冷热电三联供(CCHP)作为一种分布式供能技术,通过回收余热用于供热与制冷实现能源的梯级利用,可以同时提供冷、热、电3种能量,将能源利用效率从普通火力发电的40%左右提升至70%~90%。
一、分布式能源的在国内外的应用与发展情况
国际上,对于分布式冷热电三联供系统早已得到广泛的使用和认可。
美国为了增加分布式能源站的开发利用,为其设置了税收减免和简化审批等优惠政策。早在2002 年末,美国分布式能源站就接近 6000 座,到 2010 年,已有 20%的新建商用建筑、5%的现有商用建筑、25%的美国能源部热电联产项目使用分布式三联供系统。未来规划中,美国政府还将进一步推进“分布式能源系统”的发展规划,并制定了明确的战略目标:力争 2020 年,50%的新建商用建筑、l5%的现有商用建筑,采用“分布式热电联产”模式(受新冠疫情的影响,最终这个目标是否实现不得而知)。
欧盟分布式能源平均占电力市场比例达 10%,德国、荷兰和捷克已达 38%,其中丹麦更高达 53%。欧洲燃料类型多样,但主要以天然气为主,并正在与可再生能源发展紧密结合。形式上包括微型热电冷联供(MCHP)和工业热电联产(CHP),燃料电池和热泵等。据统计,欧盟 l997 年,分布式能源站已经多达 9000多台。欧盟各国在该能源站的支持还表现在价格补贴、低利率优惠贷款和将环保所得税作为投资款返还工商业等政策上。
日本以天然气为基础的分布式冷热电联供项目发展最快,而且应用领域广泛。其政府曾出台多项优惠政策以致大力发展分布式能源,从立法、政府补助、建立示范工程、低利率融资以及给予建筑补助金等角度来促进能源开发及节能事业的发展。
二、我国三联供项目运行的营利尴尬现状
多项调研结果表明,近年来,在我国国内已投入运行的燃气冷热电三联供系统试点运行效果均不太理想。
有关专家研究指出,我国已建成的数十个以冷热电三联供系统为主的天然气分布式能源项目有半数因效益、技术等问题处于停运状态;通过调研发现,上海黄浦区中心医院、浦东国际机场、虹桥商务中心、北京燃气集团调压站、北京燃气调度指挥大楼均由于设备容量配置过大,造成联供机组运行效率低或经济性较差,导致系统停置搁用或根本无法运行的情况。
现在,我国的三联供项目的现状是不开也亏,越开越亏。目前运营中的天然气冷热电三联供项目基本上都处于亏损运营状态,空置率高,负荷设计过大,经济效益差等等问题。
三、三联供项目效益不好的问题探究
1、根本的问题在于建筑对于这些能源需求的波动性与联供系统供能的稳定性之间的矛盾。
有研究通过在办公建筑、商场建筑、宾馆饭店建筑、综合建筑这4种公共建筑类型中,分别选取1栋实际运行的建筑作为典型建筑,以建筑能耗计量系统监测数据为基础,通过分析上述4种不同类型、不同地区的建筑的能源需求,可以发现建筑对电力的需求全年相对较稳定,而供冷、供暖的需求随着季节的变化出现了较大幅度的波动,在过渡季节有可能会出现既无供冷需求又无供暖需求的情况,这意味着建筑的冷热需求与电力需求之比在全年有着大幅的变化,冷电比、热电比的波动范围在0~3之间。
而楼宇式冷热电三联供系统的不同能源供应比例的可调节性较差,通过烟气、缸套水、中冷水回收的余热总量与发电量的比例大致稳定在1∶1,否则只能通过浪费掉一部分余热来减小热电比,造成联供系统的热电效率下降。因此,联供系统的稳定能源供应与建筑波动的能源需求相适应的情况下,必定造成二种结果:一种是热电效率的下降;一种是供应能源的减少,也即需要辅助冷热源、电源进行补充。这2种结果对应着运行管理人员在实际中选择以电定热还是以热定电的运行模式。
通过更为深入的研究表明,只有宾馆饭店建筑应用楼宇式冷热电三联供系统较常规分供系统存在较好的节能效果,而在办公建筑、商场建筑、综合建筑中节能效果均不明显,甚至比分供系统更耗能。究其原因,是冷热电三联供系统只有在存在供热需求时效率较分供系统更高,而这4类建筑中只有宾馆饭店建筑全年存在时间较长且较稳定的热需求(生活热水)。对于缺少热需求的建筑,楼宇式冷热电三联供技术的可应用性不佳。
2、规划设计过程中的大马拉小车问题。
目前我国的建筑工程的设计规范中,对建筑的冷热电的负荷统计计算普遍偏高,加上设计人员的保守心态,傻大笨粗是常态,饱受垢病。所以,根据计算负荷来确定的机组与变压器容量普遍存在在大马拉小车的问题,华建院曾经做过一个机场的实际负荷分析,在电负荷这一块,变电器负荷长期低于40%的Sn,冷热负荷也同样的存在这种情况。
对于建成环境下建筑,由于招商的问题,也导致了负荷过低而导致机组容量不匹配的问题。
区域型的三联供机组,除了规划目标达不成预期之外,招商引资与机组的建设时序至关重要,有些园区根据设计的机组投运后,大多都有机组的冗余的“大马拉小车”现象,这样导致的一次性投资及运维成本的上升,成为盈利的关键要素。
四、项目盈利的几个边际因素
三联供项目以热定电,根据冷热的需求来选择与优化供能系统,有几个几个关键因素将影响项目的盈利:
(1)稳定的冷热需求与冷热的销售价格是项目盈利的核心因素;
(2)三联供项目的接入电网及上网电价也很重要,目前电网并不欢迎分布式三联供并网发电,标杆电价上网的优势并不明显,若按自发自用的一般工商业电价消纳电能,计及这一部分利润,项目的收益就很可观了。
(3)天然气的价格是非常关键的,在三联供的系统效率与能源销售价格固定的情况下,天然气价是项目盈利的敏感性要素;
(4)不同的区域,对三联供项目的补贴政策很重要。
三联供,1Nm3天然气可发3.8kWh的电能,或差不多同等热量或冷量。若天然气能按3元/Nm3价格,折合三联供系统发电成本就约等于市电价格0.78元/kWh(上海市的一般工商业峰谷电价的加权平衡价格约在0.75元/kWh左右),剩余的余热可以制冷或供热,这就成了项目比较确定的利润;按0.7元/kWh的冷热价格,280元/吨蒸汽的价格,经济效益是非常可观的。
但是不能因为三联供系统存在的这些问题,就否定了天然气三联供的适用场景,某些冷热电负荷稳定的区域,比如医院、机场、数据中心等等,采用分布式能源站形式,做好负荷-机组匹配和运行方式分析,是可以达到较高效率和效益的,在国内也有一些成功的案例,国外就更多了。
例如,日本三联供系统是仅次于燃气、电力的第三大公用事业,到2000年底已建冷热电三联供系统1413个,平均容量477kW,广泛应用于医院、办公楼、宾馆及其它一些综合设施中,进行区域冷热电供应,效率和效益都比较好。
三联供系统依赖于稳定的冷热供应流量,频繁调节非常不利用三联供机组的运行。这里存在一个生活习惯及对建筑环境的品质要求与精细度要求的问题。比如在美国,美国劳工部保证工人在工作环境中的温度要求是室内低温最低不能低于20℃,最高不能超过24℃,同时,他们对湿度也有要也敢要保持在20%~60%的区间内。这样从根本上解决了能源需求的波动性与联供系统供能的稳定性之间的矛盾,效益自然也就好了。
中国人,有随手关空调的习惯,这样或许表现得更为节俭一些......
(来源 智见能源)