上海燃?xì)馄謻|銷售有限公司金敏琴 摘要：燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)是合理、有效利用天然氣資源的手段、解決能源緊缺的良方之一，適用于民用、商業(yè)、工業(yè)等各種領(lǐng)域。雖然一次投資較高，但是經(jīng)濟(jì)效益好、能較快地收回投資；社會(huì)效益好，有利于環(huán)保。文章用實(shí)例分析來說明熱電聯(lián)產(chǎn)的前景與其巨大潛力。 關(guān)鍵詞：燃?xì)?熱電聯(lián)產(chǎn) 能源 近年來我國用電缺口愈來愈大，北京、上海等各大城市頻頻刷新用電記錄。2004 年上半年，全國有24 個(gè)省級電網(wǎng)拉閘限電，夏季全國電力供需缺口在3 000 萬kW 以上。此時(shí)，大力發(fā)展傳統(tǒng)電廠既非合理利用能源的正確之舉，同時(shí)興建電廠投資大、建設(shè)周期長，也解決不了燃眉之急。現(xiàn)在“西氣東輸”工程已全線貫通，我國的能源結(jié)構(gòu)隨之變化。結(jié)合發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，推廣小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)是解決能源緊缺的良方之一。 小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)的定義及主要方式 任何一個(gè)企業(yè)或家庭，對于能源的需求都是多樣的，需要電力、采暖熱力、空調(diào)制冷、生活熱水、炊事燃?xì)獾鹊取＿@些需求在傳統(tǒng)工業(yè)社會(huì)中是通過明確的社會(huì)分工，由各個(gè)專業(yè)企業(yè)分別加以解決。但是最大的問題是能源利用效率低、設(shè)備使用效率低，從而帶來資源和資金的浪費(fèi)，以及環(huán)境污染的加劇等。世界各國的能源環(huán)境專家普遍認(rèn)為：應(yīng)將需求供應(yīng)整合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)能源的溫度對口梯級利用，就近供能減少中間環(huán)節(jié)損耗，這將是解決問題的最佳手段，即：用一個(gè)單獨(dú)的裝置，先將一次能源天然氣發(fā)電，將發(fā)電后的余熱用于采暖或制冷，以實(shí)現(xiàn)對一個(gè)企業(yè)或家庭的能源供應(yīng)，這就是小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)。圖1 為其工作示意圖。 小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)的主要方式為燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)熱電(冷)聯(lián)產(chǎn)，因其技術(shù)成熟，在世界各地有著廣泛應(yīng)用。其他方式有燃?xì)馔馊紮C(jī)和燃料電池?zé)犭?冷)聯(lián)產(chǎn)。 市電網(wǎng) 電力用戶負(fù)載 天然氣 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī) (內(nèi)燃機(jī)) 余熱鍋爐蒸汽 換熱器熱水 圖1 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組工作示意 燃?xì)廨啓C(jī)是以燃?xì)鉃楣べ|(zhì)，經(jīng)壓縮、加熱后在透平中膨脹，將部分熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械。燃?xì)廨啓C(jī)一般由壓氣機(jī)、燃燒室、透平、控制系統(tǒng)及必要的輔助設(shè)備組成。小型熱電聯(lián)產(chǎn)適用的燃?xì)廨啓C(jī)分為300~20 000 kW 的小型燃?xì)廨啓C(jī)和300 kW 以下的微型燃?xì)廨啓C(jī)。 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)將燃料與空氣注入氣缸混合壓縮，點(diǎn)火引發(fā)其爆燃做功，推動(dòng)活塞運(yùn)行，通過氣缸連桿和曲軸，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。最早由美國卡特彼勒公司于1943 年開發(fā)生產(chǎn)，是一種傳統(tǒng)技術(shù)，可選擇的機(jī)組容量范圍大，從幾十千瓦到近萬千瓦。全世界生產(chǎn)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的公司很多，我國也有多家企業(yè)可以生產(chǎn)。 3 小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)的適用性及經(jīng)濟(jì)效益 小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)適用于各種民用、商業(yè)、工業(yè)項(xiàng)目，甚至農(nóng)業(yè)項(xiàng)目：1) 樓宇熱電冷：將燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)與溴化鋰空調(diào)聯(lián)合循環(huán)，對樓宇供電、供熱、供冷、供衛(wèi)生熱水等；2) 余熱直接利用：將熱電(冷)聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的高溫?zé)煔庵苯佑糜谔沾伞⑹喟濉⒃旒埖犬a(chǎn)品的烘干；3) 直接利用微型燃?xì)廨啓C(jī)參與工藝流程：在食品加工、醫(yī)藥、精細(xì)化工等生產(chǎn)工藝中，利用燃機(jī)余熱和電力就近參加工藝流程；4) 為工廠化農(nóng)業(yè)提供能量：有足夠的CO2 和少量肥料，植物就可以茂盛生長。熱電(冷) 聯(lián)產(chǎn)機(jī)組可以將煙氣中的低溫?zé)崃俊⑺魵狻⑸倭縉OX 和CO2 注入大棚，支持無害蔬菜、水果和花卉等農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。 小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)一次性設(shè)備投入較大，但由于即使不采用燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)，也要投資建設(shè)采暖、制冷和熱水系統(tǒng)。實(shí)際上，真正增加的支出只是燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)部分，設(shè)備回收周期一般為3~5 a ，而使用周期長達(dá)20~30 a 之久，其投資效益極為明顯。同時(shí)在項(xiàng)目建設(shè)中，采用熱電(冷) 聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，可以減少一路供電投資，包括電力線路排管施工費(fèi)用和電力增容費(fèi)。當(dāng)設(shè)備投入使用后，由于其就近供能減少中間環(huán)節(jié)損耗，能源利用效率高，采用熱電(冷)聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的能源支出比采用其他技術(shù)方式的經(jīng)濟(jì)。 表1 為上海地區(qū)50 000 m2 級商業(yè)建筑幾種能源解決方式的能源支出比較。 表1 上海地區(qū)商業(yè)建筑各種能源解決方式的能源支出比較* 購電 項(xiàng)目 小燃機(jī)熱電冷 燃?xì)忮仩t電空調(diào) 直燃機(jī) 總發(fā)電功率/kW 1 200 供電量/kW 1 170 -1 170 -1 170 預(yù)計(jì)年設(shè)備發(fā)電小時(shí)/h 5 628 5 628 5 628 年發(fā)電購電量/kWh 6 584 760 -6 584 760 -6 584 760 平均電價(jià)/元·(kWh)-1 0.72 0.72 0.72 年發(fā)購電收入支出/元·a-1 4 741 027.20 -4 741 027.20 -4 741 027.20 供暖功率/ kW 2 248 2 248 2 248 預(yù)計(jì)年設(shè)備供熱小時(shí)/h 1 260 1 260 1 260 年供熱量/ kWh 2 832 480 2 832 480 2 832 480 熱價(jià)/元·(kWh)-1 0.2550 0.2550 0.2550 供熱收入 /元·a-1 722 211.32 722 211.32 722 211.32 總制冷功率/kW 2 871 2 871 2 871 預(yù)計(jì)設(shè)備制冷小時(shí)/h 4 368 4 368 4 368 年制冷量/kWh 12 540 528 12 540 528 12 540 528 冷價(jià)/元·(kWh)-1 0.196 0.240 0.196 制冷收入/元·a-1 2 459 630.72 -3 009 726.72 2 459 630.72 天然氣總耗量/m3·h-1 501.03 272.94 272.94 天然氣價(jià)格/ 元m-3 2.1 2.1 2.1 年耗氣量/m3 2 819 811 343 910 1 536 132 年燃料成本/元·a-1 -5 921 602.79 -722 211.32 -3 225 877.22 小時(shí)運(yùn)行費(fèi)用/元·h-1 46.8 23.4 23.4 年運(yùn)行費(fèi)用/元·a-1 -263 390 -131 695 -131 695 總支出/元·a-1 -6 184 993 -8 604 660 -8 098 600 節(jié)約支出/元·a-1 2 419 667 0 506 061 *摘自中國能源網(wǎng)《50 000 平方米級建筑分布式熱電冷聯(lián)產(chǎn)綜合技術(shù)解決方案》 4 案例分析 區(qū)的天然氣大用戶。目前該公司的動(dòng)力設(shè)施：1) 總用電負(fù)荷為16 000~17 000 kWh ，分二路10 000 V 4.1 工程概況進(jìn)線，按三部制電價(jià)收費(fèi)；2) 5 座干燥塔，10 000 L/h 上海斯米克建筑陶瓷有限公司是上海浦東地2 臺，4 000 L/h 3 臺，使用燃?xì)忮仩t產(chǎn)熱對進(jìn)料(濕 漿)加以干燥。該公司現(xiàn)已滿負(fù)荷生產(chǎn)，計(jì)劃擴(kuò)大規(guī)模，擴(kuò)展規(guī)模(二期)與當(dāng)前規(guī)模(一期)相當(dāng)，但因上海用電日趨緊張，用電計(jì)劃未獲供電局批準(zhǔn)，因此擴(kuò)展項(xiàng)目無法實(shí)施。上海燃?xì)馄謻|銷售有限公司建議該公司對一期項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)改造，采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，獲得富余電力后即可按計(jì)劃實(shí)施二期項(xiàng)目。當(dāng)然，對二期項(xiàng)目亦建議其采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。 2 基本數(shù)據(jù)擬對2 臺10 000 L/h 干燥塔使用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。 4.2.1 干燥塔的數(shù)據(jù) 現(xiàn)耗用天然氣約1 280 m3/h；進(jìn)出料25 t/h，每噸料需要熱量為1 591~1 675 MJ，則滿足工藝要求所需熱量25×1 633 000÷3 600=11 339 kWh ；干燥塔每年生產(chǎn)350 d，按二天換一次料，每次需4 h 左右。 3 天然氣價(jià)格 燃?xì)忮仩t每月天然氣耗量180 萬m3 以下為2.05 元/m3，超過180 萬m3 部分為1.97 元/m3，則天然氣價(jià)格按2.0 元/m3 計(jì)算。熱電聯(lián)產(chǎn)每月天然氣耗量8 萬m3 以上為1.9 元/m3。 4.2.3 電力價(jià)格 峰電為0.935 元/kWh ，平電為0.548 元/kWh， 谷電為0.252 元/kWh，則平均電價(jià)為： 0.935×6 +0.548×10 +0.252×8 24 =0.546 1 元/kWh。 4.3 裝機(jī)方案 根據(jù)“以熱定電”、“不足電力從電網(wǎng)補(bǔ)充，不足熱量補(bǔ)燃解決”和“電力并網(wǎng)不上網(wǎng)”的設(shè)計(jì)原則，建議選用2 套5 000 kW 級燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備。國內(nèi)使用最多的小型燃?xì)廨啓C(jī)是索拉(Solar) 透平公司的產(chǎn)品，該機(jī)組雙燃料系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)裝備，可自動(dòng)進(jìn)行油氣切換以應(yīng)付緊急狀況，所以小型燃?xì)廨啓C(jī)選用Solar 金牛座60 機(jī)組。 機(jī)組數(shù)據(jù)如下： 天然氣耗量/m3h-1 1 816 熱量/kWh 17 952 發(fā)電量/kWh 5 069 發(fā)電效率/% 28.24 余熱/kWh 10 247 熱效率/% 57.08 煙氣溫度/℃ 514 從上述數(shù)據(jù)可以獲悉Solar 金牛座60 機(jī)組的余熱滿足10 000 L/h 干燥塔的熱量略嫌不夠，同時(shí)考慮濕漿進(jìn)料的不均勻性，建議采用補(bǔ)燃方式增加熱量，補(bǔ)燃量為原燃?xì)忮仩t耗氣量的10%，即128 m3/h 天然氣。 4.4 經(jīng)濟(jì)效益分析 目前一臺10 000 L/h 干燥塔每年耗用天然氣：1 280 m3/h×7 700 h =9 856 000 m3 9 856 000 m3×2.0 元/ m3 =1 971.2 萬元 改用熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組后：每年耗用天然氣：(1 816+128)m3/h×(24×350)h =16 329 600 m3 每年支出天然氣費(fèi)用：16 329 600 m3×1.9 元/ m3 =3 102.62 萬元每年得到電力：5 069 kW×(24×350) h =42 579 600 kWh 每年收入電力費(fèi)用：42 579 600 kWh ×0.546 1 元/kWh =2 325.27 萬元采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)后每年可減少能源支出：1971.2－(3 102.62－2 325.27)=1 193.85 萬元考慮設(shè)備維修費(fèi)用和潤滑油費(fèi)用：維修費(fèi)用，按經(jīng)驗(yàn)測算為50 萬元/年每年潤滑油費(fèi)用： 0.5L/h×(24×350) h×16 元/ L =6.72 萬元?jiǎng)t采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)后每年凈節(jié)省費(fèi)用：1193.85－50－6.72 =1 137.13 萬元 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總投資費(fèi)用約3 000 萬元，則投資回收期為2.6 年。 4.5 電力接入 Solar 燃?xì)廨啓C(jī)可與電網(wǎng)同步供電，通過一個(gè)安裝在線路上的探測器自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)送電的頻率、象限周波，通過控制計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的頻率，并通過控制燃?xì)夤?yīng)量調(diào)節(jié)功率輸出，可以確保電力不反送上網(wǎng)，保證用戶電網(wǎng)和公共電網(wǎng)的安全運(yùn)行。 4.6 政策優(yōu)惠 上海市政府鼓勵(lì)發(fā)展小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)滬府辦(2004)52 號文，小型燃?xì)鉄犭?冷) 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可享受700 元/kW 裝機(jī)容量的政府補(bǔ)貼，并對其進(jìn)口自用設(shè)備(除國家規(guī)定不能免稅的設(shè)備外)經(jīng)批準(zhǔn)可予免征關(guān)稅和進(jìn)口環(huán)節(jié)增值稅。因此，該項(xiàng)目可進(jìn)一步降低一次性設(shè)備投資。 5 推廣小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)的巨大潛力 我國正以日新月異的變化引來全世界的注目，北京、上海正在籌辦2008 年的奧運(yùn)會(huì)和2010 年的世博會(huì)，更是令人矚目。保持適度的、穩(wěn)定的國民經(jīng)濟(jì)增長和良好的環(huán)境質(zhì)量是維護(hù)和提升城市形象的關(guān)鍵所在。小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)的特性對上述兩者有積極意義。 我國電力供應(yīng)日趨緊張，錯(cuò)避峰用電措施給正常的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)帶來不便。若電力緊張持續(xù)下去，還可能影響投資環(huán)境，擾亂正常的生產(chǎn)秩序，直接影響國民經(jīng)濟(jì)。為此，政府正積極采取措施，出臺了《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》，以此推動(dòng)熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展，支持小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)用于廠礦企業(yè)，寫字樓、賓館、商場、醫(yī)院、銀行、學(xué)校等較分散的公用建筑。小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不僅可采暖、制冷，而且可直接供電，對緩解電力緊張問題更為直接，有利于電力供應(yīng)安全可靠。同時(shí)，它既可以填補(bǔ)夏季天然氣利用的低谷，也可以有效地避免夏季電力高峰的出現(xiàn)，起到優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的效果，為國民經(jīng)濟(jì)的增長打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 天然氣是一種清潔能源，燃燒時(shí)不產(chǎn)生硫氧化物(SOx) ，而產(chǎn)生的NOX 為燃煤的20%~40%，CO2 為燃煤的60%。小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)機(jī)組使用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)時(shí)，由于采用貧氧燃燒，NOX 排放濃度較低；使用燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，由于采用低氮燃燒技術(shù)或噴水或噴蒸汽技術(shù)，NOX 排放濃度可以控制在25 ×10-6，大大降低其單位濃度。 若進(jìn)一步利用燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)機(jī)組排放的CO2、水蒸汽、少量NOX 和余熱，促進(jìn)植物的生長，就可達(dá)到零排放和全能量利用的效果。CO2 的排放量減少，可減小溫室效應(yīng)，緩解全球變暖趨勢，是人類的一大福音。因此，采用小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)技術(shù)可減少大氣污染，對環(huán)境保護(hù)大有裨益。 6 結(jié)語 綜上所述，小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)是合理、高效利用天然氣資源的最佳手段，不僅自身經(jīng)濟(jì)效益好，而且其引發(fā)的社會(huì)效益對北京、上海這樣的大城市更為顯著，因此筆者認(rèn)為現(xiàn)階段在城市推廣小型燃?xì)鉄犭?冷)聯(lián)產(chǎn)不僅科學(xué)合理，而且十分必要，其市場前景是廣闊的。