趙 翔 宇

(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016)

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談熱電冷三聯(lián)供技術(shù)在重慶地區(qū)的應(yīng)用

趙 翔 宇

(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016)

介紹了國內(nèi)外熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合熱電冷三聯(lián)供技術(shù)在重慶地區(qū)的應(yīng)用情況，分析了該技術(shù)在發(fā)展應(yīng)用中存在的問題，提出了在重慶地區(qū)大力發(fā)展江水源熱泵與天然氣三聯(lián)供的能源集成系統(tǒng)的建議。

熱電冷三聯(lián)供，管道，天然氣，能源集成系統(tǒng)

0 引言

隨著人們對環(huán)境污染、能源效率、能源供需的日益關(guān)注，實(shí)現(xiàn)能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展成為人類社會追求的共同目標(biāo)。隨著天然氣的普遍使用和人們對環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，熱電冷聯(lián)供技術(shù)將成為我國城市建設(shè)與發(fā)展過程中頗具潛力的能源供應(yīng)模式。熱電冷三聯(lián)供(CCHP)又稱分布式供能系統(tǒng)，是一種對能源進(jìn)行梯級利用，將制冷、供熱及發(fā)電過程一體化的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，具有熱電冷負(fù)荷分配靈活、綜合效率高、經(jīng)濟(jì)性能好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，很多有條件的大中型城市(如北京、上海、廣州等)均在積極引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)。為此，重慶市也在努力探求熱電冷三聯(lián)供技術(shù)在重慶地區(qū)的應(yīng)用。

1 國內(nèi)外熱電冷三聯(lián)供發(fā)展情況

1.1 國外三聯(lián)供技術(shù)發(fā)展概況

美國作為全球發(fā)展新型能源系統(tǒng)的先鋒，進(jìn)一步發(fā)展“分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”被列為國家長期的發(fā)展規(guī)劃，與此同時(shí)還制定了清晰的戰(zhàn)略目標(biāo)：即到2020年的時(shí)候，燃?xì)夥植际侥茉醇夹g(shù)在新建辦公樓群(或商業(yè)樓群)中的應(yīng)用比例將高達(dá)50%，且發(fā)電機(jī)組總的裝機(jī)容量將在原有基礎(chǔ)上新增9.5億kW，占整個(gè)美國總用電量的29%[1]。燃?xì)夥植际侥茉醇夹g(shù)在日本應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。近年來，日本的住宅及小型商務(wù)用戶市場中出現(xiàn)容量為1 kW～300 kW小型燃?xì)夥植际桨l(fā)電系統(tǒng)，超過2 000戶的家庭安裝了容量為1 kW的小型燃?xì)夥植际焦δ芟到y(tǒng)(附帶熱水儲藏)[2]。在歐洲，燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)產(chǎn)生的發(fā)電量占整個(gè)歐洲總發(fā)電量的9%，大約減少1.5億 t的CO2排放量。目前整個(gè)歐洲大約10%的電力供應(yīng)來源于已投入運(yùn)行的燃?xì)夥植际侥茉错?xiàng)目所產(chǎn)生的電力，能源項(xiàng)目規(guī)模從幾千瓦到幾百千瓦不等。而德國作為歐洲最大的燃?xì)夥植际綗犭娐?lián)產(chǎn)市場，其50%的電力需求是通過燃?xì)夥植际侥茉错?xiàng)目來提供的，目前德國政府正積極計(jì)劃通過大力推廣利用燃?xì)夥植际侥茉窗l(fā)電來實(shí)現(xiàn)到2020年燃?xì)夥植际侥茉窗l(fā)電量達(dá)25%的目標(biāo)。此外，芬蘭的燃?xì)夥植际綗犭娐?lián)產(chǎn)發(fā)電量占總發(fā)電量的28%以上，在世界供熱領(lǐng)域處于較高水平。

1.2 國內(nèi)三聯(lián)供技術(shù)發(fā)展概況

與發(fā)達(dá)國家相比，我國天然氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展還處于初級階段，截至目前國內(nèi)主要城市(如北京、上海、廣州)所建項(xiàng)目仍以試點(diǎn)項(xiàng)目為準(zhǔn)(見表1)[3]。國內(nèi)較大的燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供能源站項(xiàng)目當(dāng)屬廣州市大學(xué)城能源站項(xiàng)目，該能源站設(shè)置2臺7.8萬kW的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，被視為廣東省電網(wǎng)系統(tǒng)中“保亞運(yùn)”供電且具備黑啟動能力的重要電源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、節(jié)能效益和環(huán)保效益。

表1 北京、上海、廣州市燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程情況表 kW

2 熱電冷三聯(lián)供技術(shù)在重慶地區(qū)的應(yīng)用

最近幾年，熱電冷三聯(lián)供技術(shù)[4]已在國內(nèi)很多大中型城市得到推廣和應(yīng)用，也獲得了一些效果和經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，重慶地區(qū)也在努力探求天然氣熱電冷三聯(lián)供技術(shù)在本地區(qū)的應(yīng)用，彈子石CBD總部經(jīng)濟(jì)區(qū)集中供冷供熱能源站是重慶地區(qū)第一個(gè)已投入使用的試點(diǎn)項(xiàng)目，也是全國首個(gè)將江水源熱泵系統(tǒng)和天然氣分布式能源系統(tǒng)結(jié)合使用的能源站，不僅可以為周邊建筑提供環(huán)保高效能源保障，富余電力還并入國家電網(wǎng)，開創(chuàng)了能源服務(wù)的新篇章。彈子石CBD能源站的特點(diǎn)：1)江水源熱泵系統(tǒng)與熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)合使用，進(jìn)一步降低能耗，提高能源利用效率，更經(jīng)濟(jì)。若同樣為用戶提供40度電和1 t熱水，相比傳統(tǒng)中央空調(diào)，該能源站可以便宜約16元。2)不設(shè)冷卻塔等設(shè)備，節(jié)省費(fèi)用，降低空調(diào)噪聲和熱排放問題。3)該項(xiàng)目全部建成并投入使用后，對于冷熱源部分，全年節(jié)能率將高達(dá)65%，相當(dāng)于全年節(jié)省6 560 t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少約2萬t的CO2排放量和約1 000 t粉塵排放量，節(jié)省約42萬m3自來水量，節(jié)能效果顯著。

繼CBD項(xiàng)目后，陳家橋、永川等區(qū)域也在進(jìn)行天然氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)，具體情況見表2。

表2 重慶地區(qū)冷熱電聯(lián)供項(xiàng)目情況表 kW

可見，重慶地區(qū)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展項(xiàng)目較少，需要積極引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)，而發(fā)展熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)存在幾處難點(diǎn)：1)經(jīng)濟(jì)性。熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的性能隨運(yùn)行負(fù)荷的降低而降低，為了提高三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，必然需要增加投資，該投資能在多少年內(nèi)得以償還，即投資回收期成為用戶設(shè)計(jì)和發(fā)展三聯(lián)供系統(tǒng)最重視之事[5]，而決定熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最重要的要素則是設(shè)備負(fù)荷和運(yùn)行策略。2)熱電不平衡。受用能區(qū)域熱電需求特點(diǎn)及政策制約，三聯(lián)供系統(tǒng)只能處于部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。3)能源系統(tǒng)劃分及管網(wǎng)系統(tǒng)。在進(jìn)行熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)于水系統(tǒng)是按能源中心還是按能源分布特點(diǎn)進(jìn)行劃分是設(shè)計(jì)者必須思量的問題，因?yàn)榕c常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，聯(lián)供系統(tǒng)的管道長度及管徑較大，管道鋪設(shè)、保溫和檢修等成本會影響初投資及運(yùn)行費(fèi)用。此外，還應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面對不同管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行對比分析，從而選擇適宜的管網(wǎng)系統(tǒng)，使項(xiàng)目投資最少且日常維護(hù)及管理方便。

用能特點(diǎn)對天然氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)有著不可忽視的影響，若將天然氣熱電冷三聯(lián)供技術(shù)與其他技術(shù)(如江水源熱泵系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)等)結(jié)合使用組成能源集成系統(tǒng)，不僅可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，還可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。重慶市位于東經(jīng)105°17′～110°11′、北緯28°10′～32°13′之間的青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，水資源豐富，有利于進(jìn)一步推進(jìn)能源集成系統(tǒng)(江水源熱泵系統(tǒng)與天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的結(jié)合)的發(fā)展，因?yàn)榇朔N能源集成系統(tǒng)中各子系統(tǒng)自身優(yōu)點(diǎn)不僅能夠得到充分發(fā)揮，而且各種能源系統(tǒng)相輔相成，共同為能源中心提供更具安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的冷熱源及電能需求。此外，與集中輸送冷凍水的區(qū)域供熱供冷系統(tǒng)相比，當(dāng)用戶末端負(fù)荷率較低時(shí)，集中輸送冷卻水的能源總線系統(tǒng)[6]較集中輸送冷凍水的區(qū)域供熱供冷系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性、效率以及計(jì)費(fèi)管理上具有更多的亮點(diǎn)。近幾年來，能源總線系統(tǒng)因集成應(yīng)用低品位的“未利用能源”及發(fā)揮規(guī)模效益的優(yōu)點(diǎn)得到了較好的發(fā)展。

3 結(jié)語

熱電冷三聯(lián)供技術(shù)已在日、英、美等發(fā)達(dá)國家獲得廣泛應(yīng)用，很多有針對性的規(guī)劃可供借鑒。而該項(xiàng)技術(shù)在我國還處于初級發(fā)展階段，重慶地區(qū)應(yīng)以彈子石CBD總部熱電冷三聯(lián)供項(xiàng)目作為平臺，積極發(fā)展天然氣熱電冷三聯(lián)供項(xiàng)目(具備條件時(shí)，建議大力發(fā)展能源集成系統(tǒng))，以緩解目前重慶地區(qū)在能源供應(yīng)中存在的矛盾。

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Discussion on the application of CCHP technology in Chongqing region

Zhao Xiangyu

(China Coal Mine Science Technology Group Chongqing Design Institute Co., Ltd, Chongqing 400016, China)

The paper introduces the development status of CCHP system at home and abroad. Combining with the application conditions of CCHP technology in Chongqing region, it analyzes problems existing in the technology development and application, and puts forward the suggestions of developing integrated energy management system by combining river water thermal pump with natural gas CCHP.

CCHP, pipeline, natural gas, integrated energy management system

1009-6825(2016)30-0195-02

2016-08-17

趙翔宇(1984- )，男，工程師

TU201.5

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