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

林學(xué)強(qiáng) 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(jìn)入實(shí)質(zhì)性實(shí)施階段；2011-至今，進(jìn)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(jìn)步與發(fā)展，專家學(xué)者們對(duì)其經(jīng)濟(jì)性展開研究，其側(cè)重點(diǎn)主要傾向于對(duì)某些具體項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析，比如魏兵等對(duì)微小型燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析探究；羅勇等指出電價(jià)、燃?xì)鈨r(jià)、熱價(jià)等是決定樓宇型天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要因素；付林等提出了增量評(píng)價(jià)法，使熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)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?，以梯?jí)利用的方式，提高能源的綜合利用率。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(shí)，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(huì)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(fù)荷沉重，同時(shí)，夏季也是城市燃?xì)庳?fù)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(fù)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(shí)，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(dòng)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(jì)、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(duì)延伸性以及強(qiáng)度的要求較高，通常會(huì)使用對(duì)地形位移變化具有良好吸收能力的鑄鐵管，以免在地震時(shí)無法承受巨大振動(dòng)。同時(shí)，CCHP系統(tǒng)分布于城市能源負(fù)荷中心中，在發(fā)生自然災(zāi)害等突出安全事件時(shí)，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(fù)擔(dān)，提高緊急事件的應(yīng)對(duì)能力。此外，天然氣CCHP系統(tǒng)，城市電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)共同承擔(dān)電負(fù)荷，燃?xì)庹{(diào)峰設(shè)備與熱負(fù)荷共同承擔(dān)熱負(fù)荷，而調(diào)峰燃?xì)怛?qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)與余熱共同承擔(dān)冷負(fù)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(jì)分析

為達(dá)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(huì)采用單循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)電機(jī)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(jì)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?xì)夤咎峁瑑r(jià)格較高，且存在輸送環(huán)節(jié)，適用于商務(wù)中心、機(jī)場、車站、醫(yī)院等冷熱電負(fù)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(jià)承受能力，同時(shí)，能源可以充分利用，從理論上來講，占有明顯的經(jīng)濟(jì)競爭優(yōu)勢。樓宇型天然氣 CCHP系統(tǒng)較為常用的是燃?xì)鈩?dòng)力裝置是小、微型燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)組以及燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)機(jī)組。其中，小型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率大約為30%，在高溫或者低負(fù)荷的情況下，發(fā)電效率仍會(huì)降低。小型燃?xì)廨啓C(jī)的日常維護(hù)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?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率可維持在40%，但是在處于低負(fù)荷作業(yè)狀態(tài)下，發(fā)電效率會(huì)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?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的自用電量約為總發(fā)電量的2%～3%之間[3]。燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用過程中，應(yīng)對(duì)維護(hù)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(duì)上述兩種應(yīng)用較為普遍的樓宇型CCHP 系統(tǒng)，對(duì)在大修周期內(nèi)的單位電量運(yùn)行成本以及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行計(jì)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(jià)格高，但經(jīng)濟(jì)效益不佳的問題。究其原因，主要是我國電力以及燃?xì)鈨r(jià)格機(jī)制缺乏彈性。一直以來，我國電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)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(jì)體制的供需發(fā)展不平衡，無法及時(shí)需求價(jià)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(duì)不成功項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)、客觀地分析，防止施工方、設(shè)計(jì)方以及設(shè)備安裝單位互相推諉，造成社會(huì)資源浪費(fèi)，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(fù)荷的變化趨勢。同時(shí)，善于積累建筑用能數(shù)據(jù)，利用動(dòng)態(tài)負(fù)荷分析軟件、仿真軟件等，減少設(shè)計(jì)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(fù)荷特點(diǎn)，例如燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組的余熱溫度變化、主要負(fù)荷下的熱平衡等，進(jìn)而結(jié)合建筑冷熱電的動(dòng)態(tài)負(fù)荷數(shù)據(jù)為設(shè)備配型、運(yùn)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(shí)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(xì)心與便捷性，進(jìn)而降低樓宇工程的初期投資，促進(jìn)綜合競爭力的提升。