浅谈冷热电联产系统及其发展远景

摘 要 : 冷热电联产是在热电联产的基础上发展起来的新兴的节能技术，它将制冷、供热、发电三者容为一体，提高了能源的利用率。本文主要介绍了冷热电联产技术产生的背景，冷热电联产系统的类型，以及冷热电联产在国内外发展的状况，并在最后结合晋江市的实际情况，对晋江市发展冷热电联产技术进行了展望。

关键词 :冷热电联产 天然气

1.前 言

在能源供应日益紧张的今天，节约能源、合理利用能源，以及提高能源利用率已成为普遍关注的问题，其中总能系统的能量综合利用研究是一个重要的节能领域。所谓总能系统，是工程设计的一个重要组成部分，是从全局观念出发的能量总体利用系统。在工业生产部门中，能源一般都是转化为热与电(或功)的形式来利用的。总能系统的内容和要求就是在生产活动中，为取得最好的能源利用总效果，除了提高设备单体和工艺流程的生产效率外，还应综合分析、研究生产全过程的能源转换和能源利用状况，按照系统中可能得到的能源供应及对各种形式、不同品位的能源需求，从总体上合理安排好动能和热能的利用，并使其供需之间的品位进行优化匹配，综合利用好每台设备、每个生产装置、整个企业、直至整个地区的各类能源，实现热和功的高效转换及利用[1]。冷热电联产系统(CCHP-Combined Cooling Heating and Power System)就是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，将制冷、供热及发电过程一体化的多联产总能系统。它是一种区域能源系统，与传统的电制冷和集中供热手段相比，其建设投资可节约成本30%以上，而机房的占地面积则可减少近50%。此外，系统使用的燃料天然气，燃烧后产生的温室气体只有煤炭的1/2，石油的2/3，环保效益巨大。

2.冷热电联产技术产生的背景

初期的冷热电联产是在热电联产的基础上发展起来的，它将热电联产与吸收式制冷技术相结合，使热电厂在生产电能的同时供应热能和冷能，故初期的热电联供立足于电厂。但随着分布式供电概念的提出，冷热电联产又得到新的发展，其中分布式供电是指将发电系统以小规模(数千瓦至50MW的小型模块式)、分散式的方式布置在用户附近，可独立输出冷、热、电能的系统。与常规的集中供电电站相比，其输配电损耗较低甚至为零，可按需要灵活利用排气热量(烟气、蒸汽)实现热电联产或冷热电三联产，提高能源利用率，可广泛应用于同时具有电力、冷热量需求的场所，如商业区、居民区、工业园区、医院等，具有较大的发展潜力。

1.节约电能，缓解电力紧张。空调、制冷用电已达全社会用电量的15%以上，夏季在一些南方城市，空调用电占总用电量的60%左右。

2.环保的需要。氯氟烃类制冷剂(Ru, R12)等对大气臭氧层有严重的破坏作用，已在逐步限制使用直至完全停用，溴化锂吸收式制冷正日益受到重视。

3.节能的要求。近年来，能源消费量增加较快。2004年全国能源消费弹性系数达1.8,全国一次能源总消费量达18.5亿吨标准煤。建筑能耗达一次能源消耗量的18%以上，其中60%用于空调。从节能的角度来看，热电联产是唯一被公认能大规模节约能源的技术，但其实施的先决条件是有热负荷。冷热电联产的实施增加了绝热机组夏季的热负荷，为在福建闽南地区实施热电联产提供了有利条件。

1998年1月1日起实施的《中华人民共和国节约能源法》第三十九条中指出，“国家鼓励发展下列通用节能技术:推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率”。政府有关部门十分重视热电联产的发展，2000年8月22日由国家计委、国家经贸委、建设部、国家环保局联合颁发了计基础(2000)1268号(关于发展热电联产的规定》，为热电联产的发展提供了法律和政策保证。

3.冷热电联产系统的类型

冷热电联产系统的模式有许多种，这主要取决于当地的能源需求结构。无论哪种模式都包括动力设备和发电机、制冷系统及余热回收装置(供热)等主要装置。动力设备主要有燃气轮机、内燃机、微燃机及燃料电池等;制冷装置可选择压缩式、吸收式或其它热驱动制冷方式，主要采用嗅化鲤吸收式制冷机，又包括单效、双效、直燃机等。总的来说，冷热电联产系统有以下几种典型模式[2]-[3],

(1)直燃型(烟气型、余热型)冷热电三联供。如燃气轮机十余热型澳化铿冷热水机组系统，燃气轮机十排气再燃型澳化铿冷热水机组系统，以及燃气轮机+双能源双效直燃式澳化铿吸收式冷热水机组系统等。

(2)燃气-蒸汽轮机联合循环。即燃气轮机+余热锅炉十汽轮发电机+蒸汽型吸收式制冷机系统。

(3)内燃机前置循环余热利用模式。目前，世界上还出现了燃料电池热电联产和光伏热电联产系统。

4.冷热电联产技术的发展状况

4.1 国外发展状况

CCHP在国外的发展始于20世纪70年代的能源危机，最早出现在美国。到目前为止，美国仍是CCHP的积极倡导者。美国能源部1978年就开始提倡发展小型热电联产，在美国能源部的倡导和天然气、电力和暖通空调等工业部门的制造业的参与下，美国提出了众所周知的“CCHP2020年纲领”。“纲领”即宣称，到2020年，美国将使CCHP成为商用和写字楼类建筑高效使用矿物能源的典范，并通过对能源系统的整合，极大地推动经济的增长和居民生活质量的提高，最大限度地降低污染物的排放量。

在欧洲及亚洲，CCHP的发展也日益受到重视，特别是从二十世纪八十年代后，发展比较迅速。英国的Bowman公司现在已成为微型燃机著名的生产商，英国在曼彻斯特机场还成功建立了CCHP项目。曼彻斯特机场是世界上最大的20个机场之一，实行天然气冷热电三联产后，年总产值约180万英镑(含吸收式制冷每年可节电价值5万英镑)，每年可减少C02排放量50000t, S02排放量1000t，经济效益和环保效益十分显著。德国1995年就拥有255台燃气轮机的热电联产机组。日本政府早在上世纪60年代末即大力推动燃气空调发展，燃气空调占据了中央空调市场的85%以上。随着技术的开发和政策方面的鼓励，日本天然气热电冷联供系统的数量从1989年开始迅速增长。到1997年3月末，日本天然气热电冷联供系统已累计达820座、142万千瓦(蒸气轮机包括在内)，其中民用520座、30万千瓦，工业用300座、112万千瓦(蒸气轮机包括在内)。民用座数较多，而工业的装机容量大约是民用的4倍。韩国此后也推动了燃气空调的发展，其燃气空调国内占有率甚至比日本还高，这些都为发展CCHP打下了有利基础。同时，越来越多的国家认识到CCHP系统的意义，从政策和税收等方面大力促成CCHP项目的实施，例如意大利、泰国用减免20%--40%燃料费的办法鼓励建筑物应用CCHP系统。

4.2 国内发展状况

国内冷热电联产应用起步晚，只是近十几年才慢慢开始发展，还处于探索阶段，与欧美、日本等国有一定的差距，其涉及的应用领域主要有三类--工业领域、城市建设和改造、高层建筑等民用场合，其应用范围也主要以分散型和小户型为主。全国多个城市首先实行在燃煤热电厂基础上建立冷热电联产系统，继而在燃气轮机或内燃机基础上建立的燃气热电冷联产系统也陆续得到推广和应用。1992年在山东淄博市张店热电厂率先实施冷热电联产，主要用户为宾馆、商厦、办公楼和住宅等。据张店热电厂计算，实现三联产后，电厂可多创产值170多万，并且提高了热电厂的热效益，每年节标煤1800吨。上海黄浦区中心医院从1999年开始采用三联供。医院每天节省能源费8400元左右，能源利用率达70%以上并有效改善了大气质量。但是，此系统由于设计负荷与运行负荷不平衡，使机组偏离额定负荷下运行，因此需进一步改进，这也给我国小型冷热电联产事业提供了宝贵的经验，并为今后的发展奠定了基础。

冷热电联产技术在国内应用最为典型的要数上海浦东国际机场。机场的能源中心是机场规划设计时“大集中，小分散”即供冷供热方案中最为关键的“集中”供冷供热主站，通过燃气轮机热电联供系统，采用即“汽电共生，冷、热、电三联供”即这一新的制冷供热方式，推动这一先进技术在国内的应用。燃气轮机热电联供系统通过发电机，为并网处的机场用户供电，在技术上还可以向市网送电，通过余热锅炉供热，产生的电和蒸汽通过离心式制冷机组和溴化锂吸收式制冷机组供冷，为航站楼、机场当局办公楼、海关边防联检楼、餐饮娱乐中心、配餐、货运、宾馆、医疗急救中心、金融中心等用户供冷供热，由此称为三联供。能源中心实现三联供的主要设备为一台额定功率4000kW的10.5kV燃气轮机发电机组，一台额定蒸发量为9.7t/h，利用燃气轮机排出高温烟气产生0.9MPa饱和蒸汽的余热锅炉，蒸汽供应量不足时使用的辅助燃气燃油锅炉，使用蒸汽供冷的溴化锂吸收式制冷机组和使用电力制冷的YK离心式制冷机组。外配总量为110t/h辅助蒸汽锅炉，总制冷量24400RT(其中电制冷18400RT，双效蒸汽溴化锂制冷6000RT)。

说起冷热电联产在国内的发展，就不能不提到远大。远大空调有限公司是我国的民营企业，创业于1988年，员工2000名，总部设于北京，生产基地长沙，在纽约、巴黎、吉隆坡设有子公司，是全球规模最大、技术水平最高的吸收式空调制造企业，产品销往30个国家，在中、美、德、西、法等国市场占有率为同行业之首。远大专门生产以热能为动力、以溴化锂为冷媒的吸收式中央空调，它的非电空调主机以天然气、沼气、煤气、柴油、蒸汽、热水、烟气、发电废热、工业废热、太阳能为能源，提供制冷、制热和卫生热水，制冷(热)量为:大型系列150kW-23000kW；小型系列7匹-50匹。2001年6月远大成为在美国能源部BCHP七个高效能源招标项目中唯一三个项目中标的公司(BCHP是英文Building Cooling Heating and Power的简称，即楼宇冷热电联产)。

随着冷热电联产技术的应用在国内逐步地发展壮大，2005年4月，占地68万m2的北京中关村国际商贸城一期工程的冷热电联产系统的合作双方--中国华电工程(集团)公司和江苏双良空调设备股份有限公司冷热电联产战略合作签约仪式在北京举行，合作双方的在建项目是世界规模最大的冷热电联产工程，它标志着我国节能、环保、智能型能源建设进人世界领先水平。

5.结论和展望

受到燃料价格、电价等诸多因素的影响，冷热电联产技术在国内的发展还存在着许多问题，应用领域也还有一定的局限性，然而，随着全社会环保意识的提高，以及在相关政策的扶持下，冷热电联产技术仍以相当快的速度发展起来。对于我国东南地区，例如福建闽南地区，工业区用热负荷较分散，且该地区夏季炎热，需要大量的空调制冷设备，冬季用电负荷因为枯水期导致电网负荷骤然增大，高峰期电力供应紧张。如果发展冷热电联产，则将增加有效的用热负荷，其采暖与制冷的总小时数，接近或等于我国北方城市的采暖小时数，不仅能够扩大电厂的民用经济供热范围，而且还能促进这一地区早日实现冬季供电、夏季空调制冷的迫切愿望。

集中供热(冷)在泉州市的晋江地区才刚刚起步，但主力电厂已有不少。电厂的建设主要是为了提供生产用电，大部分都无供热规划。已建和在建的电厂有数座，如果充分运作好这一批发电厂，不仅发电厂能够获得额外效益，而且利用发电厂多余的排汽或抽汽，可实现区域供热面积1000-1100万m2(建筑面积)，区域供冷面积700万m2。而实际情况是仅深沪港口地区就有大面积区域供热供冷规划。

晋江所在地域资源贫乏，持别是一次能源基本没有，能源消费结构中煤的比重过高、耗量大，造成了比较严重的环境污染。与此同时，由于国民经济的持续、稳定、快速发展，全国出现了能源普遍趋紧的局面，对晋江的经济发展对能源的需求产生了严重影响。如今，福建LNG管道输送即为晋江提供了新机遇，天然气输送到晋江即基本改变晋江市城市居民及工业完全依赖电力和煤炭的局面，有利于调整优化能源结构和有效缓解能源紧张，并对晋江市经济发展、城市建设、人民生活、环境保护等诸多领域将产生积极的影响。冷热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益等优点，是城市治理大气污染和提高能源综合利用率的必要手段之一，是提高人民生活质量的公益性基础设施，符合国家可持续发展战略。因此，冷热电联产技术在晋江地区应当得到大力的推广和发展。