魏蘇麒，蔣召玉

(1.潞安新疆煤化工集團有限公司露天分公司，新疆 哈密839003;2.西安科技大學機械工程學院，陜西西安710054)

1 引言

世界經(jīng)濟的快速增長以及全球人口數(shù)量迅速增加，致使能源大幅度的消耗，伴隨的是環(huán)境問題的日趨嚴重。大氣中二氧化碳含量的不斷增加給我們的生存和發(fā)展提出了嚴重的挑戰(zhàn)。我國各地區(qū)霧霾現(xiàn)象的出現(xiàn)更是讓民心不安，整治環(huán)境問題已經(jīng)是迫在眉睫。《京都協(xié)議書》的簽訂和哥本哈根會議上的承諾，迫使我國必須走節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟的道路。

低碳經(jīng)濟是以低能耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟模式，是在將環(huán)境問題推向一定高度提出的繼工業(yè)文明后的又一次改革。是以技術(shù)創(chuàng)新為核心的改革方案，旨在提高能源利用率、建立清潔的能源結(jié)構(gòu)。2012年我國發(fā)電設備總產(chǎn)量1.27億千瓦，其中非化石能源發(fā)電設備產(chǎn)量4 567.91萬千瓦，僅占比36.02%，主要還是靠煤炭能源，此外利用煤炭發(fā)電利用率僅三成，效率十分低下。

熱電聯(lián)產(chǎn)對不同品質(zhì)的能量梯度利用，高品位熱能用于發(fā)電，低品位熱能用于供暖，不僅提高了能源的利用率，而且減少了碳化物和有害氣體的排放，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，是發(fā)展低碳經(jīng)濟的一大舉措。

2 熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀

本世紀早期，各國注重經(jīng)濟的發(fā)展，且純發(fā)電規(guī)模能產(chǎn)生顯著的效益，熱電聯(lián)產(chǎn)沒有得到很好的發(fā)展，直到環(huán)境問題越來越顯著和資源問題越來越緊張，熱電聯(lián)產(chǎn)開始得到政府和學者的強烈關(guān)注。美國將區(qū)域供熱列入政府節(jié)能計劃，英國國會將熱電聯(lián)產(chǎn)區(qū)域供熱作為減少國家能耗的重要手段，而法國更是以立法的形式推動熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展，日本以熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為熱源的區(qū)域供熱系統(tǒng)，是僅次于燃氣、電力的第三大公益事業(yè)，歐洲的熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電量也已占其總發(fā)電量的20%。發(fā)達國家?guī)缀蹙鶎犭娐?lián)產(chǎn)有一定的扶持政策，主要包括:給予熱電項目減免稅的待遇、縮短熱電資產(chǎn)的折舊年限、給熱電項目給予低息貸款年利率和一定的額度補貼?；谡呱系母黜椫С郑瑖鉄犭娐?lián)產(chǎn)已經(jīng)比較普及，根據(jù)Petre BLAGA學者在他的論文說提到，熱電聯(lián)產(chǎn)已經(jīng)應用到很多企業(yè)中，并用一系列統(tǒng)計數(shù)字和圖表分析出了熱電聯(lián)產(chǎn)給企業(yè)帶來的效益[3]。此外，國外還一直在用仿真技術(shù)分析了熱電聯(lián)產(chǎn)的可行性。

隨著我國電力體制的不斷改革，電力市場的逐步開放，政府對熱電聯(lián)產(chǎn)政策的滯后都給熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展帶來很大的影響，總體趨勢上我國熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展是十分迅速的，但也存在一些問題，總結(jié)目前國內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)存在的問題，主要有以下幾點:

1)資金不足:熱電聯(lián)產(chǎn)的改造費或建設費比較昂貴，因此短時間內(nèi)不會普及熱電聯(lián)產(chǎn);

2)總體規(guī)劃不夠健全:熱電聯(lián)產(chǎn)需要根據(jù)各個省市的特點制定一套符合實際的分期建設規(guī)劃;

3)政策支持度不足:由于熱能價格相對低廉，且熱網(wǎng)損失偏大而投資熱電聯(lián)產(chǎn)需要的代價較大，政府需要針對熱電聯(lián)產(chǎn)有一定的財稅優(yōu)惠政策，并且目前的熱電聯(lián)產(chǎn)缺乏有效的監(jiān)督和鼓勵，致使現(xiàn)在很多地方政府為了上項目，假借熱電之名，許諾的供熱負荷不給予落實;

4)季節(jié)對熱的需求度不同:冬季熱負荷需求大能取締污染重、分散的小鍋爐，改善環(huán)境，但沒有一套熱、電、冷三聯(lián)的系統(tǒng)建設。

3 小規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)的提出與建立

根據(jù)上面出現(xiàn)的問題，提出建立小規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，針對企業(yè)、小區(qū)、學校、醫(yī)院、村莊等小范圍內(nèi)部實際需求，構(gòu)建相對應的熱電聯(lián)產(chǎn)機組。這就解決了上面提出的幾種問題，小規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)需要的資金少，便于管理，而且避免了長距離運輸減少了能源損失。

3.1 需求分析

以農(nóng)村村莊為例，可以結(jié)合農(nóng)村特點，采用自制天然氣為燃料，建立小規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)機組，其中主要的能源網(wǎng)分析如下:

1)熱能供應網(wǎng)，主要包括暖氣用熱水(約80度)、洗浴及廚房用水(約40度)、飲用水(100度)等;

2)電能供應網(wǎng):暖通空調(diào)設備用電、室內(nèi)外照明設備、電腦網(wǎng)絡設備等等。

3.2 方案設計

小規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)方案總體設計如圖1所示，由農(nóng)村家禽糞便、秸稈、污水等資源建立沼氣池生產(chǎn)沼氣，沼氣經(jīng)凈化后進入貯氣柜，經(jīng)穩(wěn)壓后輸送至內(nèi)燃發(fā)動機，進而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。沼氣內(nèi)燃機排出的廢氣溫度可達300℃，回收這部分熱能以及冷卻水的熱能，用于生活用熱，以及沼氣池溫度控制。

圖1 小規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)方案總體設計

3.3 能源效率技術(shù)分析

熱電聯(lián)產(chǎn)實施的經(jīng)濟和技術(shù)分析是基于能力平衡，包括質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律和動力守恒。

發(fā)動機的機械效率等于電動機軸所做的機械功與輸入功率之比，即

終端發(fā)電效率等于電動機發(fā)電量Qel與機械能之比，即

則電能生產(chǎn)量為:

熱能效率應該等于從冷卻系統(tǒng)與發(fā)動機廢氣回收的熱能之和Qt與起初能量的比值，即

式中 Qp代表損失的能量。

綜合以上關(guān)系，整個熱電聯(lián)產(chǎn)的效率可以表示為:

根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出能源效率如圖2所示。

這里Qu代表有用的輸出功率。

根據(jù)以上關(guān)系，繪出公司電能與熱能產(chǎn)出值見表1。根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出能源效率如圖2所示。

采用式子(5)發(fā)現(xiàn)，小規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)能源利用率能達到70% －80%，遠遠高出熱電廠的能源效率;另一方面，熱電聯(lián)產(chǎn)解決了供暖和環(huán)境問題。天熱氣在一些場所，尤其是在農(nóng)村，很容易制取，農(nóng)村的秸稈、家禽糞便等等都可以作為天然氣的原料，這樣便可進一步提高能源利用率。

表1 電能熱能產(chǎn)出表

圖2 電能熱能比例圖

4 結(jié)語

低碳經(jīng)濟和國際對環(huán)境的重視給熱電聯(lián)產(chǎn)帶來很好的發(fā)展機遇，同時，熱電聯(lián)產(chǎn)也有助于節(jié)約能源、改善環(huán)境質(zhì)量、增加電力供應等。未來熱電聯(lián)產(chǎn)將結(jié)合各地區(qū)熱能電能需求，結(jié)合當?shù)氐哪茉搭愋停?/p>

以發(fā)展小規(guī)模聯(lián)合熱電聯(lián)產(chǎn)為主要趨勢，提高熱電聯(lián)產(chǎn)各個機組性能，最大限度地提高能源利用率，降低環(huán)境污染。

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