能源環境工程熱電聯供技術應用研究

劉國強

【摘 要】近年來，我國能耗的急劇增長，由此引發的環境問題也日趨嚴重，這已成為制約我國經濟可持續發展的一個重要瓶頸。熱電聯供系統是一種建立在能量梯級利用基礎上的，將供熱及發電過程一體化的多聯產能源系統。熱電聯供技術做到了將基礎設備與高新技術完美整合，令能量實現了梯度性的使用。這在一定程度上既提高了能源的利用率，避免了不必要的浪費，還節省了一定的投資資本，對我國能源環境工程以及生態環境保護都具有一定的積極作用。對此，本文將針對能源環境工程熱電聯供技術的應用展開研究。

【關鍵詞】能源環境工程；熱電聯供；技術應用與研究

能源不僅是人類生存和發展的重要物質基礎，也是當今國際政治、經濟、軍事和外交關注的焦點。能源和環境問題是人類發展面臨的重大問題，尋求經濟發展、能源與環境的相互協調發展，實現可持續發展戰略的觀念，已經成為各國政府和人民的共識。根據我國當前的現實情況不難發現，我國能源的人均占有率相對較低，并且各個地區的分布差別較大，伴隨著社會需求的迅猛增加，能源供給側矛盾也越發突出。再加上能源利用技術的缺陷，我國能源利用率也相對較低。隨著經濟的發展，我國對能源的需求日益增加。根據國際能源署預測，到2035年，中國將成為世界上最大的能源消費國，比美國還高出，但是我國能源的人均率卻與美國相差甚遠，甚至還不到歐美國家人均能源消費的一半。中國煤炭消耗占據主導地位，其次使用較多的能源是石油，之后才是水電、核電、風能、太陽能，天然氣使用最少。在以煤炭為主的能源結構和單一的能源消費模式下，暖通空調用能帶來了嚴重的大氣污染。污染物的大量排放加劇了對環境的污染，酸雨、霧霾在近年來頻繁發生，全球溫室化的不斷加劇，這些都造成了重大的經濟損失，給人們的生活帶來了嚴重的影響。如果繼續采用以煤為主要能源，傳統的暖通空調的能源消耗會不斷增加，甚至造成更加嚴重的環境問題，因此能源環境工程熱電聯供技術的研究則更有實際意義。

1 能源環境工程熱電聯供系統與不足

1.1 熱電聯供系統

熱電聯供系統具有很大優勢，當熱能和電能需求達到平衡時，熱、電聯產系統才是最經濟的。系統擬定應根據日、月、年不同時段變化的熱、電負荷曲線，制定出最佳的系統配置方案，并提出合理的運行模式和運行方案，是一個十分復雜的研究課題。各個地區應根據實際情況，綜合考慮地域的氣候，經濟狀況，對供熱的需求以及天然氣、電的供應條件和價格，因地制宜，而不是生搬硬套。熱電聯供系統的推廣首先要保證經濟效益。由于分布式能源的初投資大、技術含量相對較高，對維護人員的素質要求相應嚴格，所以適合在人才聚集經濟發達的地區開展，并不是所有的情況都適合發展熱電聯供。

1.2 能源環境工程熱電聯供系統的不足

1.2.1 行業分割和利益的影響

目前，電力企業長期處于壟斷地位，而熱電聯產技術的應用必然會影響電網公司的收益，因此熱電聯供技術的推廣經常會受到電網公司的阻力。電力部門很少考慮用戶側的冷負荷和熱負荷的需求，而建筑行業考慮冷熱負荷卻通常不考慮發電的事情，而熱電聯供技術卻是需要不同部門和行業的密切配合才能很好發展的新生產物。

1.2.2 技術的不成熟

盡管熱電聯供系統在西方國家已經得到廣泛應用，但在我國由于起步和發展較晚，已經建成并投入使用的熱電聯供系統的數量也比較少，加之技術和經驗的不足，導致我國在發展熱電聯供的方面還面臨著許多的問題。同時，由于我國的能源結構，價格，管理體制等因素與國外存在差異，熱電聯供在我國的推廣還需要進一步深入的分析研究，尤其是結合國內的情況對熱電聯供系統方案配置進行優化選擇，才能實現能源的高效利用以及熱電聯供系統的經濟和社會效益。

2 熱電聯供系統的配置原則

熱電聯供系統的配置原則主要是在滿足節能減排需求的基礎上，提高能源的綜合利用率。在能源負荷中心區域，統籌天然氣資源、環境保護和經濟效益，合理選擇建設規模，優化系統配置，確保熱電聯供系統的健康有序發展。在能源利用上，嚴格遵循能源梯級利用原則，發揮天然氣分布式能源的優勢，兼顧天然氣和電力需求削峰填谷，綜合改善城市環境質量，促進可持續發展。

2.1 發電機的選型

熱電聯供系統的設計與耦合方案是一套非常復雜的系統，中間設計熱電能量形式的轉化和利用。在充分滿足城鎮居民生產生活應用的同時，還要充分考慮各個應用場景的適配效果，根據功能應用的側重點來有效的進行補充和校核。同時，由于其利用的核心資源為可燃氣體，存在一點的危險性，必須將其的安全特性考慮在整個方案的全生命周期中。同時為了該系統的可持續發展，經濟效益也是考量該方案能否適用的重要因素。綜合來說，熱電聯供系統的設計核心在于高效環保的開發利用能源投入城市建設當中。

2.2 具體選址

在進行選址時，相對比傳統的發電及冷熱供應方式，熱電聯供系統在使用場景上更占據優勢，尤其是在節能減排的大環境下。針對環保標準較高，經濟相對發達，對電力要求比較旺盛，同時峰谷電價突出的區域，建設天然氣分布式能源項目具有天然的優勢。結合上述特點，人員密集區尤其是符合率波動較大的工業園區；醫院、大型賓館、火車站及機場等電量負荷較高同時對冷熱負荷要求比較集中的區域，這些區域都是天然的分布式能源建設優先選擇目標。

3 能源環境工程熱電聯供技術應用建議

在大規模園區開發中，如果建筑規模在數百萬平方米以上、電力負荷達到數百兆瓦規模，可以采用中型的天然氣聯合循環熱電聯供系統。目前最先進的設備理論發電效率可達60%。系統可由電力企業投資和經營。在系統配置上，可以采取集中供熱的辦法。但要引入價格談判機制，尤其是熱價，要打破在電力定價機制上的價格壟斷。

加緊開發以小型燃料電池為核心裝置的熱微網和電力微網。燃料電池的發電效率很高，因此其產熱相對較少，熱電比較低（小于1），在建筑中應用可以“以電定熱”，適應現在電力只能并網不能上網的現狀。我國現在把燃料電池的研發重點放在汽車動力上，其實基于天然氣的燃料電池在建筑熱電聯供系統中應用，相對更容易形成商業化應用和產業化規模。燃料電池技術還可結合智能電網技術和物聯網技術，形成能源互聯網，成為新一代低碳能源系統。

對低碳城市而言，生物質能源的利用重點在于用垃圾作為燃料的熱電聯供技術。國內對垃圾發電有很大爭議，但與其打“口水戰”，還不如尋找更好的技術路線。無論那一種熱電聯供技術，電力并網上網都是不可回避的問題。從根本上講，分布式能源技術和可再生能源技術如果沒有電力并網上網政策的支撐，是不可能實現持續發展。在利益格局多元化的資本主義國家都可以解決的這個問題，在我們具有社會主義制度優越性的中國，更應該得到協調和解決。有關各方利益應當在國家發展低碳綠色經濟的戰略目標下統一起來。在上網問題解決之前，應當加大對“以電定熱”的小型熱電聯供系統的扶持力度，不能因為其能效低而否定其減排作用。

結束語

為了提供我國的能源利用率，緩解我國的能源匱乏壓力，本文針對能源環境工程熱電聯供技術進行了研究，詳細分析了當前我國能源現狀與環境問題，并明確了熱電聯供系統及配置原則，最終得出了能源環境工程熱電聯供技術應用建議。

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