的公共場所，冷熱負(fù)荷穩(wěn)定，投資主體明確，具有長期可靠的經(jīng)營能力，適合發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。

大、中型綜合醫(yī)院的主要能量消耗集中在空調(diào)系統(tǒng)部分，包括保持通風(fēng)、制冷的舒適空調(diào)系統(tǒng)和維持特殊房間空氣環(huán)境的潔凈空調(diào)系統(tǒng)。醫(yī)院為維持醫(yī)療、照明和電梯等設(shè)備的正常運(yùn)行，需要大量安全穩(wěn)定的電力供應(yīng)，在滅菌、消毒、高溫和蒸煮等工序上，則有蒸汽或熱水需求。

坪山新區(qū)將在未來新增或改擴(kuò)建約10座大、中型綜合醫(yī)院，可考慮在醫(yī)院的建設(shè)過程中，結(jié)合電、熱和冷的負(fù)荷特點(diǎn)，發(fā)展以附設(shè)式形式(可建設(shè)于屋頂和地下室等區(qū)域)為主的用戶型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，天然氣可由就近的中壓管網(wǎng)接入。2.3.2星級酒店

星級酒店投資主體明確，具有較強(qiáng)的長期穩(wěn)定經(jīng)營能力，冷熱負(fù)荷匹配，具備發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的基本條件。

星級酒店需要大量的電力供應(yīng)，以求保障照明、電器、電梯和其它動力設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，熱負(fù)荷需求主要體現(xiàn)在衛(wèi)生熱水、生活熱水和蒸煮等方面，為求保持所有房間的良好通風(fēng)和空氣環(huán)境，星級酒店均建設(shè)有冷水型中央空調(diào)系統(tǒng)。

坪山新區(qū)可結(jié)合城市品位的提升和商業(yè)價(jià)值的開發(fā)，鼓勵部分星級酒店根據(jù)自身的電、熱和冷需求，發(fā)展用戶型能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，可將能源站建設(shè)于樓頂或空曠區(qū)域，可由建設(shè)于樓棟中的天然氣中壓管道供應(yīng)。

2.3.3大型通信機(jī)樓

大型通信機(jī)樓是現(xiàn)代化通信工具快速普及的結(jié)果。大型通信機(jī)樓里的各類電氣設(shè)備和自動控制系統(tǒng)需要大量、安全的電力供應(yīng)，眾多發(fā)熱元器件在工作狀態(tài)下會散發(fā)出大量的熱量，為保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行，就必須為大型通信機(jī)樓配建完善的制冷系統(tǒng)，提供長期可靠的通風(fēng)、制冷服務(wù)，以求有效平衡多余熱量。大型通信機(jī)樓所具有的上述能源需求特征，非常適宜發(fā)展冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。

坪山新區(qū)現(xiàn)狀建成有2座固話網(wǎng)大型通信機(jī)樓，根據(jù)城市需要和通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，另需新建1座固話網(wǎng)通信機(jī)樓和1座移動網(wǎng)通信機(jī)樓，因此，我們可以考慮以附設(shè)式形式，為坪山新區(qū)的4座大型通信機(jī)樓配套建設(shè)用戶型能源站系統(tǒng)，其管道天然氣的供應(yīng)可以就近從市政天然氣中壓管網(wǎng)接入。

3　結(jié)語

低碳發(fā)展是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的必由之路，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是能量梯級利用和提高能源利用效率的前沿技術(shù)，是低碳發(fā)展在城市規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域的重要表現(xiàn)形式之一。我國對冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)方興未艾，本文意在以深圳坪山新區(qū)為例，探討冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在新興城區(qū)的建設(shè)方向，力求希望其他城市和地區(qū)在城市規(guī)劃編制過程中，充分考慮冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展，為同行們在低碳領(lǐng)域的研究提供借鑒。

Discussion on the Development of CHP System in Urban New Areas

Shenzhen Urban Planning Land Development Research CenterZhang XuZhang Tao

Combining with the low carbon development concept of Pingshan New District of Shenzhen, the paper elaborate the theory, systematic classification and the function of CHP system which use natural gas as fuels, which can be as a reference for the research of CHP system applied in the low carbon area.

low carbon, CHP system, regional type energy station, park style energy station, user type energy station