天然气热电冷分布式能源系统的发展分析

摘要：天然气是一种清洁、高效的能源，为了使天然气得到合理有效利用，发展天然气热电冷分布式能源系统势在必行。首先介绍了系统的类型，并对系统主要动力装置和设备进行了比较，进而对系统的特点进行了分析。总之，发展天然气热电冷联产系统，是合理利用天然气资源最佳途径和最有效的手段，应该加大宣传力度，制定合理的政策法规，完善行业规章和行业规范，促进天然气高效合理利用的良性发展。

关键词：天然气；热电冷；分布式能源系统

一、概述

燃气冷热电三联供（CCHP），是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力满足用户电力需求，系统排出的废热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者余热直燃机等)向用户供热、供冷。经过能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右，大量节省了一次能源。因此说，燃气冷热电三联供是分布式能源的先进技术之一[1]。郝彦琼等[2]通过对北京市的能源供应现状、用户需求、环保需求以及技术发展等方面的分析，阐述了在北京市推广应用天然气热电冷联供的必要性和可行性。张云飞[3]也分析了杭州市推广天然气热电冷联供系统的可行性。韩学庭等人[4]对天津市应当发展天然气热电冷联产供能方式进行了分析。张宝怀等人[5]阐述了高效利用天然气清洁能源的必要性，介绍了天然气热电冷三联产分布式能源系统的常用流程模式及其特点。

“西部大开发”战略的实施，陕甘宁天然气送达北京、天津等地，“西气东输”工程的实施，为分布式能源系统的发展提供了机遇。

二、系统类型

燃气热电冷三联供系统按照供应范围，可以分为区域型（DCHP）和楼宇型（BCHP）两种。区域型系统主要是针对各种工业、商业或科技园区等较大的区域所建设的冷热电能源供应中心，设备一般采用容量较大的机组，往往需要建设独立的能源供应中心，还要考虑冷热电供应的外网设备。楼宇型系统是针对具有特定功能的建筑物，如写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑所建设的冷热电供应系统，一般仅需容量较小的机组，机房往往布置在建筑物内部，不需考虑外网建设[1]。楼宇型热电冷联产，即通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品味的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。

三、系统动力装置和设备

热电冷联产装置的选择范围很大。就动力装置而言可选择外燃烧式蒸汽动力装置和内燃烧式燃气动力装置；就制冷而言可选择压缩式、吸收式或其它热驱动制冷方式，还可以根据用户性质、条件选择大规模热电冷联产生产装置和设在用户现场的三联产装置。燃气热电冷三联供系统所采用的发电设备主要有燃气轮机、燃气内燃机和微燃机及燃料电池等，所采用的余热利用设备主要有余热锅炉以及蒸汽型吸收制冷机、热水型吸收制冷机和烟气型吸收式制冷机等。

四、系统特点[1]

（一）综合能源利用率高

由于冷能、热能随传输距离的增大，损耗会加大，在目前技术水平下集中供电方式发电效率虽然最高可以达到40%-50%，但是由于距离终端用户过远，其余50%-60%的能量很难充分利用。而冷热电三联供由于建设在用户附近，不但可以获得40%左右的发电效率，还能将中温废热回收利用供冷、供热，其综合能源利用率可达80%以上，比燃气锅炉直接燃烧天然气供热高得多。另外，与传统长距离输电相比，它还能减少6-7%的线损。

（二）具有削峰填谷作用

我国大部分地区冬季需要采暖，夏季需要制冷。大量的空调用电使得夏季电负荷远远超过冬季，一方面给电网带来巨大的压力，另一方面造成冬季发电设施大量闲置，发电设备和输配设施利用率降低。以北京为例，目前50%以上的天然气消费量用于冬季采暖，而夏季天然气最大日使用量仅为冬季约1/9，造成夏季天然气管网的利用率极低，还需要设法储存。采用燃气三联供系统，夏季燃烧天然气制冷，增加夏季的燃气使用量，减少夏季电空调的电负荷，同时系统的自发电也可以降低大电网的供电压力。

（三）经济性较好

根据美国的调查数据，采用冷热电三联供系统分布式能源，写字楼类建筑可减少运营成本12%，商场类建筑可减少运营成本11%，医院类建筑可减少运营成本21%，体育场馆类建筑可减少运营成本32%，酒店类建筑可减少运营成本23%。

（四）具有良好的环保效益

天然气是清洁能源，燃气发电机均采用先进的燃烧技术，燃气三联供系统的排放指标均能达到相关的环保标准。根据相关研究，与煤电相比，天然气发电的环境价值为8.964分/kWh。考虑了环境价值后，三联供系统将具有更好的经济性。根据美国的调查数据，采用冷热电三联供系统分布式能源，写字楼类建筑可减少温室气体排放22.7%，商场类建筑可减少温室气体排放34.4%，医院类建筑可减少温室气体排放61.4%，体育场馆类建筑可减少温室气体排放22.7%，酒店类建筑可减少温室气体排放34.3%。

（五）增强建筑物能源供应的安全性

冷热电三联供系统安装、运行相对比较简单、便捷，可以大幅度提高建筑物用能的电力供应安全性。尤其对于学校、医院等本来就需要备用电源，采用三联供可以兼做备用电源。

五、结语

能源供应和环保问题已经成为制约中国经济发展的主要瓶颈。天然气作为一种清洁、高效的能源，是中国政府推动能源优质化的重点领域。西气东输工程的竣工标志着中国天然气时代的开始，为燃气冷热电三联供提供了资源基础。根据全世界的经验，发展热电联产，特别是小型热电冷联产，是合理利用天然气资源最佳途径和最有效的手段。不仅可以提高能源利用效率，有效改善环境，还能提高天然气的储采比，降低开采、输送成本，从全系统降低天然气的利用成本，从而达到降低气价，提高用户的市场竞争能力。但是，天然气热电冷联共系统在发展过程中还存在许多问题和障碍，应该加大宣传力度，制定合理的政策法规，完善行业规章和行业规范，促进天然气高效合理利用的良性发展。

参考文献

[1]周凤起．冷热电三联供天然气利用新方向．www.省略/newshtml，2007，8.8．

[2]郝彦琼， 李清， 高春梅．北京市推广应用天然气热电冷联供的可行性分析.城市燃气，2005，366（8）．

[3]张云飞．杭州市推广天然气热电冷联供系统的可行性.煤气与热力， 2007， 27(2)．

[4]韩学廷，张静江，黄新枝．天津市应当发展天然气热电冷联产供能方式．天津建设科技，2005，（4）．

[5]张宝怀，陈亚平，施明恒．天然气热电冷三联产系统及应用．热力发电， 2005，（4）．

资助项目：天津市建设系统软课题研究项目（2008-软31）