我国发展天然气冷热电三联供系统的制约条件

深圳市规划国土发展研究中心 张 涛 张 旭

我国发展天然气冷热电三联供系统的制约条件

深圳市规划国土发展研究中心 张 涛 张 旭

详细阐述了天然气冷热电三联供系统的技术原理，分析了其积极作用，并结合国内外天然气冷热电三联供系统的发展现状，详细论证了制约我国冷热电三联供市场发展的主要因素。

天然气 冷热电三联供 制约因素

1 天然气冷热电三联供系统介绍

1.1 技术原理

天然气冷热电三联供系统(以下简称冷热电三联供系统，即CCHP/Combined Cold Heat and Power或DES)，是指将天然气燃料同时转换成三种产品：电力、热或蒸汽以及冷水，并将其一体化的多联产供能系统，是分布式能源的表现形式之一。冷热电三联供供能模式较传统的分散式供能模式而言，其能源综合利用效率可在80%以上。

天然气燃烧后的高品位能量在三联供的动力系统中用于发电，动力系统排放的热量品位相对次之，可用于提供冷、热等中、低品位产能，进而形成冷、热、电三种能量的联合供应。具体来讲就是以“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”原则将小型化、模块化的发电系统布置在用户附近，利用城市管道天然气为燃料发电供用户使用，同时把发电过程中发电机组产生的冷却水和排气中的余热用热交换系统，回收生产热水或蒸汽供用户采暖、洗浴或制冷，以此实现能量的梯级利用，使得能源综合能源利用效率大大提高。

1.2 积极作用

1.2.1 提高电力供应可靠性

改革开放以来，我国社会和经济高速发展，对电力的需求逐年快速增长，对电力供应的依赖程度也逐年升高，然而，从2003年美国、加拿大大面积停电事故和2008年我国南方地区冰雪灾害可以看出，在我国现有的大电网系统构架下，我们不论进行多大的技术和资金投入，都不可能完全避免类似停电事故的发生，未来要真正做到提高电力供应的可靠性，就必须对大电网系统进行修补性的改善，为此，契合低碳理念，发展以天然气为燃料的冷热电三联供系统，可谓是治愈大电网结构性缺陷的重要良方之一。

冷热电三联供系统因为靠近用户侧，可以有效减少6%~7%的输电线损，解决长途输电、多层变电、配电设施建设的困难，减轻走廊负担，另一方面，在真正意义上的智能电网环境下，冷热电三联供系统既可以作常规供电电源，又可作为应急备用电源，能够保障部分重要用户的电力供应安全。

1.2.2 提高能源综合利用效率

冷热电三联供系统可以一体化向用户提供冷、热、电等多种能源，并根据用户需求的不同，能够实现不同品质能源的供应，较传统通过电力来满足冷、热供应的独立系统而言，实现了不同循环的有机整合与梯级合理化利用。

冷热电三联供系统的综合能源利用率可达80%以上，有效提高了能源的使用效率，比单纯的燃油电厂、燃气电厂、燃煤电厂以及在诸多工业企业中配建的中、小型锅炉要高出许多。

1.2.3 削电峰填气谷

近年来，在全国范围内空调用电占电力负荷的比例越来越重(部分地区已达到40%以上)，在夏季，空调用电需求量较大，电力负荷出现高峰期时，天然气负荷则处于低峰期。以天然气为燃料的冷热电三联供系统，能够利用溴化锂吸收式制冷机组替代部分传统电空调机组进行通风制冷，有效的减少夏季电耗，削减电力高峰，与此同时，伴随夏季电、冷负荷量的增加，对天然气的需求量会随之增长，这样就填补了天然气负荷的需求低谷，从而有效的缓解能耗供应中的季节性不平衡矛盾，减少电力供应系统和天然气输配系统的调峰设施建设规模，提高社会效益。

1.2.4 提高环境质量、减少资源消耗

冷热电三联供系统采用的溴化锂吸收式制冷机组，使用对环境安全无害的天然制冷剂溴化锂，相比于电制冷机组采用的制冷剂氟利昂而言，可以有效减少对大气环境的污染。另一方面，燃烧天然气的冷热电三联供系统，有害气体及废料的排放相对较少，对比于油燃料和煤燃料，SO2、固体废弃物和污水的排放几乎为零，CO2排放量可减少50%以上，NOx排放量可减少80%以上，总悬浮颗粒物减少95%以上，进而在真正意义上达到节能减排的效果。

在理论上，冷热电三联供系统可以摒弃大容量远距离高电压输电线的建设，由此降低高压输电线的电磁污染，减少高压输电线的线路走廊和相应的土地占用，由此避免对线路下植被的破坏，利于生态保护。

2 国内、外发展概况

2.1 国内冷热电三联供发展现状

在我国，冷热电三联供市场刚刚处于起步阶段，现有已建成且投产的项目很少，少数能源服务公司已初步具备了独立完成冷热电三联供系统的策划、设计、建设、调试和运营管理的能力，然而，各地的冷热电三联供系统均遭遇了较大阻力，主要受配套政策不到位、利益格局未理顺、技术支持力量不足和核心设备依赖进口等因素影响，现有正常运行的项目主要集中在北京、上海等大中型城市。

随着低碳发展理念在我国城市规划和建设领域的普及，我国政府主管部门已开始重视冷热电三联供技术的应用，并制订了相关政策。上海市近期已颁布了《分布式供能系统工程技术规程》，是全国首部对冷热电三联供系统提出详细建设要求的地方技术规程。

2.2 国外发展现状

国际上，由于发达国家天然气消费量占一次能源消费的比例较大，因此，冷热电三联供技术从上世纪70年代就已经在部分发达国家进行了推广和应用，但真正意义上的快速发展是近十几年的事情，少数发达国家在冷热电三联供领域已形成了规范的制造体系、技术体系和管理体系，与此同时，政府主管部门从政策和税收等方面大力鼓励冷热电三联供项目的实施，并将冷热电三联供系统作为分布式能源的主要形式进行大力推广，现已完全进入了成熟以及稳定的市场化运营阶段。

例如，美国在许多大学校园和办公楼安装了冷热电三联供系统，于1999年提出了“分布式能源创意”和“分布式能源2020年纲领”，并明确提出，至2020年达到50%的新建商业设施与大学设施采用冷热电三联供系统，15%的已建商业设施与大学设施采用冷热电三联供系统；日本的能源供应领域中，以热电联产系统为热源的区域供热(冷)系统仅次于燃气和电力，称为第三大公益事业，日本颁布了《节约能源法》，提出通过各类技能措施(包括冷热电三联供技术)，使其到2030年能源消费量减少到30%，另外，日本政府以补助、建立示范工程、低利率融资以及给予建筑补助金等形式促进三联供事业的发展；在欧洲，由于能源与环境问题的压力以及“京都协议”的生效，欧洲许多国家重新将冷热电三联供系统等高效节能技术摆在了优先发展的位置，已经有很多的冷热电三联供系统投入了运行。

近期国外冷热电三联供系统的发电量统计见表1。

表1 近期国外冷热电三联供系统发电量统计

近期各国天然气占一次能源消费量比例统计见表2。

表2 近期各国天然气占一次能源消费量比例统计

3 在我国发展的制约条件

3.1 政策与体制

目前，与冷热电三联供系统相关的政策和法规不完善，以及行政体制的不健全阻碍了冷热电三联供系统的快速发展。

冷热电三联供系统的实施依赖天然气的供应、与电网的连接、备用电源的保证和消防设施的保障，涉及多个部门和多项技术，然而目前这些配套措施缺乏明晰的协调权威和系统标准。与此同时，培育冷热电三联供的设计和咨询产业，鼓励电力公司、燃气公司和能源服务公司参与项目的投资、建设和管理同样必不可少。

在上海市闵行区中心医院的大厦里，建设了一套冷热电三联供系统，并在多年的运营中获得了可观的收益，其成功的关键就在于成立了使电力公司和燃气公司共同获利的股份制公司，进而实现了电力、燃气和三联供经营者的三赢。

3.2 能源支持

3.2.1 气源供应

在全国各地的城市天然气输配系统规划中，较少考虑冷热电三联供系统的用气需求，从而影响了天然气输配系统的合理构建，主要表现形式体现在两个方面：

(1)在许多有可能使用冷热电三联供的区域，管网布置密度不够，压力等级不匹配和供气能力不足，从而造成了接入困难、使用受限和费用增加。

(2)误将冷热电三联供用气价格定义为只优于民用燃气或燃气空调，而忽略社会效益的提高，建议应综合考虑当地的电价和气价等因素，以气价(1m3)不高于电价(1kW·h)的3倍为上限。

3.2.2 电力并网

实践证明，冷热电三联供系统采用独立或孤岛的运行方式在安全性和经济性上是不合理的，必须得到外部能源系统的支持，特别是电网的支持尤为显得重要。然而我国对冷热电三联供系统的电力并网，只有原则性的鼓励，无具体条款规定，且受现有利益格局的影响，城市供电部门从自身利益出发，普遍会表示反对，因此，国内多数冷热电三联供系统只能希望获得电力并网不上网的支持(大电网为其调峰，不返送电力上网)即可，但随着分布式能源系统的推广和大电网向智能化方向的发展，实现冷热电三联供系统在真正意义上的并网仍是大势所趋。

3.3 环保消防

冷热电三联供系统在噪音上会显露不足，在实施和运营过程中会受到周边社会因素的制约，与此同时，在环保规定上暂无明确标准可依，使得部分地区适用的准则脱离现实发展水平，造成项目为环保达标而投资过高，进而影响经济效益。

消防方面，冷热电三联供系统面临消防条例的诸多限制，主要涉及燃气、动力和电力等设备的使用，影响消防安全的因素繁多且较为复杂，特别是设置于地下的三联供系统，存在易燃易爆的室内环境，潜藏严重的安全隐患，客观上对消防条例的适用和三联供系统的建设提出了新的要求。

3.4 观念责任

相比于国外发达国家，冷热电三联供系统在我国的发展时间较短，尚处于起步阶段，政府和行业内的认识观念有待提高，建议国家明晰责任，强化地方行政机关的职责，规范行业内的管理，有条件的在国家投资建设项目中，强化三联供项目的前期论证和运营监管，逐步在全社会范围内有条不紊的持续开展冷热电三联供系统的试点工作。

3.5 技术因素

3.5.1 负荷预测

在我国冷热电三联供系统设计普遍有两种指导性观念：“以热定电”或者“以电定热”，虽然两种观念各有优缺点，但均都属于片面的指导观念。

部分冷热电三联供系统的效益不理想的根本原因就是热、电负荷预测出现较大误差，机组组装完成后，在运营过程中，基本负荷得不到保障或者机组规模过大导致投资浪费，进而失去价格方面的优势，如上海市黄浦区中心医院三联供项目，由于机组选型过大，效益不好，在燃油涨价后，造成急剧亏损，致使机组最终停运。

3.5.2 方案优化

在冷热电三联供系统设计方案中，选择采用何种工艺，配置多大规模，如何控制运行，都是非常关键的环节，对项目的成败都有可能起到决定性的影响，然而目前国内的项目方案设计和论证中还是以定性的成分较多，定量的成分较少，特别是多因素及其变化对项目的输出效果影响，缺少相应的标准和系统性把控能力，往往只能与近似方案的比较中寻求结果，使得项目缺乏个性化特点和创新，降低了系统的适应性，因此，在冷热电三联供咨询行业内，亟待开发实用的方案优化工具。

3.5.3 自动控制

三联供系统要求完善的自动控制系统，可以在允许的范围内平衡供需，自动选择工况，调节设备运行以及形成最优方案并实施控制，然而，国内现有三联供系统的自动化水平都不是很高，主要是由于系统性功能不强和技术持续性发展滞后。

3.6 市场因素

在我国的冷热电三联供市场上，缺乏专业的系统集成公司和能源服务企业，现有少量公司和企业的水平良莠不齐，难以满足良性竞争的发展要求；设备的生产和供应上，类型不够齐全，技术不够先进，环境适应性较差，产品质量不够优良且关键技术严重依赖进口。

3.7 评价指标

国家和用户对冷热电三联供系统的期望虽然一致，但关注的重点却有所不同，国家关心高效(节能)、环保和社会效益，用户则更关心节约(费用)、安全和便利，为此，我们急需一个合理的平衡点来相互的适应和统一，然而目前却很难以实现两者的协调，严重限制了冷热电三联供系统与其他技术的统筹，客观上损伤了用户投资的积极性。

3.8 实例效果与推广

目前，我国正常运营的冷热电三联供系统较少，从技术类型、使用条件和用户性质来看，能形成典型代表性的项目更少，并且在行业内部我们缺少科学的经验总结，特别是对运行效果全面系统的测试和项目的后期评价，从而影响对冷热电三联供的宣传和相关政策、标准的制定，制约了冷热电三联供系统在我国的持续推广和健康发展。

4 结语

发展冷热电三联供系统是践行低碳发展理念的重要形式，是实现节能减排的有效措施，冷热电三联供系统的发展也必将在我国迎来春天，然而通过本文的阐述与分析，我们可以清楚的认识到，在我国的现有条件和技术水平下，冷热电三联供系统的发展仍是困难重重，同时，实践也表明现有的冷热电三联供系统亏损的居多，盈利的较少。因此，同行们应该正确的意识到冷热电三联供系统仍处于起步发展阶段，适宜以试点或示范的形式进行建设，并在实践过程中不断地汲取经验和教训，通过试验的作用为今后的大规模普及做好充分的准备，切忌在当下进行盲目的大面积推广。

Constraints of Developing CCHP System in China

Shenzhen Urban Planning and Land Research Center Zhang Tao Zhang Xu

The paper introduces the principal of CCHP system, analyzing its positive effect, and elaborates the constraints of developing the CCHP market in China combined with the status quo of foreign countries as well.

natural gas, CCHP, constraint