楼宇型天然气冷热电联产系统经济性分析

林学强 华电（厦门）分布式能源有限公司

一、引言

自上世纪九十年代以来，我国冷热电联产的发展历程如下；1990年-2000年，开始初步探索；2001年-2010年，进入实质性实施阶段；2011-至今，进入转折阶段。随着楼宇型天然气冷热电联产的不断进步与发展，专家学者们对其经济性展开研究，其侧重点主要倾向于对某些具体项目的经济性分析，比如魏兵等对微小型燃气内燃机以及燃气轮机冷热电系统的经济性进行了分析探究；罗勇等指出电价、燃气价、热价等是决定楼宇型天然气冷热电联产系统经济性的重要因素；付林等提出了增量评价法，使热电冷联产系统的经济性分析更为客观、精确[1]。

二、推广天然气冷热电联产的意义

（一）节能环保效益显著

冷热电联产，简称CCHP,其工作原理是将燃料燃烧过程中产生的高温热能转化为电能，而将低温热能用于制冷或者供热，以梯级利用的方式，提高能源的综合利用率。与供电能系统相比，天然气CCHP可以节约25%及以上的能源消耗[2]。与此同时，天然气CCHP系统利用新型环保材料发电，大大降低了SO2、CO2、氮化物以及烟尘的排放量，具有较好的社会性与环保性。

（二）平衡能源结构

夏季是电力使用高峰期，城市电网负荷沉重，同时，夏季也是城市燃气负荷的低谷期。比如说，北京天然气的70%，甚至以上都用于供暖，管网的利用率不到30%，而高于40%以上的电力则用于空调制冷。CCHP系统在城市能源负荷中心的应用，可以将电力就近分配，以天然气冷热电联产系统的余热取代传统的电力制冷，在缓解城市用电压力的同时，还能提升天然气的管网使用率，有利于平衡城市能源结构，推动产业结构效应良性发展。

（三）能源供给可靠

天然气管道铺设于地下，其设计、施工、设备、材料等相关技术也基本成熟，因此，天然气能源供给可靠性高，不受气候、交通等因素干扰。中压以上天然气管道所使用的钢管对延伸性以及强度的要求较高，通常会使用对地形位移变化具有良好吸收能力的铸铁管，以免在地震时无法承受巨大振动。同时，CCHP系统分布于城市能源负荷中心中，在发生自然灾害等突出安全事件时，能够辅助当地系统，保障供电安全，削弱电力系统集中供电的负担，提高紧急事件的应对能力。此外，天然气CCHP系统，城市电网与发电机共同承担电负荷，燃气调峰设备与热负荷共同承担热负荷，而调峰燃气驱动吸收式制冷机与余热共同承担冷负荷，为冷热电联产提供多路保障，其能源供给更加稳定、可靠。

三、天然气冷热电联产系统经济分析

为达到占地少、系统精而简的目的，楼宇型冷热电联产系统通常会采用单循环发电系统，将发电机产生的余热直接用于制冷、制热或者除湿，省略余热锅炉等中间转换流程，提高系统的经济性与环保性。与传统发电不同，楼宇型冷热电联产系统生产的电力通常不用管网内，而是直接用于自身供给。由于天然气由燃气公司提供，价格较高，且存在输送环节，适用于商务中心、机场、车站、医院等冷热电负荷较大的场合。

楼宇型冷热电联产系统具有一定的电价承受能力，同时，能源可以充分利用，从理论上来讲，占有明显的经济竞争优势。楼宇型天然气 CCHP系统较为常用的是燃气动力装置是小、微型燃气涡轮发电机组以及燃气内燃机机组。其中，小型燃气轮机的发电效率大约为30%，在高温或者低负荷的情况下，发电效率仍会降低。小型燃气轮机的日常维护工作量不高，大修周期为60000h，发电余热单一，只有高温烟气，余热利用不复杂，具有高热效率的优势；燃气内燃发电机组的发电效率可维持在40%，但是在处于低负荷作业状态下，发电效率会有所降低。由于存在中温冷却以及缸套水冷却等环节，燃气内燃机发电机组的自用电量约为总发电量的2%～3%之间[3]。燃气内燃发电机组的应用过程中，应对维护保养工作给予高度重视，一般以60000h作为大修周期，且其余热种类多样，余热利用比较复杂。

针对上述两种应用较为普遍的楼宇型CCHP 系统，对在大修周期内的单位电量运行成本以及经济效益进行计算分析，可知楼宇型冷热电联产系统存在输出能源价格高，但经济效益不佳的问题。究其原因，主要是我国电力以及燃气价格机制缺乏弹性。一直以来，我国电力产业发展对于市场需求考虑不充分，销售侧主要由政府制定，这种方式导致市场经济体制的供需发展不平衡，无法及时需求价格信息反馈给供给测，资源优化配置效果不甚理想。

四、结论与建议

总之，楼宇型天然气冷热电联产系统具有清洁高效、供电安全、首先，要对不成功项目进行科学、客观地分析，防止施工方、设计方以及设备安装单位互相推诿，造成社会资源浪费，影响行业有序发展。其次，注重整理并分析建筑能源消耗，以精确预测热、冷、电等负荷的变化趋势。同时，善于积累建筑用能数据，利用动态负荷分析软件、仿真软件等，减少设计工作量。第三，全面分析冷热电联产系统的重要热工设备的负荷特点，例如燃气内燃发电机组的余热温度变化、主要负荷下的热平衡等，进而结合建筑冷热电的动态负荷数据为设备配型、运行策略制定以及控制系统的开发等提供重要依据。建议与专业生产厂家建立良好合作关系，实现联供系统的集成化发展，通过标准化、工厂化、一体化的作业模式，有效提高CCHP系统的兼容性、可行性、稳定细心与便捷性，进而降低楼宇工程的初期投资，促进综合竞争力的提升。