《燃气轮机热电冷联供系统的应用及投资经济性分析》1028.doc

燃气轮机热电冷联供系统的应用及投资经济性分析王伟军（上海闵行电力实业有限公司 泛电能源科技有限公司浦东国际机场能源中心运行管理部）邮编：上海 200245 TelE-mail:摘要：本文通过对燃气轮机热电冷“三联供”系统运行数据的经济分析，对投资的条件和收益的经济性作出分析，介绍燃气轮机对实现能源的综合利用及环境保护所起的作用，所具有极大的社会价值。Abstract： This paper analyzed the operational data economy and invest condition and income analyze of a Gas turbine heating, electric and cool supply system. Introduce the Gas turbine device configuration and work principle and realize energy synthetic utilization and conserve environment, It has great social benefits.关键词:燃气轮机热电冷联供系统 “三联供” 余热锅炉 经济性分析Keywords: Gas turbine heating, electric and cool supply system; Tri-supply; surplus heat boiler Economy analyze一、热电冷三联供系统发展背景随着我国经济快速、持续的发展，能源的需求量不断增长，特别是对电力的需求增长，使得夏季高峰电力缺口逐年增大，危及电网安全。据统计数据显示，从99年到03年上海地区电力消耗量从5000万MWH增加到7320万MWH，增长了46.4%，年增幅超过10%，同期电量峰值从9010万MW增加到13620万MWH, 增长了51.2%，年增幅超过12.8%，2004年电力峰值负荷达到16000MW高峰电力缺口达4000MW，不得不实行限电措施，预计到2010年上海世博会时电力负荷可能增加一倍，峰值负荷将增加一倍多。建筑能耗年增幅达10%，已成为上海终端能源消耗增长的主力。应对夏季用电高峰的挑战,已成为全国乃至世界性问题。2004年我国拉闸限电地区扩大到24个省级电网,今年我国最大电力缺口将达2500万千瓦。在美、加、英、意、俄等国,都曾出现大面积停电, 损失巨大, 停电给社会经济、生活各方面带来了巨大的负面影响，迫使各国政府开始慎重考虑电力安全及其相关问题。我们如果不高度重视节约能源和改善能源消费结构，届时将面临难以克服的障碍，经济发展将受到严重的影响。我国的电力供应以煤电为主，煤电生产对环境有较大的影响，由此引发的环境保护问题须投入了大量的资金进行环境综合治理。目前我国能源利用总效率约为40%，与国际先进水平的5055%相比，有较大的差距。提高一次能源的梯度利用和终端能耗的节约有许多课题值得研究。从能源的消费现状及发展趋势，能源供给的多元化、清洁化。能源利用的高效和梯度化，将成为我国今后一段时期能源政策的导向和战略方向之一。夏季用电高峰恰恰是用气低谷, 运用燃气三联供技术可以削电力之峰填燃气之谷缓解用电紧张,而且还能解决天然气管网资源浪费。自年起施行能源法第三十九条明确国家鼓励发展推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率。把对一种技术、一种生产方式的鼓励以法律形式明确下来的做法，是不多见的。可见，国家对热电联产及由之进一步发展的相关通用节能技术的重视。国家有关部门和各级地方政府积极推广、发展热、电、冷联产技术并以政府财政补贴、融资支持等经济政策支持相结合使之落到实处。二、燃气轮机热电冷三联供系统燃气热电冷三联供利用天然气做功发电后排出的余热用来制冷、供热,可取得三大效益。一是节能。大型电厂发电效率约30%-40%。三联供以小规模分布在用户附近,获得40%的发电效率后,可将50%的废热就近供冷供热,能源效率提高50%。二是环保。三联供NOx的排放仅为燃煤的510%,CO2为燃煤的56%,SO2可略而不计。三是经济。采用三联供,初始投资虽然较高,但发电收益可抵消购买天然气的费用,净获制冷、制热收益,投资回收期短。系统的工作原理是：燃料的化学能在燃气轮机的燃烧器中通过燃烧，产生高温、高压烟气推动透平叶轮作功带动发电机发电，电能通过供电系统可供给离心式制冷机组或直接对外输出。燃气轮机排出的中温烟气在余热锅炉中通过与水热交换产生蒸汽，供给溴化锂吸收式制冷机组热能或直接对外供汽。最后低品位的低温烟气被排放（额定工况排烟温度148）。浦东机场能源中心“三联供”系统的核心设备是一台额定功率4000KW、输出电压10.5KV的燃气轮机发电机组和一台额定蒸发量9.7 T/H、供汽压力0.9MPa的饱和蒸汽余热锅炉。此外系统中配备了与供热相关的辅助燃气燃油锅炉，配备了与供冷相关的溴化锂吸收式制冷机组和离心式制冷机组。该系统具有如下主要优点：（1）设备简单，安装方便投运快。（2）系统模块化设计，配备了故障自动诊断、监测系统，设备的维护检修方便快捷。（3）系统辅助设备耗能少，自用电率低于2%。（4）设备能快速启动，冷态启动仅40min,能起到可靠的备用电源作用。（5）使用寿命长，保养适当寿命可达2030年，同类机组有从70年运行至今。 燃料（天然气/柴油） 对外供冷吸收式制冷机组燃气轮发电机组余热锅炉对外供热对外供电三、浦东机场能源中心三联供系统经济性分析浦东机场能源中心三联供系统1999年底完成安装调试投入试运行后，由于并网点系统电负荷较低（2000KW），系统的经济性差。通过试验和对运行数据分析，制定了系统改造方案，调整了负荷。于2002年6月完成了并网点的调整改造工作，2002年7月起就能以70%80%的额定功率运行（30003200KW），系统的经济性明显改善。（表1）燃气轮机热电联供系统运行宏观分析表（2001年712月）序号项 目耗 量单 价（元）小 计1能源消耗天然气（Nm3）1656001.9314640.00柴油(t)424009600.00自用电（kwh）232800.716296.002支出合计（元）：340536.00项 目产 量单 价（元）小 计3能源产出蒸汽（t）54216589430.00峰时发电量（kwh）000.00平时发电量（kwh）6694700.7284487641.95谷时发电量（kwh）000.004收入合计（元）：577071.955盈利（元）236535.95说明：用电负荷调整改造前。（表2）燃气轮机热电联供系统运行宏观分析表（2002年16月）序号项 目耗 量单 价（元）小计1能源消耗天然气（Nm3）2396661.9455365.40柴油(t)26240062400.00自用电（kwh）311200.721784.002支出合计（元）：539549.40项 目产 量单 价（元）小 计3能源产出蒸汽（t）1558165257070.00峰时发电量（kwh）000.00平时发电量（kwh）6730380.7284490240.88谷时发电量（kwh）000.004收入合计（元）747310.885盈利（元）207761.48说明：用电负荷调整改造前。（表3）燃气轮机热电联供系统运行宏观分析表（2002年712月）序号项 目耗 量单 价（元）小计1能源消耗天然气（Nm3）11581161.92200420.40柴油(t)92224002212800.00自用电（kwh）1776800.7124376.002支出合计（元）：4537596.40项 目产 量单 价（元）小 计3能源产出蒸汽（t）143501652367750.00峰时发电量（kwh）28122550.8892500094.70平时发电量（kwh）40495580.6322559320.66谷时发电量（kwh）34290.2941008.134收入合计（元）7428173.485盈利（元）2890577.08说明：用电负荷调整改造后。（表4）燃气轮机热电联供系统运行宏观分析表（2003年112月）序号项 目耗 量单 价（元）小计1能源消耗天然气（Nm3）28022531.95324280.70柴油(t)12313213.53955800.00自用电（kwh）2348610.7164402.702支出合计（元）：9444483.40项 目产 量单 价（元）小 计3能源产出蒸汽（t）280151654622475.00峰时发电量（kwh）50325480.9434745692.76平时发电量（kwh）78784680.6324979191.78谷时发电量（kwh）1029400.26527279.104收入合计（元）14374638.645盈利（元）4930155.24说明：用电负荷调整改造后，发电量有较大的增加，但油价已从2400元/ t上涨到3213.5元/ t。（表5）燃气轮机热电联供系统运行微观分析表能源成本及盈利2001年712月2002年16月2002年712月2003年112月平均负荷（kw）2301173030913159平均每小时支出（元）1170138720432292平均每小时收入（元）1983192133453489平均每小时盈余（元）81353413021197每kwh支出（元）0.510.80.660.73每kwh收入（元）0.861.111.081.11每kwh盈余（元0.350.310.420.38下面（表6）根据浦东机场能源中心“三联供”系统实际发生的运行管理费用、维护维修费用、尚未大修的费用预提以及设备投资等作综合分析。从浦东机场能源中心“三联供”系统运行情况的分析，可以看到主要从以下几个方面来提高“三联供”系统的经济性，一、提高“三联供”系统设备的负荷率，降低单位电量能耗，可以有效的提高系统的运行效率，降低维修成本。二、提高“三联供”系统设备的投运率，提高设备利用率，可以有效的降低管理成本，缩短投资回收期。四、燃气轮机热电冷三联供系统投资综合分析热电冷三联供系统投资不仅要从能源利用的多样性、提高一次能源利用率、有利于环境保护、削峰填谷作用等社会效益，也要从企业能源供给的安全可靠性确定投资的必要性，更要从企业的经济利益角度进行综合分析，以保证企业在满足上述条件的同时，获得必要的投资回报，因此必须从设施的整个生命周期的投资费用、能源费用、运行管理、设备的维修、投资回报等方面作出分析决策，下面就燃气轮机热电冷三联供系统投资作综合分析。投资项目的技术分析要使“三联供”系统获得较好节能经济性是有条件的，对于冷、热、电不同的“三联供”系统，选取合适的系统方案设置、设备配置才能有节能效果，且有较大的节能空间，合理配置机组是成功与否的关键。因此，系统设计时就必须按各建筑物逐时电负荷、冷负荷、蒸汽热负荷的测算，得到的负荷曲线并将它们分别叠加。根据负荷情况设计运行方案，系统方案设置、选择合适的热、电、冷比例，选择合适的机型配置，或采用补燃技术以进一步提高燃料利用率（提高约10%）及增加蒸汽产量，或结合采用水蓄冷技术将电能移峰填谷并延长机组运行时间。热电冷“三联供”与热电分产相比的节能条件计算式：式中：三联供发电效率三联供供热效率常规发电装置发电效率吸收式制冷系统能效比电动压缩式制冷系统能效比热电分产供热效率吸收式制冷系统需要的热量Qc与燃气轮机余热量Q，的比值。=Q， 燃气轮机余热量吸收式制冷系统需要的热量当上列不等式成立时热电冷“三联供”与热电分产相比才是节能的。该式对我们方案的设计和合理配置机组具有一定的指导作用。投资项目的财务分析投资项目财务方面要进行现金流量分析，现金流量是指企业在投资项目所引起的现金支出和现金收入的数量，现金流量的分析是投资项目经济分析的基础。投资项目经济分析主要指标及方法：（1）投资回收期（P.B）=（2）净现值（NPV）投资项目的收益总现值与原始投资额的差额。净现值用下列计算公式：I0项目原始投资；Ft项目第t 年现金流量i资金利率；n年限。（3）内部收益率（IRR）。内部收益率是投资项目本身的投资报酬率。它是评价投资项目的重要财务指标。内部收益率计算公式： 式中：i1试用的一个折现率，一般高于银行折现率；i2试用的另一个折现率，要求i2i1，（i2- i1）5%NpV1通过i1计算出的投资项目的净现值；NpV2通过i2计算出的投资项目的净现值；从浦东机场能源中心的“三联供”运行情况和上列计算公式可显示出，要使“三联供”系统获得较好的经济效益，必须从系统的设计、运行管理上提高设备的负荷率，提高设备的投运率，必须加强设备管理提高维护保养水平，降低设备生命周期成本，提高投资回收率，实现经济效益的最大化。五、结论热电冷三联供系统投资不仅要从能源利用的多样性、提高一次能源利用率、有利于环境保护、削峰填谷作用等社会效益，对企业提供能源供应可靠的保障作用。企业可并能获得较好的经济效益。协调好各方关系确保电网公司、燃气公司和用户各方获益达到双赢多赢的局面。热电冷三联供系统设计时合理配置机组是成功与否的关键，必须对热、电、冷负荷作精确的计算，提高设备负荷率和提高设备的投运率，能有效地提高设备运行效率和降低设备管理成本，获得最大的投资经济效益。参考文献：1 柳建华等 热电冷三联产系统的能耗分析. 上海市制冷学会2003年论文集2 忻奇峰 燃气轮机热电联供系统运行经济性分析3 黄如竹 发展高效燃气空调，促进上海经济，能源全面协调发展王伟军个人信息单位：上海电力股份公司闵电实业有限公司现担任职务：上海泛电能源科技有限公司 总工程师上海闵行电力工程分公司付经理、主任工程师中国制冷学会 第五专业技术委员会会员上海市制冷学会 空调、热泵专业技术委员会委员上海市能源标准化技术委员会委员职业经理人邮编：上海 200245 Tel021-64300261*2981 Mobile88557E-mail:10（表6）热电联供系统运行成本综合分析表项 目说 明2001年712月2002年16月2002年712月2003年112月1平均负荷（kw）23011730309131592平均每小时支出（元）11701387204322923每kwh支出（