冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展綜述

齊 鵬

（中國國電集團公司，北京100034）

1 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（CCHP）是以天然氣為燃料，同時具備發(fā)電、供熱和制冷（或除濕）功能的能源轉(zhuǎn)換和供應系統(tǒng)［1］，其采用的動力裝置包括內(nèi)燃機、燃氣輪機、斯特林機和燃料電池等?；鹆Πl(fā)電效率一般為30%～40%，內(nèi)燃機、燃氣輪機的發(fā)電效率分別為35%～41%、20%～50%。CCHP系統(tǒng)能源利用率高，為70%以上，大型機組可達80%～90%，最高可達95%；同時CCHP項目還具有節(jié)能減排、供電可靠、調(diào)度靈活、能緩解電網(wǎng)壓力等優(yōu)點。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國際發(fā)展現(xiàn)狀

美國、歐洲和日本等國家或地區(qū)CCHP起步較早且發(fā)展迅速［1－5］。1978年，美國頒布公用事業(yè)管制政策法，鼓勵發(fā)展可再生能源和CCHP技術(shù)。到1995年，美國的CCHP總發(fā)電容量已達45GW。1999年，美國提出“CCHP創(chuàng)意”和“CCHP2020年綱領”：到2010年之前，20%的新建商用建筑、學校采用CCHP，5%的已建商業(yè)、學校采用CCHP，25%的美國能源部熱電聯(lián)產(chǎn)用戶使用CCHP；預計到2020年，50%新建商用、寫字樓類建筑，15%已建商用建筑、學校采用CCHP系統(tǒng)。截至2004年，美國CCHP發(fā)電容量達80GW，已經(jīng)建有1 540個商業(yè)CCHP項目、1 189個工業(yè)CCHP項目。

一些歐洲國家，諸如丹麥、芬蘭、德國和荷蘭等，十分認可CCHP項目的節(jié)能性和環(huán)保性，對其發(fā)展一直持比較積極的態(tài)度。丹麥的熱電聯(lián)供項目占電力系統(tǒng)總裝機容量的60%以上，荷蘭的熱電聯(lián)供項目占總裝機容量的40%，英國人口不到6 000萬，CCHP系統(tǒng)卻有1 000多座。

日本從1981年開始支持天然氣CCHP的發(fā)展，并圍繞節(jié)能性和經(jīng)濟性制定了一系列保護政策和法規(guī)。到2003年底，日本共有CCHP項目數(shù)量2 915個，平均容量為490kW。為鼓勵CCHP發(fā)展，日本規(guī)定CCHP的上網(wǎng)電價高于火力發(fā)電。在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）的資助下，日本在多地建立示范項目，截至2010年底，共安裝3 000多個示范性燃料電池組。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀80年代，我國開始關注發(fā)展CCHP，并提出了一系列稅收減免、投資抵免和直接補貼政策，促進節(jié)能減排項目建設尤其是促進CCHP的發(fā)展。1998年《中華人民共和國節(jié)約能源法》提出，推廣熱電聯(lián)產(chǎn)，發(fā)展熱能梯級利用技術(shù)，發(fā)展CCHP技術(shù)，提高熱能綜合利用率。2010年4月，國家能源局下發(fā)的《關于對＜發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見＞征求意見的函》指出，到2011年我國擬建設1 000個天然氣分布式能源項目，到2020年，天然氣分布式能源系統(tǒng)總裝機容量將達到5 000萬kW。

3 研究熱點

目前，CCHP研究主要包括對主要聯(lián)供設備的研究及系統(tǒng)配置、對系統(tǒng)的評價和運行優(yōu)化等［5－6］。

3.1 系統(tǒng)配置

CCHP分為發(fā)電、供熱和制冷3個子系統(tǒng)，系統(tǒng)各部件的選擇和組合方式主要取決于應用場合的冷熱電負荷需求。合適的原動機和余熱利用設備是實現(xiàn)聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)濟性的關鍵。文獻［2］分析了CCHP在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，對比了不同類型原動機的特性、應用場合和成本，對比分析了溴化鋰和氨水單效、雙效等制冷設備的熱源需求、制冷特點和性能系數(shù)等。文獻［7］介紹了燃氣輪機和內(nèi)燃機CCHP在美國的應用現(xiàn)狀，根據(jù)變工況下的熱電效率和火用效率比較了兆瓦級燃氣輪機和內(nèi)燃機CCHP的技術(shù)性能及適用范圍。文獻［8］從節(jié)能性與經(jīng)濟性兩方面評價各CCHP配置方案的模擬結(jié)果，分析了熱電比對所選CCHP設計原則及調(diào)峰設備的影響。

3.2 評價準則

分析CCHP的優(yōu)劣，需要有具體的評價指標和評估方法。文獻［9］以污染排放量和減排率作為環(huán)境性評價指標，以傳統(tǒng)能源系統(tǒng)作為比較的對象，研究了CCHP的環(huán)保性能。文獻［10］采用層次分析法，由發(fā)電、制冷與供熱的能量利用率分別乘以不同的權(quán)重系數(shù)后累加，得到了CCHP新的能量梯級利用率評價準則。文獻［11］提出了從能源利用效率、環(huán)保、經(jīng)濟性3個方面對CCHP方案進行綜合評價的方法。

3.3 運行優(yōu)化

文獻［12］根據(jù)負荷預測得到的數(shù)據(jù)，以最小運營費用和最小污染物排放量為優(yōu)化目標，利用Pareto優(yōu)化方法對能源生產(chǎn)機組進行優(yōu)化，按照系統(tǒng)運行的最優(yōu)解集對機組設備進行調(diào)整，以滿足用戶的消費需求。文獻［13］研究了包含微型燃氣輪機、吸收式制冷、蓄熱CCHP的能量管理。文獻［14］針對CCHP的特點，提出了經(jīng)濟最優(yōu)、能量利用率最高、以電定冷與以冷定電等多種能量管理運行模式，并根據(jù)不同的運行模式采取不同的控制方法，使聯(lián)供系統(tǒng)高效運行。

4 發(fā)展趨勢

近年來，CCHP逐漸向小型化、微型化、民用化發(fā)展［15］。交通不便、電力資源匱乏的一些偏遠地區(qū)，小型家庭用戶和商業(yè)建筑都是CCHP的潛在市場。另外，隨著世界各國對環(huán)保問題越來越重視，對以太陽能、生物質(zhì)能和氫能等可再生能源為基礎的CCHP的研究也越來越多［6］。

5 結(jié)語

CCHP具有提高能源綜合利用率、實現(xiàn)能源梯級利用的優(yōu)點，在歐美日等發(fā)達國家或地區(qū)已得到廣泛應用，是緩解當今世界能源危機和環(huán)保問題的一種有效途徑，也是當前能源類技術(shù)領域中研究的一個熱點。隨著市場需求的多元化以及各種新技術(shù)的應用，許多新型CCHP呼之欲出，但還有很多關鍵問題需要解決，這將是今后CCHP研究的方向。

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