冷热电联产分布式能源系统介绍及在四川地区使用经济性分析

1、冷热电联产分布式能源系统介绍及在四川地区使用经济性分析（贺巍）一、冷热电原理天然气冷热电三联产系统是一种对天然气进行梯级利用的系统, 可以有效地提高一次能源利用率。为了有效利用天然气,不仅要提高耗能设备效率,而且要使天然气产生的能量由高温到低温实行多阶段多次利用,也就是按能量品位的高低,安排好功、热和物料热力学能的各种能量之间的合理配合,实现不同形式、不同品位能量的梯级利用,以获得整个系统能量综合利用的最佳效果。天然气能量梯级利用途径见表1 所示。天然气能量梯级利用途径表温度区域适用设备适用场所天然气的化学能1500 发动机电力1100 燃气轮机电力700 ,燃气轮机电力动力300 蒸气热利用

2、(工厂)100 高温水热利用(建筑物)80 低温水热利用(供热水)50 冷温水采暖天然气冷热电联产分布式能源系统是由一种一次能源连续产生两种以上二次能源的系统,天然气燃烧把化学能转化为热能,高品位的热能用来发电(燃料电池冷热电三联产系统直接把天然气的化学能转化为电能) ,低品位的热能用于供热或者为吸收式、吸附式制冷系统提供驱动热源,从而实现对天然气化学能的多级多次利用。天然气冷热电三联产系统具有很高的一次能源利用率。对于普通的火力发电系统,一次能源利用率约为40 % ,而采用天然气冷热电联产分布式能源系统,一次能源利用率通常可达70 %以上。由于能源利用率很高,故天然气冷热电联产系统具有很好的

3、经济效益。天然气冷热电联产分布式能源系统具有良好的环保性能,可以有效地减少废气排放。天然气冷热电联产分布式能源系统的二氧化碳排放量仅为传统能源系统的30 %50 %。典型的冷热电联产分布式能源系统如上图示。冷热电联产原理图二、全球冷热电发展现状1、国外冷热电发展状况美国：1999年美国能源与环保署（EPA）出版了建筑用冷热电联产2020年远景规划，提出了CCHP发展的时间表。2005年8月布什签署的美国能源政策法案规定到2010年美国每年的20新建筑和10的现有商业和公共建筑将采用CCHP。2020年50新建筑和25的现有商业和公共建筑将采用CCHP。欧洲：在欧盟，热电联产指示、排放贸易指示、

4、新电力和燃气指示及建筑物能耗和能源产品税收指示是对CCHP发展最重要的立法行动。1997年制定鼓励CCHP的能源和税收政策时，欧盟内CCHP的发电比重约占9。欧盟的战略制定了到2010年CCHP的发电量将占欧盟全部发电量的18。日本：到2003年底，日本共有CCHP机组2915台。自20世纪80年代以来日本政府为了支持CCHP的发展给与了四个方面的支持：特殊的税收、低息贷款、投资补贴和新技术应用补贴。日本政府鼓励CCHP的其它详细措施是：CCHP的安装者可以获得30的安装折旧费或第一年收益的7免税；可以获得投资总额4070的低息贷款（每年2.3%）.1997年6月颁布的关于新能源使用的促进法规

5、也明确了对CCHP的鼓励和支持。印度：CCHP占印度总发电量的3.6%。目前仅蔗糖行业就将有87个CCHP项目在实施中。2、国内CCHP发展状况在20世纪80年代，中国第一次关注CCHP的发展。80年代末90年代初，中国正经历电力供应紧张问题，政府出台了一系列优惠政策促进了CCHP的发展。90年代末，国家取消了这些优惠政策，CCHP放缓。1998年国家电力保护法实施后，中国鼓励节能技术的项目全面发展。促进了能量的梯级利用和总效率的提高。随着2005年国家对节能重视程度的进一步提高，国家出台了更为具体和严格政策鼓励CCHP的发展。与此同时，四川等地发现了大容量的天然气田，同时西气东输项目的进一步

6、扩大以及天然气利用政策的落实。可以预测在未来的几年，中国CCHP系统的容量将迅速增加。随着经济的不断发展和对能源紧迫性问题认识的进一步加深，以及2008年冰雪灾害所带来的能源教训，我国加紧了对冷热电事业的发展。2008年9月在成都召开的国际第四次分布式能源大会，也给冷热电联产分布式能源系统的发展展示了一个美好的前景。近几年国家出台的涉及到冷热电联产分布式能源系统的文件如下：中华人民共和国节约能源法2008年4月1日实施天然气利用政策特急 发改能源20072155号中国节能技术政策大纲2007 年02 月28 日发布国务院关于加强节能工作的决定国发200628 号“十一五”十大重点节能工程实施意

7、见发改环资20061457 号公共建筑节能设计标准2005年7月1日实施节能中长期专项规划国家发改委2005年建设部资源节约安排意见建科200598 号三、燃气冷热电联产分布式能源系统适合采用的条件1、具备天然气供应：具有稳定和连续供应的天然气，且天然气甲烷指数70。2、用户对电力、热或冷有恒定需求用户长时间联系需要电力供应，且对冷和热有恒定的需求。3、电网电价是天然气价格的2.8倍以上当电网每千瓦的电力是天然气每千瓦热量的价格2.8倍以上时，适合采用天然气冷热电分布式能源系统。计算举例：假设:1m3天然气（四川天然气热值为10kW）价格为2.6元；1度电= 1kWh价格为0.83元两种能源价

8、格比值= 0.83 /(2.6/10) = 3.19 2.8说明该地区适合采用燃气冷热电分布式能源系统。四、燃气冷热电联产分布式能源系统适合的场所1、工业：较大的电力需求和稳定的冷热需求。2、酒店：稳定的电力需求和稳定且长时间的冷热需求。3、医院：稳定的电力需求和稳定且长时间的冷热需求。4、公共建筑：稳定的电力需求和较长时间的冷热需求。5、学校：稳定的电力需求和较长时间的冷热需求。6：游泳场馆：稳定的电力需求和较长时间的热需求。7、小区供暖：稳定的电力需求和稳定且较长时间的热需求。8：沼气场：便宜的沼气资源，可以向周边用户提供电力及冷热水。五、燃气冷热电联产分布式能源系统在四川使用的经济性分析

9、燃气冷热电联产分布式能源系统，能够通过能源转换给用户带来经济上的节省。其节省主要来源于两个方面：1）、电力的费用的节省2）、余热的节省。电力的节省主要来源于天然气经过发电机发电后，得到的电价比国家电网价格低。按照四川省电网平段电价（见下表）和商业用气价格2.6元/m3。我们可以计算出冷热电联产可以给用户带来的运行费用节省。四川省电网丰枯、峰谷电价表（非重建县）平水期丰水期枯水期平峰谷平峰谷平峰谷0.8344 1.2252 0.4436 0.7562 1.1080 0.4045 0.9907 1.4597 0.5218 1、选择发电机我们拟选用MTU GC 772 N5热电联产机组。其参数如下：

10、项目参数项目参数发电功率772Kw发电效率41.30%供热功率861Kw (5%)供热效率46.07%总能源投入1869Kw (5%)总热效率84.37%天然气消耗186.9m3/hr热水温度100 / 802、发电成本发电成本=天然气价格/发电量+每千瓦发电机械成本=2.6/4.13+0.1=0.73元/kw3、发电比用电网带来的节省峰时段=1.2252-0.73=0.4952元/kwh平时段=0.8344-0.73=0.1044元/kwh以宾馆为例，每天平时段使用8小时，峰时段使用8小时，每天运行360天（5天时间为全年的设备例检时间），则用电费用的节省：峰时段=0.4952元/kwh8小

11、时360天772=1101007元/年平时段=0.1044元/kwh8小时360天772=232118元/年全年节省费用合计=1101007元/年+232118元/年=1333125/年4、余热的回收和费用节省在发电的同时，有46.07%的余热得到了回收利用。即投入1869kw可以得到861kw的余热。年总余热回收量（假设为酒店，余热能全部回收）=16小时360天861kw=4959360kw/年。该部分热量按照天然气的发热量折算成天然气=4959360kw/年10=495936m3。按照天然气价格节省的费用为：495936m32.6元/ m3=1289433元/年。因热量不能完全利用，按照65%利用率计算。则全年余热收益为：8331315、冷热电全年带来的效益（与用电网和天然气直接燃烧制热水）1333125/年+833131元/年=2171256元/年。说明：该收益是理想状态下冷热电联产系统全年的收益。但是在实际操作中，由于余热在春、秋两季并可能不能完全被利用，所以发电的余热会有部分浪费，因此总收益会低于理想状态的年收益。六、投资回收时间冷热电联产的设备投入主要是燃气发电机（热电联产机组）。MTU GC772 N5热电联产机组CIF中国主要港口价格为：385, 550欧元。按照2012年10月17日中国人民银行外汇