冷热电三联供系统研究(2)-冷热电三联供系统是否应该“以热定电”

８２　暖通空调ＨＶ＆ＡＣ　２０１３年第４３卷第５期冷热电三联供系统研究（２）：冷热电三联供系统是否 应该“以热定电”湖南大学　殷　平☆摘要　指出了热电联产（ＣＨＰ）和冷热电三联供（ＣＣＨＰ）的不同，认为在规划和设计ＣＣＨＰ系统时不能照搬ＣＨＰ的标准和规定。

分析了“以热定电”设计方法的各种制约因素，认为这些因素大大限制了“以热定电”方法在燃气ＣＣＨＰ系统中的应用。

通过燃气ＣＣＨＰ工程实例，比较了“以热定电”、“以电定热”和优化法的各项经济参数。

结果表明，“以热定电”并非是燃气ＣＣＨＰ系统中首选的设计方法。

分析了各种热泵在燃气ＣＣＨＰ系统中的应用前景，指出由于情况复杂，热泵并非是提高燃气ＣＣＨＰ综合能源效率的一种简单有效手段，需要因地制宜地区别对待，合理使用。

关键词　冷热电三联供　热电联产　以热定电　以电定热　经济分析　热泵Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ（２）：Ｉｓ　ｉｔ　ｎｅｅｄｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｐｏｗｅｒ　ｂｙ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｌｏａｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍＢｙ　Ｙｉｎ　Ｐｉｎｇ★Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＣＨＰ　ａｎｄ　ＣＣＨＰ．Ｔｈｉｎｋｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＣＨＰ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｂｅ　ｃｏｐｉｅｄ　ｉｎ　ＣＣＨＰ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ．Ａｎａｌｙｓｅｓｖａｒｉｅｔｉｅｓ　ｏｆ　ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｖｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｈｉｌｅ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｂｙ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｌｏａｄ．Ｄｅｅｍｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｏｓｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｌｉｍｉｔ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｇａｓ　ＣＣＨＰ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｗｉｔｈ　ａ　ｐｒｏｊｅｃｔｃａｓｅ，ｃｏｍｐａｒｅｓ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｂｙ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｌｏａｄ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｌｏａｄｂｙ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ＣＣＨＰ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｐｏｗｅｒ　ｂｙ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｌｏａｄ　ｉｓ　ｎｏｔ　ａ　ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ＣＣＨＰ　ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ＣＣＨＰ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｒｉｎｇｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈａｔ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐｓｉｓ　ｎｏｔ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇａｓＣＣＨＰ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｗｉｎｇ　ｔｏ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ　ｂｅ　ａｄｏｐｔｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｂｙｈｅａｔｉｎｇ　ｌｏａｄ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｌｏａｄ　ｂｙ　ｐｏｗｅｒ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ★Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｃｈｉｎａ①０　引言在热电联产（ＣＨＰ）系统的规划和设计过程中，电力行业惯用的设计方法是“以电定热”或“以热定电”。

所谓“以电定热”，就是热电厂的发电量是预先设定的，所以能提供的余热量也就可以确定。

热能作为附属产品，其产出量可能不足，也可能盈余，如果热量不足，将由锅炉补燃来解决。

所谓“以热定电”，就是热电厂依据供热量来确定发电量。

对于热电厂来说，采用的是汽电共生工艺，发①☆殷平，男，１９４４年３月生，大学，教授４１００１２湖南省长沙市湖南大学（０）１３９０２２５０７５６Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｉｎｇｙｉｎ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ收稿日期：２０１３－０２－２２２０１３（５）殷　平：冷热电三联供系统研究（２）：冷热电三联供系统是否应该“以热定电”８３多少电是依据对外供热量来确定的，电能作为附属产品，其产出量可能不足，也可能盈余，如果电量不足，将由电网补给。

由于国家发展计划委员会等部委２０００年８月２２日在《关于印发〈关于发展热电联产的规定〉的通知》中明确指出：“热电联产规划必须按照‘统一规划，分步实施，以热定电和适度规模’的原则进行，以供热为主要任务，并符合改善环境，节约能源，提高供热质量的要求。

热电厂应根据热负荷的需要，确定最佳运行方案，并以满足热负荷的需要为主要目标。

地区电力管理部门在制定热电厂电力调度曲线时，必须充分考虑供热负荷曲线和节能因素，不得以电量指标限制热电厂对外供热，更不得迫使热电厂减压减温供汽”［１］。

因此，目前电力行业在进行ＣＨＰ规划时，采用“以热定电”已经是无需探讨的一项规定。

由于冷热电三联供（ＣＣＨＰ）在我国尚属一项新技术，无论是政策、法规、通知，还是标准和设计规范均有待完善；另一方面，目前规划和实施ＣＣＨＰ项目的企业基本上都是电力行业的央企和国企，相关专家和专业人员也绝大部分是来自电力专业，只有极少数的暖通空调专业和其他专业人员参与，所以在规划和实施ＣＣＨＰ项目过程中，基本上还是沿用电力行业，尤其是ＣＨＰ已有的相关政策、法规、通知及标准。

“以热定电”的运行模式也就成了ＣＣＨＰ的首选方案，这种做法不但在电力行业，而且在暖通空调专业也成为力荐的运行模式。

２０１２年２月１０日国家能源局发布的国网能源研究院的一份研究报告《分布式能源的政策法规关键问题研究》中指出，我国分布式能源应“明确‘以热定电’的设计原则：我国地域辽阔，不同区域的季节特点、温度变化和负荷特性都有显著差异。

建议组织有关专家研究确定不同区域的天然气分布式能源的设计原则，特别是热电联产和冷热电三联供系统要采用‘以热定电’的设计原则，避免分布式系统的投资浪费和运行的不经济，促进分布式能源的科学、合理发展。

”［２］这一要求应该是迄今为止最能反映电力行业对ＣＣＨＰ系统应采取的运行模式的态度。

对于ＣＣＨＰ系统采用的运行方式，暖通空调专业人员基本都将“以热定电”作为不二的选择，最近几年公开发表的论文和研究生论文也充分体现了这一点。

鉴于上述现状，最近几年在评审ＣＣＨＰ项目的可行性报告过程中，评审官员和专家的意见显然高度一致：ＣＣＨＰ系统的运行方式应该是“以热定电”。

３年来笔者完成了国内从北到南、从东到西１０余项ＣＣＨＰ项目的预可研报告和可研报告的撰写工作，通过大量的计算、分析、比较，发现这些基本条件各异的ＣＣＨＰ项目并不是采用“以热定电”的运行模式最为合理。

为了说明这一点，笔者从这些实际工程项目中选其一，给出了采用不同运行模式的经济分析结果，供同行及电力部门相关人员参考。

１　ＣＨＰ和ＣＣＨＰ的不同ＣＨＰ和ＣＣＨＰ项目的基本条件常常是大相径庭。

１）燃料不同。

我国已投入运行的ＣＨＰ项目所用燃料基本上是煤，而目前正在建设和有待建设的ＣＣＨＰ项目所用燃料基本上是天然气。

两种燃料的差别首先是热值不同，国产煤的热值为２０　９３０～３３　５００ｋＪ／ｋｇ（标准煤为２９　３０６ｋＪ／ｋｇ），天然气的热值为３３　５００～３５　６００ｋＪ／ｍ３。

其次是燃料价格不同，２０１２年底国内热值为２３　０００ｋＪ／ｋｇ的煤的价格大致在６００～６２５元／ｔ，而天然气价格国内各个城市差异很大，笔者所涉及的１５项工程，最高为３．６元／ｍ３，最低为２．１７元／ｍ３，平均３．２元／ｍ３。

按照热值换算，煤与天然气的价格比为０．２８３∶１。

最后是燃料燃烧后对大气的污染程度不同，仅以二氧化碳的排放量为例，通过计算和统计，长江流域公共建筑当采用燃气ＣＣＨＰ系统替代传统的燃煤三联供系统时，每ＭＷ装机功率全年二氧化碳的排放量可以减少３　８００ｔ。

２）服务对象不同。

国内“以热定电”的热电厂所服务的对象主要是电力用户和热用户（以供暖为主），其规模主要取决于城市规划和经济性比较，并无规模的限制。

但是ＣＣＨＰ系统所服务的对象，除了电力用户和热用户之外，还包括空调用户。

３）运行时间不同。

ＣＨＰ系统增加空调制冷系统构成ＣＣＨＰ系统，使得纯粹的ＣＨＰ系统的运行时间在大多数地区均会延长。

另一方面，在秦岭以南的中国很大一部分地区，当采用ＣＣＨＰ系统实施冬季供暖时，除了少数建筑物，由于无需考虑８４　暖通空调ＨＶ＆ＡＣ　２０１３年第４３卷第５期专业论坛系统停运可能导致的水管冻裂，供暖系统的运行时间要大大少于北方供暖地区，所以不但ＣＣＨＰ系统与ＣＨＰ系统运行时间不同，各个地区、不同功能的建筑物的ＣＣＨＰ系统的运行时间也不同。

而ＣＣＨＰ的运行时间是影响ＣＣＨＰ系统经济性的关键参数之一，必须尽可能符合实际，尽可能准确。

４）设备组成不同。

国内大多数热电厂采用的设备是燃煤锅炉和汽轮机，由于环境保护问题，从本世纪初开始，政府大力推广以天然气为燃料的热电厂，主要设备也发生了相应变化。

而燃气ＣＣＨＰ系统，除了燃气发电设备之外，利用余热作为冷源的溴化锂机组和电制冷机组也成为能源站的主要设备。

不同的设备组成，不但影响能源站的初投资，也影响能源站的运行费用。

５）评价标准不同。

对于ＣＨＰ，国家发改委等三部委颁布的《热电联产项目可行性研究技术规定》中对总热效率和热电比进行了规定［３］，但是，对于燃气ＣＣＨＰ系统，由于“供热量”不但包括了余热供热总量，还包括了余热供冷总量，因此总热效率和热电比应取何值，需要另行规定。

综上所述，由于诸多条件的不同，如果将ＣＨＰ的规定完全用于ＣＣＨＰ显然不妥，需要深入探讨。

２　“以热定电”的制约因素目前ＣＣＨＰ能源站所发电有三种处理方法。

１）孤网运行。

能源站发电设备独立运行，所发电力自用。

２）并网运行。

在正常运行状态下，能源站与公用电网在主回路上存在电气连接，电气连接包括电缆直接连接、经变压器连接、经逆变器连接等方式，并网运行时，电流的方向只能是从公用电网流向ＣＣＨＰ系统用户，ＣＣＨＰ能源站供电不足时可向公用电网购电［４］。