分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)綜述

王 濤

上海市節(jié)能減排中心

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)綜述

王 濤

上海市節(jié)能減排中心

通過(guò)對(duì)相關(guān)國(guó)家政策和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的解讀，從分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)、應(yīng)用與發(fā)展、組成與分類等方面，闡述了其能源利用率高，低碳環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。

分布式冷熱電聯(lián)供；梯級(jí)利用；聯(lián)合循環(huán)；能源利用率

分布式能源系統(tǒng)（DES，Distributed Energy System）是一種新型的能源系統(tǒng)，它一般建于用戶附近，減少了輸配系統(tǒng)投資和能量損失，是更高效、更可靠和更加環(huán)保的能源系統(tǒng)。

國(guó)際分布式能源聯(lián)盟于2002年成立，其對(duì)分布式能源系統(tǒng)提出了以下界定：“分布式能源系統(tǒng)包括高效熱電聯(lián)產(chǎn)、就地式可再生能源系統(tǒng)以及能量循環(huán)系統(tǒng)（包括利用廢氣、余熱和壓差來(lái)就地發(fā)電），同時(shí)這些發(fā)電系統(tǒng)能在或靠近消費(fèi)的地點(diǎn)提供電力，而不論其項(xiàng)目大小、燃料種類或技術(shù)，也不論該系統(tǒng)是否與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)與否?！?/p>

分布式能源系統(tǒng)可在以下幾個(gè)方面區(qū)別于集中式能源。分布式能源是小型的、模塊化的，規(guī)模大致在kW至MW級(jí)；分布式能源包含一系列的供需雙側(cè)的技術(shù)；位于用戶現(xiàn)場(chǎng)或附近。這樣，便于實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的就地控制、更高效的余熱利用，以達(dá)到節(jié)能與降低污染排放的目的。

分布式能源系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的、靈活組合的系統(tǒng)，其中可以包括多項(xiàng)新技術(shù), 如燃料電池、微型渦輪機(jī)、先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)、吸收式制冷機(jī)、熱泵、干燥和能源回收系統(tǒng)、蓄熱和蓄冷技術(shù)、智能建筑的熱電控制和系統(tǒng)集成技術(shù)等。當(dāng)今的分布式能源系統(tǒng)主要是指用液體或氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)、微型或小型燃?xì)廨啓C(jī)和其他小型動(dòng)力裝置，如燃料電池等為核心組成的總能系統(tǒng)。

以分布式能源系統(tǒng)為核心，發(fā)展分布式能源系統(tǒng)可以帶動(dòng)多項(xiàng)能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展, 具有十分重要的發(fā)展前景。

1 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的原理

分布式能源系統(tǒng)又稱分布式供能或分布式電源，是以燃?xì)?、輕柴油、生物質(zhì)能、氫能等為燃料以及利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、其他可再生能源等，在用戶現(xiàn)場(chǎng)或靠近用戶現(xiàn)場(chǎng)的小型和微型獨(dú)立輸出電、熱（冷）能的系統(tǒng)。

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（DES/CCHP, Distributed Energy System/Combined Cooling, Heating and Power）是分布式能源系統(tǒng)中前景最為明朗，也是最具實(shí)用性和發(fā)展活力的系統(tǒng)。它是在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種總能系統(tǒng)，直接面向用戶需求供電、供冷、供熱、生活熱水等。

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（DES/CCHP），即“第二代能源系統(tǒng)”，集燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)、吸收式冷熱水機(jī)、壓縮式冷熱水機(jī)、熱泵、吸收式除濕機(jī)和能源綜合控制體系等高新技術(shù)和設(shè)備為一體，對(duì)輸入能量及內(nèi)部能流根據(jù)熱能品味進(jìn)行綜合梯級(jí)利用，來(lái)達(dá)到更高能源利用率，減少二氧化碳及有害氣體排放。

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的基本原理是能的梯級(jí)利用，如圖1所示。如以天然氣為燃料燃燒后，化學(xué)能轉(zhuǎn)換為700～1 500℃的高品位熱能，首先利用這部分熱能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電(天然氣燃料電池CCHP系統(tǒng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能)；然后對(duì)中低品位熱能進(jìn)行逐級(jí)利用，200～500℃的熱能可以作為吸收式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源進(jìn)行供冷或?qū)ν夤?yīng)高壓蒸汽，而200℃以下的熱能則可以通過(guò)換熱器供應(yīng)熱水或低壓蒸汽，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的多級(jí)多次利用。如何根據(jù)用戶能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，綜合設(shè)計(jì)能源供應(yīng)體系，將簡(jiǎn)單的單一電力供應(yīng)，改變成電、熱、冷的聯(lián)合供應(yīng)，充分利用燃料燃燒后放出的熱量，就有可能在現(xiàn)有發(fā)電效率的基礎(chǔ)上，增加熱能利用率，從而大幅度地提高能源利用率。

根據(jù)卡諾定理，理論條件下的熱力循環(huán)效率上限為63%左右，實(shí)際熱力循環(huán)效率通常在45%以下，目前最先進(jìn)的超超臨界機(jī)組也無(wú)法突破50%。而理論條件下，燃機(jī)的布雷登循環(huán)效率上限為48%，實(shí)則接近40%，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的效率則接近60%，根本原因是實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用。但是與卡諾循環(huán)還有近20%的差距，主要原因是燃機(jī)排煙損失和余熱鍋爐中換熱不完全造成的損失。若采用分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，一次能源利用率通?？蛇_(dá)70%以上。

圖1 能的梯級(jí)利用

2 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的特點(diǎn)

分布式冷熱電聯(lián)供是科技、高效、節(jié)能、環(huán)保的新式能源，具有分布在用戶端的高效能源綜合利用系統(tǒng)，可獨(dú)立地輸出冷、熱、電能，有效解決區(qū)域能源供應(yīng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量、增加電力供應(yīng)等綜合效益。燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)可以有效地利用天然氣資源，實(shí)現(xiàn)“分配得當(dāng)、各得所需、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”，最大限度的提高燃?xì)饩C合利用效率。集中供熱供冷的建設(shè)是城市治理大氣污染，提高能源利用率的重要措施，是提高人民生活質(zhì)量的公益性基礎(chǔ)設(shè)施，是現(xiàn)代化建設(shè)所必不可少的。

20世紀(jì)初以來(lái)電力行業(yè)流行的觀點(diǎn)是：發(fā)電機(jī)組容量越大效率越高，單位千瓦投資越低、發(fā)電成本越低。所以隨著能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電力工業(yè)發(fā)展方向是“大機(jī)組、大電廠和大電網(wǎng)”。但是，在很多情況下，分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)是集中供電不可缺少的重要補(bǔ)充，兩者的有機(jī)結(jié)合是未來(lái)能源系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。分布式冷熱電聯(lián)供主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）分布式冷熱電聯(lián)供可以滿足多種場(chǎng)合的需求

對(duì)不適宜鋪設(shè)電網(wǎng)的西部等邊遠(yuǎn)地區(qū)或散布的用戶；對(duì)供電安全穩(wěn)定性要求較高的特殊用戶，如醫(yī)院、銀行、機(jī)場(chǎng)等；能源需求較為多樣化的用戶，如煉焦、化工、電子、食品、制藥等，在為他們提供電力的同時(shí)還能滿足熱或冷能的需求。這種供能方式最大的優(yōu)點(diǎn)是不需遠(yuǎn)距離輸配電設(shè)備，輸電損失顯著減少，運(yùn)行安全可靠，并可按需要方便、靈活地利用排氣熱量實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)或分布式冷熱電聯(lián)供，提高能源利用率。

（2）分布式冷熱電聯(lián)供可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)在安全穩(wěn)定性方面的不足

表1 主要類型發(fā)電廠的造價(jià)投入比較

在世界上大型火電廠建設(shè)的趨勢(shì)有增無(wú)減之時(shí)，電網(wǎng)的急速膨脹給供電安全與穩(wěn)定性帶來(lái)很大威脅，而各種形式的小型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，使國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)家安全至關(guān)重要而又極為脆弱的紐帶——大電網(wǎng)不再孤立和笨拙。直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置與大電網(wǎng)配合，可大大地提高供電可靠性，在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害（例如地震、暴風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)爭(zhēng)等）情況下，可維持重要用戶的供電。

（3）分布式冷熱電聯(lián)供為能源的綜合梯級(jí)利用提供了可能

在常規(guī)的集中供電方式中能量形式相對(duì)單一。當(dāng)用戶不僅僅需要電力，而且需要其它能量形式如冷能和熱能的供應(yīng)時(shí)，僅通過(guò)電力來(lái)滿足上述需要時(shí)難以實(shí)現(xiàn)能量的綜合梯級(jí)利用，而分布式冷熱電聯(lián)供以其規(guī)模小、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)不同循環(huán)的有機(jī)整合可以在滿足用戶需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量的綜合梯級(jí)利用，并且克服了冷能和熱能無(wú)法遠(yuǎn)距離傳輸?shù)睦щy。

（4）分布式冷熱電聯(lián)供可以降低投資風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行成本

分布式冷熱電聯(lián)供的小額增量模式比單次增量較大、次數(shù)較少的大型項(xiàng)目，可以更好地跟蹤負(fù)荷的變化，使得長(zhǎng)時(shí)間并網(wǎng)的空余容量較低，體現(xiàn)出更好的價(jià)值優(yōu)勢(shì)。如果負(fù)荷增長(zhǎng)與預(yù)測(cè)有較大的出入，采用大增量模式的發(fā)電廠將會(huì)有長(zhǎng)期的空余容量，增加了投資和運(yùn)行成本。同時(shí)，分布式冷熱電聯(lián)供的建設(shè)周期短（一般5～8年），可以縮短收益年限，降低投資風(fēng)險(xiǎn)和成本。表1列出了主要類型發(fā)電廠的造價(jià)投入比較。

（5）分布式冷熱電聯(lián)供體現(xiàn)了良好的節(jié)能環(huán)保性能

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有良好的環(huán)保性能，與分散供熱（冷）相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，即大量減少了煙囪數(shù)量，大大減少了二氧化碳、氮氧化物的排放。天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的二氧化碳排放量?jī)H為傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的30%～50%。有關(guān)專家做了這樣的估算，美國(guó)如果從2000年起每年有4%的現(xiàn)有建筑的供電、供暖和供冷采用天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，從2005年起25%的新建建筑及從2010年起50%的新建建筑均采用冷熱電三聯(lián)供的話，該國(guó)到2020年的二氧化碳排放量將減少19%，如果將現(xiàn)有建筑實(shí)施冷熱電聯(lián)供的比例從4%提高到8%，到2020年二氧化碳的排放量將減少30%。而且，天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的氮氧化物（NOx） 的排放量也極低（一般為9～25 ppm）。

（6）分布式冷熱電聯(lián)供為可再生能源的利用開(kāi)辟了新的方向

3 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

3.1 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)應(yīng)用的條件可以歸納為以下幾個(gè)：

（1）人口密度比較大，單位面積用電、冷熱負(fù)荷較高的地區(qū)，如經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)（沿海、特大城市）；

（2）具有相對(duì)比較匹配的熱（冷）、電負(fù)荷，通常電與熱（冷）的比例在0.5～2.5之間，這樣的比例與現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)特性相一致。

（3）年有效利用時(shí)間較長(zhǎng)，通常認(rèn)為系統(tǒng)年利用時(shí)間在3 500～4 000 h以上才能夠比較快速的回收投資；

（4）建筑密度較大，使得管網(wǎng)的初投資和冷熱介質(zhì)的輸送費(fèi)用較低。

具備上述特點(diǎn)的醫(yī)院、賓館、學(xué)校、大型商場(chǎng)、高檔辦公樓、大型機(jī)場(chǎng)、大型鐵路客站、某些工礦企業(yè)、娛樂(lè)場(chǎng)所、高檔小區(qū)等都是分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)應(yīng)用的理想場(chǎng)所。

3.2 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展

以渦輪部裝任務(wù)t4為例，共有10個(gè)工序，目前第7工序已完工，則DLt4=(pt40,pt4),pt4={pt41,pt42,,pt47}，其中pt47為關(guān)鍵工序任務(wù)，需進(jìn)行三檢。

到目前為止，按節(jié)能水平和技術(shù)先進(jìn)性，分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展大致可劃分為三代：第一代分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的相對(duì)節(jié)能率大約在5%～10%，主要是實(shí)現(xiàn)了常規(guī)動(dòng)力技術(shù)與余熱利用技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加，大部分還是依靠直燃機(jī)補(bǔ)燃、電壓縮式制冷等常規(guī)方式以滿足用戶的制冷空調(diào)需要。因此，梯級(jí)利用程度不高、相對(duì)節(jié)能率低。第二代的相對(duì)節(jié)能率可以達(dá)到10%～20%，主要是由于動(dòng)力與中溫余熱利用構(gòu)成了較好的梯級(jí)利用。目前實(shí)施的多數(shù)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以達(dá)到這一水平。而第三代技術(shù)的相對(duì)節(jié)能率將達(dá)到20%～40%，特點(diǎn)是采用新一代分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的集成技術(shù)。聯(lián)供系統(tǒng)的集成程度顯著增加，燃料化學(xué)能做功能力損失降低，中溫段熱利用的溫度斷層減少，低品位余熱得到有效利用，從而使能的梯級(jí)利用程度大幅提升。同時(shí)兼顧了動(dòng)力子系統(tǒng)的高效運(yùn)行與用戶不同冷、熱負(fù)荷變動(dòng)。第一、二代技術(shù)采用的主要為簡(jiǎn)單集成，第三代則更多地考慮了深度集成，而分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿χ饕谟谏疃燃伞?/p>

（1）國(guó)外分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展

美國(guó)在1999年提出了“CCHP創(chuàng)意”和“CCHP 2020年綱領(lǐng)”；至2003年，美國(guó)DES/CCHP總裝機(jī)容量為56 000 MW，占全美電力總裝機(jī)容量的7%；DES/CCHP可以幫助美國(guó)實(shí)現(xiàn)CO2減排19%的目的。

日本規(guī)定熱電聯(lián)產(chǎn)的上網(wǎng)電價(jià)高于火力發(fā)電，鼓勵(lì)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)；截止2004年，日本全國(guó)DES/ CCHP總裝機(jī)容量達(dá)到了7.78 GW；燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供和汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮式制冷設(shè)備是日本冷熱電聯(lián)供的主要形式。

歐洲各國(guó)也都非常重視分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展。英國(guó)對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目免除氣候變化稅、商務(wù)稅；丹麥政府給予熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目投資補(bǔ)貼和調(diào)度優(yōu)先；德國(guó)規(guī)定對(duì)于總效率達(dá)到70%以上的電廠免征天然氣稅，對(duì)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)予以長(zhǎng)期的補(bǔ)貼。

（2）我國(guó)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展

雖然分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家已有20多年的發(fā)展歷史，我國(guó)在20世紀(jì)90年代就開(kāi)始引入并推廣建設(shè)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，到目前為止已有十余年的歷史，但是，由于種種的原因，發(fā)展速度一直比較緩慢，直到21世紀(jì)，隨著國(guó)家天然氣工業(yè)的發(fā)展和“西氣東輸”工程的實(shí)施，分布式能源系統(tǒng)才開(kāi)始逐漸加快發(fā)展速度。近幾年引起了國(guó)內(nèi)的廣泛關(guān)注，我國(guó)的DES/CCHP 技術(shù)的研究尚處于起步階段。

為了鼓勵(lì)和促進(jìn)熱電事業(yè)的健康發(fā)展，原國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部和電力部于1998年聯(lián)合發(fā)布了220號(hào)文件《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的若干規(guī)定》。2000年1月，原國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部和環(huán)境保護(hù)總局又針對(duì)當(dāng)時(shí)的新形勢(shì)，以220號(hào)文件為基礎(chǔ)，發(fā)布了新的關(guān)于熱電聯(lián)產(chǎn)的文件—關(guān)于印發(fā)《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》的通知(計(jì)基礎(chǔ)［2000］1268號(hào))。《規(guī)定》中明確指出：“熱電聯(lián)產(chǎn)具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量、增加電力供應(yīng)等綜合效益”，“各地區(qū)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，因地制宜地制定發(fā)展和推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱的措施”，還進(jìn)一步明確了“鼓勵(lì)使用清潔能源，鼓勵(lì)發(fā)展熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣聯(lián)產(chǎn)，以提高熱能綜合利用效率。針對(duì)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)，文件中第十四條明確指出“積極支持發(fā)展燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)”，而“以小型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組和余熱鍋爐等設(shè)備組成的小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，“具有效率高、占地小、保護(hù)環(huán)境、減少供電線損和應(yīng)急突發(fā)事件等綜合功能，在有條件的地區(qū)應(yīng)逐步推廣”。

2011年10月9日，發(fā)改委、財(cái)政部、住建部、國(guó)家能源局等4部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》，進(jìn)一步增大了財(cái)政、電網(wǎng)對(duì)天然氣分布式能源的支持力度，推動(dòng)了天然氣資源利用，促進(jìn)了節(jié)能減排。

目前，我國(guó)天然氣供應(yīng)日趨增加，智能電網(wǎng)建設(shè)步伐加快，專業(yè)化服務(wù)公司方興未艾，天然氣分布式能源在我國(guó)已具備大規(guī)模發(fā)展的條件。重點(diǎn)在能源負(fù)荷中心建設(shè)區(qū)域分布式能源系統(tǒng)和樓宇分布式能源系統(tǒng)。到2020年，在全國(guó)規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5000萬(wàn)kW，初步實(shí)現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化。如果利用分布式能源發(fā)電來(lái)滿足2021年前的電力需求增長(zhǎng)可節(jié)省大約40%的資金成本，同時(shí)零售電價(jià)可降低28%，CO2可減排56%。

以天然氣為燃料的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)建設(shè)已逐步進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開(kāi)發(fā)實(shí)施階段，并且首先在北京、上海、廣州等大城市有一批熱、電、冷聯(lián)供示范工程建成投運(yùn)，并取得了較好的示范效果。上海市的發(fā)展目標(biāo)是到2020年建設(shè)100個(gè)系統(tǒng)，裝機(jī)容量為30萬(wàn)kW。

（3）我國(guó)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展中面臨的問(wèn)題及建議

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)涉及供熱、電力、燃?xì)獾刃袠I(yè)的利益。如何做好各行業(yè)間的利益協(xié)調(diào)，在國(guó)家利益的高度上統(tǒng)一認(rèn)識(shí)至關(guān)重要。要想從宏觀上把握分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展，需要在國(guó)家層面有專門(mén)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。

首先，并網(wǎng)問(wèn)題是目前我國(guó)發(fā)展分布式冷熱電聯(lián)供技術(shù)的主要障礙之一。由于目前電網(wǎng)建設(shè)的大部分工作由電力部門(mén)完成，而分布式冷熱電聯(lián)供技術(shù)應(yīng)用毫無(wú)疑問(wèn)將影響電網(wǎng)公司的利益。電網(wǎng)公司一般只允許分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)并網(wǎng)但不售電，即使允許售電，電價(jià)也是很低的。在這種情況下，分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)上網(wǎng)售電是不合算的。因此，分布式冷熱電聯(lián)供在規(guī)劃系統(tǒng)容量時(shí)就應(yīng)明確是否能上網(wǎng)售電，及上網(wǎng)電價(jià)，并在此基礎(chǔ)上做好經(jīng)濟(jì)性分析，以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

其次，分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)較傳統(tǒng)供能系統(tǒng)要復(fù)雜許多，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較低，單位千瓦造價(jià)通常比常規(guī)電廠要高一些，導(dǎo)致分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的前期投入比常規(guī)電廠多，而后期收益會(huì)受多種因素影響，差別很大。但是傳統(tǒng)電力供應(yīng)模式需要龐大的電網(wǎng)投資，而分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)沒(méi)有額外的燃料或能源成本，僅僅是回收動(dòng)力裝置的余熱。國(guó)內(nèi)運(yùn)行著的諸多項(xiàng)目，只要設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行良好，一般幾年就能收回全部投資。

再次，如果系統(tǒng)容量按用戶的電、熱（冷）負(fù)荷的峰值選取，雖然在峰值負(fù)荷時(shí)，用戶的能源利用率較高，但是從全年的角度來(lái)看，很多時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的容量無(wú)法全部利用，機(jī)組的利用率下降導(dǎo)致項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性差，這是國(guó)內(nèi)許多分布式冷熱電聯(lián)供項(xiàng)目失敗的主要原因。所以，在項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)在確實(shí)可靠的、經(jīng)批準(zhǔn)的熱、電、冷負(fù)荷規(guī)劃基礎(chǔ)上，科學(xué)地確定系統(tǒng)容量，在運(yùn)營(yíng)期應(yīng)和冷、熱、電用戶簽訂合同，保證負(fù)荷的相對(duì)穩(wěn)定性，以保證較高的機(jī)組利用率和盈利。

4 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的組成及分類

4.1 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的基本組成

采用常規(guī)能源的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)一般由原動(dòng)機(jī)、余熱利用設(shè)備、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、供熱（冷）系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中常用的設(shè)備和系統(tǒng)主要包括：光電系統(tǒng)、燃料電池、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、高性能燃?xì)廨啓C(jī)和微燃機(jī)、熱力驅(qū)動(dòng)的制冷系統(tǒng)。除濕裝置、風(fēng)力透平、需求側(cè)管理裝置、太陽(yáng)能（發(fā)電）收集裝置和地?zé)崮芰哭D(zhuǎn)換系統(tǒng)。

這些技術(shù)可以滿足不同用戶的能量需求，包括：連續(xù)的電能、備用電力、可移動(dòng)電源、分布式冷熱電聯(lián)供和調(diào)峰電力等。

4.2 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的分類

按能源利用形式分類，可分為：化石燃料分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、可再生能源分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、化石燃料與可再生燃料結(jié)合的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)等。

按動(dòng)力子系統(tǒng)類型分類，可分為：燃?xì)廨啓C(jī)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、斯特林機(jī)分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、燃料電池分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)等，其各自特點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 按動(dòng)力子系統(tǒng)類型分類的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)特點(diǎn)比較

按系統(tǒng)規(guī)模分類，可分為：樓宇型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)等，其各自特點(diǎn)見(jiàn)表3。

表3 按系統(tǒng)規(guī)模分類的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)特點(diǎn)比較

5 結(jié)語(yǔ)

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

（1）滿足當(dāng)?shù)毓?、冷需?/p>

燃?xì)饫錈犭娐?lián)供機(jī)組主要擔(dān)負(fù)著附近地區(qū)的工業(yè)用氣和采暖(制冷)的任務(wù)，是當(dāng)?shù)刂饕獰幔ɡ洌┰粗弧?/p>

（2）有利于地區(qū)電力負(fù)荷發(fā)展

燃?xì)饫錈犭娐?lián)供機(jī)組可用于滿足附近地區(qū)的部分負(fù)荷需求，在一定程度上減輕當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電壓力，有利于附近地區(qū)的電力負(fù)荷發(fā)展。

（3）緩解電力峰谷差。

燃?xì)饫錈犭娐?lián)供機(jī)組采用自發(fā)電，可以作為調(diào)峰機(jī)組，避開(kāi)電網(wǎng)用電高峰，緩解地區(qū)電力峰谷差。

（4）大大提高能源利用效率

燃?xì)饫錈犭娐?lián)供機(jī)組，可以大大提高能源利用效率：大型發(fā)電廠的發(fā)電效率一般為30%～40%；而經(jīng)過(guò)能源的梯級(jí)利用使能源利用效率從常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的40%左右提高到70～80%，且沒(méi)有輸電損耗。

（5）滿足環(huán)境保護(hù)的需要

在能源發(fā)展方向上，必須積極發(fā)展清潔能源電廠，改善電力工業(yè)對(duì)環(huán)境的影響，從而為實(shí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供有力的保證。而燃?xì)饫錈犭娐?lián)供機(jī)組在降低碳和污染空氣的排放物方面具有很大的潛力：據(jù)有關(guān)專家估算，如果將現(xiàn)有建筑實(shí)施燃?xì)饫錈犭娐?lián)供機(jī)組的比例從4%提高到8%，到2020年CO2的排放量將減少30%，有利于環(huán)境保護(hù)。

但是，分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展還存在一些瓶頸，由于分布式能源站的特點(diǎn)是靠近用戶，往往布置在城市小區(qū)、公共場(chǎng)所、甚至在建筑物內(nèi)，這就對(duì)運(yùn)行的安全和環(huán)保提出了更高的要求。在設(shè)備選擇和噪聲防治方面需要重點(diǎn)關(guān)注，這無(wú)疑會(huì)加大設(shè)備采購(gòu)和噪聲處理方面的費(fèi)用，提高了項(xiàng)目的初投資。但是分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)沒(méi)有額外的燃料或能源成本，僅僅是回收動(dòng)力裝置的余熱。只要解決了并網(wǎng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行良好，就可以使聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)項(xiàng)目的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益得到最充分的發(fā)揮，一般幾年就能收回全部投資。

綜上所述，發(fā)展分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)短期內(nèi)大幅度降低能源消耗，減少環(huán)境污染，加強(qiáng)能源安全，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)起到積極作用，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是解決我國(guó)能源與環(huán)境問(wèn)題宏偉目標(biāo)的重要技術(shù)途徑。

Comprehensive Study on Distributed Combined Cooling Heating and Power Generation System

Wang Tao
Shanghai Energy Saving and Emission Reducing Center

The article studies principle and characteristics, application and development, composition and classification of distributed combined cooling heating and power generation system through interpreting relative national policies and standards and regulations. It introduces several advantages, such as high energy utilization ratio and low carbon and environment friendly.

Distributed Combined Cooling Heating and Power Generation, Cascade Utilization, Combined Cycle, Energy Utilization Ratio

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.12.002

王濤：（1983-），男，江蘇南京人，浙江大學(xué)動(dòng)力工程與工程熱物理專業(yè)碩士，工程師，主要從事節(jié)能咨詢工作。