燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)能源的經(jīng)濟(jì)性分析

黎　兵

（重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司北碚分公司，重慶 400700）

燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)能源的經(jīng)濟(jì)性分析

黎兵

（重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司北碚分公司，重慶 400700）

本文以燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性為研究點(diǎn)，介紹了燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)的流程，分析了國(guó)內(nèi)外熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并以某工業(yè)園區(qū)為例，通過(guò)與傳統(tǒng)方案對(duì)比，具體計(jì)算和分析了采用聯(lián)供系統(tǒng)取得的經(jīng)濟(jì)效益，最后根據(jù)作者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述了燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)技術(shù)研究工作的發(fā)展趨勢(shì)。

傳統(tǒng)能源；燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)性

1.燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)流程模式

作為能源系統(tǒng)的常見(jiàn)形式，天然氣分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)也憑借其節(jié)能、環(huán)保、電力可靠的優(yōu)良特性得到了廣泛運(yùn)用和發(fā)展。天然氣分布式熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)具有極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，并且在熱電冷等能量的輸出方面，極易受到相關(guān)因素的影響，如天然氣價(jià)格、建筑負(fù)荷波動(dòng)等，此外，系統(tǒng)運(yùn)行方式以及容量配置在一定程度上也會(huì)影響到系統(tǒng)的工作性能。

熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)是一種能在產(chǎn)生電能的同時(shí)也能利用熱能和冷能的能源系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)，達(dá)到對(duì)燃?xì)夂侠砝玫哪康模蠢酶咂肺坏臒崮馨l(fā)電以及利用低品位的熱能取暖和制冷效果。在該系統(tǒng)中，熱、電、冷被逐級(jí)利用，能夠在很大程度上減少電廠污染物的排放，產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電以滿足用戶基本電力需求，熱水進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生熱水，在外界溫度較高時(shí)，熱水驅(qū)動(dòng)熱水型吸收式制冷機(jī)達(dá)到制冷目的，在嚴(yán)寒天氣時(shí)，余熱進(jìn)入換熱器供暖。通常，燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)運(yùn)行方式是以熱定點(diǎn)，帶動(dòng)設(shè)備根據(jù)用戶所需的熱量運(yùn)行，而若發(fā)電量比所需電量高時(shí)，則將剩余電量賣出，大電量不足時(shí)，則購(gòu)買補(bǔ)充。

2.國(guó)內(nèi)外熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)應(yīng)用情況

熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)是建立在能量梯級(jí)利用的前提下，結(jié)合供熱、發(fā)電以及供冷過(guò)程為一體的多聯(lián)供系統(tǒng)。實(shí)踐證明，熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)作為第二代能源系統(tǒng)，具有提高能源利用效率，減少有害氣體的排放的優(yōu)勢(shì)，目前，已在國(guó)內(nèi)外得到了迅速發(fā)展。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的研究，明顯領(lǐng)先于世界其他國(guó)家的水平，此外，就美國(guó)而言，多年來(lái)美國(guó)一直重視并持續(xù)對(duì)熱電冷技術(shù)的研究，從技術(shù)和政策上尋求聯(lián)供領(lǐng)域的支持，走在了世界上其他國(guó)家的前面。

相對(duì)而言，我國(guó)對(duì)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展起步較晚，且存在明顯差距。改革開(kāi)放后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，另一方面也使得我國(guó)對(duì)世界先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展有了更高的重視和發(fā)展的資本，受到能源結(jié)構(gòu)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件等因素的制約，熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)首先在沿海城市得到了快速發(fā)展，并且積累了很多經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)階段，我國(guó)的熱電冷聯(lián)供項(xiàng)目通常是在熱電廠基礎(chǔ)上修建的，其中山東省淄博時(shí)的熱電冷三聯(lián)供工程極具代表性。此外，北京奧運(yùn)能源展示中的熱電冷項(xiàng)目很大程度上綜合了相應(yīng)資源，并顯現(xiàn)出了極好的節(jié)能效果。

3.工業(yè)園應(yīng)用燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

以某工業(yè)園區(qū)為例，通過(guò)與傳統(tǒng)功能方式進(jìn)行比較，分析燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)的節(jié)能型和經(jīng)濟(jì)性。具體流程如下：

3.1方案設(shè)計(jì)與原理

方案1為內(nèi)燃機(jī)冷熱電聯(lián)供功能方案，采用制冷量為800kW的熱水型吸收式制冷機(jī)一臺(tái)，以及發(fā)電量為250kW、460kW的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)一臺(tái)，余熱鍋爐一臺(tái)和換熱器。方案2為燃?xì)忮仩t供熱傳統(tǒng)功能方案，有制冷量為800kW的電制冷機(jī)，800kW的燃?xì)鉄崴仩t和換熱器。方案3為電網(wǎng)購(gòu)電，電制冷機(jī)制冷，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的傳統(tǒng)方案，有制冷量為800kW的電制冷機(jī)。根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，得各方案的初期投資：方案1為280萬(wàn)，方案2為80萬(wàn)，方案三為150萬(wàn)元。

內(nèi)燃機(jī)消耗天然氣量V可根據(jù)下式計(jì)算：

其中：Qh為系統(tǒng)熱負(fù)荷，Qc為系統(tǒng)冷負(fù)荷，Pc為系統(tǒng)電負(fù)荷，COP為吸收式制冷機(jī)制冷系數(shù)，ηh為換熱器換熱效率，ηb為余熱鍋爐余熱回收效率，ηc為燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組發(fā)電效率，HVg為天然氣地位發(fā)熱量。

全年耗電量為：Vg=V1t1+V2t2+V3t3

式中：t1為供暖期系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，t2為制冷期系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，t3為過(guò)渡期系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。

本文基于熱力平衡原理，并以熱效率為原則，利用一次能源利用率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。通常，一次能源利用率越高，表明系統(tǒng)節(jié)能性越強(qiáng)。

方案1中，一次能源利用率

方案2中，一次能源利用率

方案3中，一次能源利用率

其中：

Pel為系統(tǒng)發(fā)電量；Qcooling為系統(tǒng)制冷量；Qheat為系統(tǒng)供熱量；Qin為系統(tǒng)輸入能量；ηboiler 為燃?xì)忮仩t效率；COPchiller為電制冷機(jī)制冷系數(shù)；ηel為分供系統(tǒng)供電總效率；ηCHP為熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱效率。

之后對(duì)3種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，經(jīng)濟(jì)性分析主要從投資回報(bào)期以及費(fèi)用年值計(jì)算和評(píng)估。所謂的投資回報(bào)期指的是工程中凈收益的累計(jì)值償還投資總額的時(shí)間，而費(fèi)用年值指功能系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的投資均為到運(yùn)行周期的各年份，并將此費(fèi)用相加得到的總費(fèi)用。其中，投資資金時(shí)間價(jià)值動(dòng)態(tài)投資回收期Nd滿足：

表1　費(fèi)用年值構(gòu)成

式中：A為每年的凈收益，i為年利率，F(xiàn)為系統(tǒng)初投資總額。

采用費(fèi)用年值分析中，三聯(lián)供系統(tǒng)費(fèi)用年值

式中：R為投資回收系數(shù)，Cw為設(shè)備維護(hù)費(fèi)，Cg為天然氣費(fèi)用，Cr為年人工費(fèi)，Ce為電費(fèi)。

其中，投資回收系數(shù)

式中，n為設(shè)備壽命。

3.2經(jīng)濟(jì)性分析與評(píng)價(jià)

首先通過(guò)費(fèi)用年值進(jìn)行評(píng)估，費(fèi)用年值是將供能系統(tǒng)各設(shè)備的初投資均攤到設(shè)備壽命周期內(nèi)的各個(gè)年份，然后將此費(fèi)用與每年的運(yùn)行費(fèi)用相加，構(gòu)成系統(tǒng)的年費(fèi)用。經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出3種方案的費(fèi)用年值見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得出結(jié)論，方案1的費(fèi)用年值明顯低于方案2與方案3的費(fèi)用年值，可以說(shuō)，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)依然是明顯的。熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)在此工業(yè)園的成功應(yīng)用也證明，燃?xì)饴?lián)供是一種高效節(jié)能的供能技術(shù)，滿足了溫度對(duì)口，梯級(jí)利用的能量使用原則，在高品位電能產(chǎn)生的同時(shí)，回收了余熱，能源利用率顯著提升。盡管在使用初期，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用較高，但能源費(fèi)用少，并且在當(dāng)下市場(chǎng)能源價(jià)格下的費(fèi)用年值較傳統(tǒng)分供系統(tǒng)低很多。

3.3燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)的發(fā)展前景展望

目前，國(guó)外對(duì)熱電冷技術(shù)的研究工作大都在以下3個(gè)方面：（1）開(kāi)發(fā)研制高性能的末端設(shè)備。（2）提高管網(wǎng)傳輸能力，即研究減少管網(wǎng)系統(tǒng)阻力損失、優(yōu)化管網(wǎng)布局。（3）研究集中供冷技術(shù)：減少傳輸過(guò)程中的能量損失以及控制制冷成本的技術(shù)。筆者認(rèn)為，今后我國(guó)在熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的研究方面依然會(huì)在目前取得的成果上繼續(xù)深入研究，其中主要包括：（1）聯(lián)供系統(tǒng)形式的配置，包括組成熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的各子系統(tǒng)主要設(shè)備的配置選擇，整體系統(tǒng)最佳配置的選擇和比較。（2）優(yōu)化研究以及熱單冷聯(lián)供系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究?jī)蓚€(gè)方面，部分學(xué)者根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，初步建立起了一套技術(shù)相對(duì)成熟的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行項(xiàng)目可行性、節(jié)能性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性做出評(píng)價(jià)，之后會(huì)繼續(xù)對(duì)其精確和完善。

［1］馮繼蓓，梁永建，楊杰.燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的余熱利用形式分析［J］.中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷，2006（6）：41-44.

［2］呂慧.熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的方案選擇及分析［D］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

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