趙 翔 宇

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016)

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談熱電冷三聯(lián)供技術在重慶地區(qū)的應用

趙 翔 宇

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016)

介紹了國內外熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，結合熱電冷三聯(lián)供技術在重慶地區(qū)的應用情況，分析了該技術在發(fā)展應用中存在的問題，提出了在重慶地區(qū)大力發(fā)展江水源熱泵與天然氣三聯(lián)供的能源集成系統(tǒng)的建議。

熱電冷三聯(lián)供，管道，天然氣，能源集成系統(tǒng)

0 引言

隨著人們對環(huán)境污染、能源效率、能源供需的日益關注，實現(xiàn)能源、環(huán)境、經濟協(xié)調發(fā)展成為人類社會追求的共同目標。隨著天然氣的普遍使用和人們對環(huán)境質量要求的不斷提高，熱電冷聯(lián)供技術將成為我國城市建設與發(fā)展過程中頗具潛力的能源供應模式。熱電冷三聯(lián)供(CCHP)又稱分布式供能系統(tǒng)，是一種對能源進行梯級利用，將制冷、供熱及發(fā)電過程一體化的多聯(lián)產系統(tǒng)，具有熱電冷負荷分配靈活、綜合效率高、經濟性能好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，很多有條件的大中型城市(如北京、上海、廣州等)均在積極引進該項技術。為此，重慶市也在努力探求熱電冷三聯(lián)供技術在重慶地區(qū)的應用。

1 國內外熱電冷三聯(lián)供發(fā)展情況

1.1 國外三聯(lián)供技術發(fā)展概況

美國作為全球發(fā)展新型能源系統(tǒng)的先鋒，進一步發(fā)展“分布式熱電聯(lián)產系統(tǒng)”被列為國家長期的發(fā)展規(guī)劃，與此同時還制定了清晰的戰(zhàn)略目標：即到2020年的時候，燃氣分布式能源技術在新建辦公樓群(或商業(yè)樓群)中的應用比例將高達50%，且發(fā)電機組總的裝機容量將在原有基礎上新增9.5億kW，占整個美國總用電量的29%[1]。燃氣分布式能源技術在日本應用領域廣泛。近年來，日本的住宅及小型商務用戶市場中出現(xiàn)容量為1 kW～300 kW小型燃氣分布式發(fā)電系統(tǒng)，超過2 000戶的家庭安裝了容量為1 kW的小型燃氣分布式功能系統(tǒng)(附帶熱水儲藏)[2]。在歐洲，燃氣分布式能源系統(tǒng)產生的發(fā)電量占整個歐洲總發(fā)電量的9%，大約減少1.5億 t的CO2排放量。目前整個歐洲大約10%的電力供應來源于已投入運行的燃氣分布式能源項目所產生的電力，能源項目規(guī)模從幾千瓦到幾百千瓦不等。而德國作為歐洲最大的燃氣分布式熱電聯(lián)產市場，其50%的電力需求是通過燃氣分布式能源項目來提供的，目前德國政府正積極計劃通過大力推廣利用燃氣分布式能源發(fā)電來實現(xiàn)到2020年燃氣分布式能源發(fā)電量達25%的目標。此外，芬蘭的燃氣分布式熱電聯(lián)產發(fā)電量占總發(fā)電量的28%以上，在世界供熱領域處于較高水平。

1.2 國內三聯(lián)供技術發(fā)展概況

與發(fā)達國家相比，我國天然氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展還處于初級階段，截至目前國內主要城市(如北京、上海、廣州)所建項目仍以試點項目為準(見表1)[3]。國內較大的燃氣熱電冷三聯(lián)供能源站項目當屬廣州市大學城能源站項目，該能源站設置2臺7.8萬kW的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，被視為廣東省電網系統(tǒng)中“保亞運”供電且具備黑啟動能力的重要電源，具有良好的經濟效益、社會效益、節(jié)能效益和環(huán)保效益。

表1 北京、上海、廣州市燃氣冷熱電三聯(lián)供工程情況表 kW

2 熱電冷三聯(lián)供技術在重慶地區(qū)的應用

最近幾年，熱電冷三聯(lián)供技術[4]已在國內很多大中型城市得到推廣和應用，也獲得了一些效果和經驗。在此基礎上，重慶地區(qū)也在努力探求天然氣熱電冷三聯(lián)供技術在本地區(qū)的應用，彈子石CBD總部經濟區(qū)集中供冷供熱能源站是重慶地區(qū)第一個已投入使用的試點項目，也是全國首個將江水源熱泵系統(tǒng)和天然氣分布式能源系統(tǒng)結合使用的能源站，不僅可以為周邊建筑提供環(huán)保高效能源保障，富余電力還并入國家電網，開創(chuàng)了能源服務的新篇章。彈子石CBD能源站的特點：1)江水源熱泵系統(tǒng)與熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)結合使用，進一步降低能耗，提高能源利用效率，更經濟。若同樣為用戶提供40度電和1 t熱水，相比傳統(tǒng)中央空調，該能源站可以便宜約16元。2)不設冷卻塔等設備，節(jié)省費用，降低空調噪聲和熱排放問題。3)該項目全部建成并投入使用后，對于冷熱源部分，全年節(jié)能率將高達65%，相當于全年節(jié)省6 560 t標準煤，減少約2萬t的CO2排放量和約1 000 t粉塵排放量，節(jié)省約42萬m3自來水量，節(jié)能效果顯著。

繼CBD項目后，陳家橋、永川等區(qū)域也在進行天然氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)項目建設，具體情況見表2。

表2 重慶地區(qū)冷熱電聯(lián)供項目情況表 kW

可見，重慶地區(qū)熱電冷三聯(lián)產系統(tǒng)發(fā)展項目較少，需要積極引進該項技術，而發(fā)展熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)存在幾處難點：1)經濟性。熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的性能隨運行負荷的降低而降低，為了提高三聯(lián)供系統(tǒng)運行的經濟性，必然需要增加投資，該投資能在多少年內得以償還，即投資回收期成為用戶設計和發(fā)展三聯(lián)供系統(tǒng)最重視之事[5]，而決定熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)經濟性最重要的要素則是設備負荷和運行策略。2)熱電不平衡。受用能區(qū)域熱電需求特點及政策制約，三聯(lián)供系統(tǒng)只能處于部分負荷狀態(tài)下運行。3)能源系統(tǒng)劃分及管網系統(tǒng)。在進行熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)設計時，關于水系統(tǒng)是按能源中心還是按能源分布特點進行劃分是設計者必須思量的問題，因為與常規(guī)空調系統(tǒng)相比，聯(lián)供系統(tǒng)的管道長度及管徑較大，管道鋪設、保溫和檢修等成本會影響初投資及運行費用。此外，還應從技術和經濟兩方面對不同管網系統(tǒng)的建設費用、運行費用進行對比分析，從而選擇適宜的管網系統(tǒng)，使項目投資最少且日常維護及管理方便。

用能特點對天然氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)有著不可忽視的影響，若將天然氣熱電冷三聯(lián)供技術與其他技術(如江水源熱泵系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)等)結合使用組成能源集成系統(tǒng)，不僅可以提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，還可以提高系統(tǒng)的運行經濟性。重慶市位于東經105°17′～110°11′、北緯28°10′～32°13′之間的青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，水資源豐富，有利于進一步推進能源集成系統(tǒng)(江水源熱泵系統(tǒng)與天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的結合)的發(fā)展，因為此種能源集成系統(tǒng)中各子系統(tǒng)自身優(yōu)點不僅能夠得到充分發(fā)揮，而且各種能源系統(tǒng)相輔相成，共同為能源中心提供更具安全性、可靠性和經濟性的冷熱源及電能需求。此外，與集中輸送冷凍水的區(qū)域供熱供冷系統(tǒng)相比，當用戶末端負荷率較低時，集中輸送冷卻水的能源總線系統(tǒng)[6]較集中輸送冷凍水的區(qū)域供熱供冷系統(tǒng)在經濟性、效率以及計費管理上具有更多的亮點。近幾年來，能源總線系統(tǒng)因集成應用低品位的“未利用能源”及發(fā)揮規(guī)模效益的優(yōu)點得到了較好的發(fā)展。

3 結語

熱電冷三聯(lián)供技術已在日、英、美等發(fā)達國家獲得廣泛應用，很多有針對性的規(guī)劃可供借鑒。而該項技術在我國還處于初級發(fā)展階段，重慶地區(qū)應以彈子石CBD總部熱電冷三聯(lián)供項目作為平臺，積極發(fā)展天然氣熱電冷三聯(lián)供項目(具備條件時，建議大力發(fā)展能源集成系統(tǒng))，以緩解目前重慶地區(qū)在能源供應中存在的矛盾。

[1] Matthew.Cowie.Characterizing Combined Heating,Cooling and Power systems for buildings through theory and testing[J].Thesis(M.S.),2002(8):13-25.

[2] Lazzarin R.M. A new HVAC system based on cogenerationby an I.C. engine[J].Applied Thermal Engineering,1996,16(7):551-559.

[3] 王玉同.北京市天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)應用系統(tǒng)[D].北京:北京工業(yè)大學碩士論文,2013.

[4] 鄔韶萍,林奇峰.熱電冷三聯(lián)供發(fā)展探討[J].山東化工，2009,38(7):49-51.

[5] 劉 莉,黃錦濤,豐鎮(zhèn)平.100 kW微型燃氣輪機冷熱電聯(lián)產的經濟性分析[J].工程熱物理學報，2004(6)：909-912.

[6] 白 瑋,龍惟定,王培培.多源能源總線系統(tǒng)的技術要點初探[J].湖南大學學報(自然科學版),2009(12):137-141.

Discussion on the application of CCHP technology in Chongqing region

Zhao Xiangyu

(China Coal Mine Science Technology Group Chongqing Design Institute Co., Ltd, Chongqing 400016, China)

The paper introduces the development status of CCHP system at home and abroad. Combining with the application conditions of CCHP technology in Chongqing region, it analyzes problems existing in the technology development and application, and puts forward the suggestions of developing integrated energy management system by combining river water thermal pump with natural gas CCHP.

CCHP, pipeline, natural gas, integrated energy management system

1009-6825(2016)30-0195-02

2016-08-17

趙翔宇(1984- )，男，工程師

TU201.5

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