天然氣冷熱電聯供系統發展問題的探討

郭兵杰 趙巖 郭延純 趙亮

摘 要：文章闡述了天然氣CCHP系統的含義，對國內外天然氣CCHP系統發展現狀進行了分析和總結，分析了其可對能源梯級利用，提高能源的綜合利用率及環保、安全等優點，并對目前推廣應用天然氣CCHP系統存在的政策、技術等方面問題進行了探討。

關鍵詞：天然氣CCHP；節能；環保

1 引言

地球環境變化要求必須向低碳轉型，碳排放的約束使得世界能源構成發生重大轉型。一次能源構成向低碳轉型的途徑有：利用煤的清潔利用技術以及CO2捕集和封存；發展可再生能源、核能；發展低碳化石能源天然氣。天然氣作為一種清潔能源是從煤碳、石油等一次能源向可再生能源、核能過渡歷史時期最重要的化石能源[1]。我國《能源發展“十二五”規劃》提出： “十二五”時期要加快能源生產和利用方式變革，強化節能優先戰略，全面提高能源開發轉化和利用效率，合理控制能源消費總量，構建安全、穩定、經濟、清潔的現代能源產業體系。隨著人們對生活質量提出更高的要求，為居民同時供熱和供冷已經成為許多城市提高生活質量的要求。天然氣CCHP系統不僅能夠同時為居民提供電力和冷熱，而且具有高效、節能、環保的特點。

2 天然氣CCHP系統簡介

工作流程：空氣供入壓氣機壓縮成高溫高壓的壓縮空氣，流入燃燒室與天然氣混合后燃燒，形成高溫、高壓、高速的燃氣流，流入燃氣透平并推動燃氣透平旋轉，經透平軸輸出機械功帶動發電機發電。同時產生高溫煙氣，高溫煙氣產生的廢熱由余熱鍋爐吸收轉換成蒸氣，蒸氣用于吸收制冷裝置制冷。而低溫煙氣的熱量經換熱器轉換成熱水供用戶生活和采暖[2]。這樣實現對天然氣燃燒產生的熱能進行梯級利用：將高品位熱能用來發電，利用做過功的低品位熱能來制冷、制熱和生活熱水。天然氣CCHP將“高能高用、低能低用，溫度對口、梯級利用” 作為理論指導，其目標是高能效、經濟性和碳減排。能效、經濟性和碳減排是它的三個衡量標準。其中最關鍵的是能效，至少要達到70%才能有經濟性[3]。

3 國內外CCHP發展狀況

3.1 國外CCHP發展狀況

美國、日本、倫敦等許多國家經歷的停電事故，暴露了集中電源供電可靠性的不足。許多國家建設了天然氣分散式電源作為集中電源供電的安全可靠性保障。為了提高能源利用效率，城市的冷、熱量供應從分散式轉變成集中供冷、熱。這樣把“分散式電源”和“集中供冷供熱”有機的結合在一起，能源利用效率得到大大提高，形成“分布式冷熱電聯供能源系統”。在歐洲，丹麥、英國、荷蘭等國家的分布式能源系統的發展處于世界領先水平，德國、葡萄牙和意大利等國家的分布式發電量也占有較大比例。在亞洲，日本較早開展了分布式發電供能技術的理論和應用研究[4]。可見，天然氣CCHP已在國際上得到廣泛應用。

3.2 國內CCHP發展狀況

從上世紀90年代開始，上海開始建設天然氣分布式能源項目。到2011年底，上海共實施了天然氣分布式能源項目26個，總裝機容量為14180千瓦。隨著北京天然氣使用領域的擴展，北京建設了一批天然氣分布式能源項目，已建成投入運行的有11個項目，總裝機容量約為15452千瓦。上海浦東國際機場、北京南站、北京中關村軟件園、廣州大學城、北京燃氣集團監控中心、北京未來科技城、上海同濟醫院等都已投入運行[5]。國家《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》中規劃，“十二五”期間將建設1000個左右天然氣分布式能源項目，到2020年，在全國規模以上城市推廣使用天然氣分布式能源系統，裝機規模達到5000萬kW[6]。《天然氣發展“十二五”規劃》預計到2015年天然氣消費量占一次能源消費總量的比重達到7.5%[7]。這些對我國發展天然氣分布式能源將是一個機遇。

4 探討我國天然氣CCHP面臨的問題

第一，成本問題。天然氣CCHP與傳統的集中發電、供熱、供冷系統相比較，單位造價比較高，投資成本相對較大。加上日常的設備運行、維護等，就需要政府部門的政策支持和資金補貼，天然氣CCHP才能獲良好的發展。

第二，技術方面。我國天然氣CCHP技術還不夠成熟，經驗不夠豐富，設備系統運行還不夠穩定。與其他國家相比，我國生產的小功率燃氣輪機和微燃機較少，影響了天然氣CCHP發展。天然氣CCHP對使用單位的技術要求較高，運行和維護的技術人員要達到相應的技術水平。

第三，并網上網難。天然氣CCHP生產的富余電力并入電網存在著許多障礙。如并網沒有統一的技術標準，其安全穩定性不能得到有力的保障；如果實際項目與規劃不協調，會對城市總網產生影響；此外，還有并網的價格問題，天然氣CCHP發電的上網電價比煤電價格高，市場競爭力相對較弱。這些成為阻礙天然氣CCHP發展的障礙。

第四，天然氣供應保障。天然氣CCHP的快速發展必然會增加天然氣需求量，保障天然氣資源的供應將成為重要任務。

第五，政策、法律、規范有待深化細化。我國天然氣CCHP發展處于起步階段，雖然已經出臺了鼓勵發展的相關政策，但法律規范、財稅金融政策、優惠政策等方面都需要進一步的統一和細化。

第六，社會認知度不夠高。政府相關部門、能源利用企業、建筑單位等相關部門以及社會大眾對于建設天然氣CCHP的前景和重要性認識不足，不利于天然氣CCHP的推廣應用。

5 結束語

天然氣CCHP能夠大大提高能源的利用效率，減少輸配電線路的損耗和供熱管網的能耗，節能效果明顯。它還可以減輕電網的高峰負荷壓力。政府部門應結合“十二五”發展規劃，制定好能源規劃，特別是新開發工業園區、 新城區的能源和電力規劃，并與天然氣下游市場拓展規劃相結合。此外，還應出臺更細化的政策，落實鼓勵和補貼政策；建立統一的技術規范及協調機制，解決并網上網的技術、利益、價格等的問題。分布式天然氣CCHP將在能源綜合利用方面占有十分重要的地位，具有良好的應用價值和發展前景。

參考文獻

[1]華賁.低碳發展時代的世界與中國能源格局[J].中外能源，2011，16（2）：1-9.

[2]殷平.冷熱電三聯供系統研究[J].暖通空調，2013，43（4）：10-17.

[3]華賁.從熱電聯產到天然氣冷熱電聯供[J].中外能源，2011，16（11）：25-19.

[4]Akorede，M.F.，H.Hizam，E.Pouresmacil，Distributed energy resources and benefits to the environment[Z].2010，14（2）：724-734.

[5]岳章.天然氣分布式能源發展蓄勢[N].21世紀經濟報道，2013.

[6]楊朝紅.天然氣分布式能源及其在我國的發展趨勢--專訪天然氣分布式能源專家王新雷[Z].國際石油經濟，2012（1）：107-109.

[7]陳柳欽.發展天然氣分布式能源正當其時[N].中國礦業報，2013.

作者簡介：郭兵杰（1989-），男，漢族，河北省滄州人，碩士在讀，研究方向：制冷與熱泵理論及技術，清潔、可再生能源。