浅谈天然气冷热电三联供

【摘要】天然气分布式冷热电联供是能源利用的一个重要发展方向。从燃气冷热电三联供的概念、组成、特点（优越性）等全面地论述了天然气冷热电三联供的分布式能源是洁净高效最具经济性的供能方式。

【关键字】天然气 冷热电三联供 分布式

前言

天然气冷热电三联供，又称CCHP（CombinedCooling，Heating&Power），它主要是利用十分先进的燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气进行发电，对发电做功后的余热进一步进行回收，用来制冷、供暖和供应生活热水。这是一种高效节能环保的新型能源利用方案，在欧美已有约二十年的发展时期，并方兴未艾，被确认是能源将来的发展方向。

一、三联供概念

（1）燃气冷热电三联供。燃气冷热电三联供是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力满足用户的电力需求，系统排出的废热通过余热回收利用设备向用户供热、供冷；（2）梯级利用提高能源利用效率。经过能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右。（3）燃气冷热电三联供是分布式能源的先进技术，是指将冷热电系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出冷、热、电能的系统。分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷热电三联供等多种形式，其中燃气冷热电三联供因其技术成熟、建设简单、投资相对较低和经济上有竞争力，已经在国际上得到了迅速地推广。

冷热电三联供作为第二代能源技术，其市场开拓不是依靠政府补贴或强制性措施，而是靠科技、高能源利用效率、低环境污染，靠区内直供大大减少了大电网的输送、调峰费用，来取得客户、运营方、政府和社会四赢的效果。冷热电三联供需要按照市场经济的运作规律，靠资本运作来形成良性循环和发展，并且需要政府的规划和政策支持是非常重要的。

二、三联供的组成以及工作流程

冷热电三联供主要由两部分组成——发电系统和余热回收系统，发电部分以燃气内燃机、燃气轮机或微燃机为主，近年来还发展有外燃机和燃料电池。余热回收部分包括余热锅炉和余热直燃机等。小型冷热电三联供系统中的燃气轮机或其他发电装置燃烧天然气做功，首先是将其中约35%的能量转化为电能，这部分自发电和市电同时向自身用户供电；其余大部分能量是在烟气余热和缸套水介质中，这些热量被余热系统回收用来产生所需冷和热。系统可由高度智能化的控制系统集中控制，实现发电机组和余热回收系统的连锁运行，对不同的冷热电负荷情况下按不同的运行方式运行，同时还可接入楼栋控制系统；也可实现无人值守，通过电话线与远程控制站相连，实现远程控制。

工作流程：空气供入压气机压缩成高温高压的压缩空气，流入燃烧室与天然气混合后燃烧，形成高温、高压、高速的燃气流，流入燃气透平并推动燃气透平旋转，经透平轴输出机械功带动发电机发电。同时产生高温烟气，高温烟气产生的废热由余热锅炉吸收转换成蒸气，蒸气用于吸收制冷装置制冷。而低温烟气的热量经换热器转换成热水供用户生活和采暖[2]。这样实现对天然气燃烧产生的热能进行梯级利用：将高品位热能用来发电，利用做过功的低品位热能来制冷、制热和生活热水。天然气CCHP将“高能高用、低能低用，温度对口、梯级利用” 作为理论指导，其目标是高能效、经济性和碳减排。能效、经济性和碳减排是它的三个衡量标准。其中最关键的是能效，至少要达到70%才能有经济性。

三、 燃气冷热电三联供系统特点

（1）能源综合利用率较高

冷热电三联供由于建设在用户附近，不但可以获得40%左右的发电效率，还能将中温废热回收利用供冷、供热，其综合能源利用率可达80%以上。另外，与传统长距离输电相比，它还能减少6-7%的线损；从能量品质的角度看，燃气锅炉的热效率虽然也能达到90%，但是它的最终产出能量形式为低品位的热能，而三联供系统中将有35%左右的高品位电能产出。电能的作功能力是相同数量热能的2倍以上，所以三联供系统的综合能源利用效率比燃气锅炉直接燃烧天然气供热高得多。

（2）对燃气和电力有双重削峰填谷作用

采用燃气三联供系统，夏季燃烧天然气制冷，增加夏季的燃气使用量，减少夏季电空调的电负荷，同时系统的自发电也可以降低大电网的供电压力。

（3）具有良好的经济性

采用冷热电三联供系统分布式能源，写字楼类建筑可减少运营成本12%，商场类建筑可减少运营成本11%，医院类建筑可减少运营成本21%，体育场馆类建筑可减少运营成本32%，酒店类建筑可减少运营成本23%。

（4）具有良好的环保效益

天然气是清洁能源，燃气发电机均采用先进的燃烧技术，燃气三联供系统的排放指标均能达到相关的环保标准。根据相关研究，与煤电相比，天然气发电的环境价值为8.964分/kWh。考虑了环境价值后，三联供系统将具有更好的经济性。

（5）增强建筑物能源供应的安全性

冷热电三联供系统安装、运行相对比较简单、便捷，可以大幅度提高建筑物用能的电力供应安全性。尤其对于学校、医院等本来就需要备用电源，采用三联供可以兼做备用电源。

四、我国天然气三联供面对的问题

（1）成本问题

天然气CCHP与传统的集中发电、供热、供冷系统相比较，单位造价比较高，投资成本相对较大。加上日常的设备运行、维护等，就需要政府部门的政策支持和资金补贴，天然气CCHP才能获良好的发展。

（2）技术方面

我国天然气CCHP技术还不够成熟，经验不够丰富，设备系统运行还不够稳定。与其他国家相比，我国生产的小功率燃气轮机和微燃机较少，影响了天然气CCHP发展。天然气CCHP对使用单位的技术要求较高，运行和维护的技术人员要达到相应的技术水平。

（3）并网上网难

天然气CCHP生产的富余电力并入电网存在着许多障碍。如并网没有统一的技术标准，其安全稳定性不能得到有力的保障；如果实际项目与规划不协调，会对城市总网产生影响；此外，还有并网的价格问题，天然气CCHP发电的上网电价比煤电价格高，市场竞争力相对较弱。这些成为阻碍天然气CCHP发展的障碍。

（4）天然气供应保障

天然气CCHP的快速发展必然会增加天然气需求量，保障天然气资源的供应将成为重要任务。

（5）政策、法律、规范有待深化细化

我国天然气CCHP发展处于起步阶段，虽然已经出台了鼓励发展的相关政策，但法律规范、财税金融政策、优惠政策等方面都需要进一步的统一和细化。

（6）社会认知度不够高

政府相关部门、能源利用企业、建筑单位等相关部门以及社会大众对于建设天然气CCHP的前景和重要性认识不足，不利于天然气CCHP的推广应用。

五、结语

天然气主要应该用于解决各大城市的环境问题，用来解决巨大的电力峰谷差，用来生产高附加值的二次能源和产品；天然气除了替换冬季燃煤采暖，也应该用于夏季制冷，发展均衡的季节性用户，建立一个良好的市场结构。虽然天然气三联动的发展还存在问题，但是相信随着科技的进步会得到解决，发展区域性的天然气热电联供和分布式冷热电三联供，才是天然气的最佳利用方式。

参考文件：

[1]薛梅，董华，天然气热冷电联供系统的效益分析[J]，煤气与热力，2003，[5]，309-311

[2] 韩晓平.分布式能源设计若干问题探索[EB/OL].

[3]殷平.冷热电三联供系统研究[J].暖通空调，2013，43（4）：10-17.

[4] 张晓晖，陈钟顺.热电冷联产系统的能耗特性[J].中国电机工程学报，2007，27（5）：94-95.

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