燃氣冷熱電三聯供項目建設探討

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【摘要】結合我國近年采用燃氣輪機發電供能發展情況，分析存在的問題和不足，面對未來將重新規劃開發建設首鋼高新產業園區這一歷史機遇，說明在首鋼園區規劃建設燃氣冷熱電三聯供項目的可能性；提出工作切入點、運營三聯裝備應具備的條件，并通過總結我國當前建設三聯供項目的制約因素，提出解決問題的意見建議。

【關鍵詞】燃氣;冷熱電三聯供;能源;規劃

1引言

燃氣冷熱電三聯供，即CCPH（CombinedCooling,HeatingandPower），是指以天然氣為主要燃料帶動燃氣輪機發電機等燃氣發電設備運行，產生的電力滿足用戶的電力需求，系統排出的廢熱通過余熱回收利用設備向用戶供熱、供冷。隨著全球經濟的快速發展，一方面能源需求不斷上升，另一方面資源緊缺和環境壓力日益增大。由于燃氣發電屬于清潔能源，二氧化碳等有害物排放比燃煤電廠低，可滿足環境和排放更嚴格的標準，技術也比較成熟，而可再生能源還存在多種需要攻關的課題，燃煤發電隨著對SO2、NOx、粉塵、重金屬含量等排放更高標準的限制，技術改造成本及難度很大，所以世界各國均致力于發電結構調整，燃氣發電再次受到熱烈追逐。當然，人類不可能長期依賴燃氣發電，因為天燃氣也是不可再生的。但燃氣發電可以用相對潔凈的方式為人類爭取到至少幾十年的時間，讓人類分階段實現可再生能源、新一代能源的能源戰略的革命。不管將來如何，在未來和今天之間，天然氣發電是重要的過渡橋梁。僅從這一點看，天然氣發電就應該值得我們充分重視，并作出足夠的努力。

2淺析燃氣輪機冷熱電三聯供裝備在北京的發展潛力

由于北京市特殊的地位，北京市燃煤發電機組受到限制，北京市供電主要從山西、內蒙、河北電網供電，電力需求有保證且安全可靠。但由于熱能難以長距離輸送，不可能靠外地解決北京市的供熱熱源困境，只能依靠北京市自己解決，故北京市是一個缺乏集中供熱熱源的特大型城市。

2.1北京市集中供熱簡況

北京市城市熱網集中供熱熱源主要有四座熱電廠：國華北京熱電廠、第二熱電廠、京能熱電廠、華能北京熱電廠和四座大型供熱廠：左家莊供熱廠、方莊供熱廠、雙井蒸汽廠，雙榆樹供熱廠。供熱管網干線東至東四環，西到西三環，北至平安大街，南到廣安大街，將全部熱源連接起來，總長達477.6km，遍布于全市八個城區。如圖1。2008年北京市城市熱力網（熱電廠+調峰熱源）的供熱能力就已達到滿負荷，已沒有應對重大突發性事件的熱源容量彈性。根據《北京城市總體規劃》提出的能源建設原則，北京“十二五”規劃中明確提出，構建安全高效清潔的“‘1＋4＋N’＋X”供熱體系。“1是建設一個相對穩定的中心大網；4是按照兩擴兩遷、先建后拆的原則建設四大燃氣熱電中心，形成對中心大網主力熱源支撐；N則是按照與熱電廠基荷1：1配比建設燃氣尖峰鍋爐，作為輔助熱源；X是不與中心大網連接的、滿足區域供熱需求的獨立供熱系統。目前，四個為中心大網提供支撐的熱電中心，2011年運營的東南熱電中心位于五環路內高碑店，有2臺35萬kW級燃氣熱電機組和尖峰鍋爐，2012年投入使用的西南熱電中心位于豐臺區草橋村，有著和東南熱電中心相同的供熱能力。東北熱電中心位于朝陽區高安屯，建設規模為4臺35萬kW級燃氣熱電機組，西北熱電中心選址在石景山區高井地區，建設規模為6臺35萬kW級燃氣熱電機組，為四大熱電中心中對中心大網支援最多的項目。據北京新聞2015年3月24日報道，預計到2016年，四大熱電中心全部正常投入運行。這大大提高了北京城市熱網的供熱能力，可是由于北京城市建設的快速發展，熱源和供熱設施的建設仍滯后于城市建設。

2.2冷熱電三聯供在北京市發展潛力大

按以上所述北京擁有全國最大的采暖熱水管網，然而，在夏季，北京市由于沒有用熱負荷，熱電聯產機組要么停運、或以發電效率極低的純凝汽方式運行。造成夏季由于熱負荷的缺乏而使得供熱系統的大量設備閑置，運行效率低下，造成巨大的資源浪費和經濟損失。與此同時，在空調方面，由于北京是我國政治、文化和教育的中心，高大建筑鱗次櫛比，且夏季氣候炎熱，故而擁有巨大的空調負荷。目前這些負荷基本上依靠分散的電力空調設備承擔。空調機組耗電量大，且使電力負荷的峰谷差拉大，造成能源的嚴重浪費。另一方面，在改善空氣質量、調整能源結構的大背景下，北京市天然氣用量快速增加，主要用于民用及冬季供熱，年耗氣量居全國第三位，但冬季采暖期用氣量高居全國榜首，且冬夏季峰谷差達10倍以上，夏季最低日用氣不足700萬m3，而冬季最高峰日用氣量近8000萬m3。所以根據北京市情況，改造舊城區夏季靠電力制冷方式，特別是在新規劃城區直接考慮使用冷熱電三聯供系統，使得用電用氣峰谷負荷互補，利于電網氣網的移峰填谷，又提高用能的經濟性。隨著北京城市的繼續發展，北京市一方面還要大力建設供熱熱源及系統，另一方面又存在大量制冷用熱負荷需求，還要繼續改善大氣空氣質量，故在北京城區未來的發展中，冷熱電三聯供大有發展潛力。正在建設北京小湯山未來科技城（裝機容量200MW）和海淀區北部3號稻香湖片區能源中心（裝機容量200MW）的示范工程也充分說明了這一點。

3對在首鋼高新產業園區內規劃建設投產燃氣輪機冷熱電三聯供設備設施探考

3.1可能性

綜合以上所述，由于長安街延長線通過首鋼廠區并有西北熱電中心的供熱主管線從首鋼廠區內穿過，所以我認為：(1)在首鋼園區內建設以滿足北京城市對供熱需求的、像北京小湯山未來科技城和海淀區北部3號稻香湖片區能源中心規模的較大型的冷、熱、電三聯供發電供能裝備不太可能。這種情況有可能的是在距首鋼園區有一定距離以外的附近建設大型三聯供項目，而園區內部分建筑設施使用它的能源制冷或供熱。(2)由于北京市新建西北熱電中心距首鋼園區不遠且還有一根穿過首鋼廠區的供熱管線，未來在園區內的建筑設施供熱也有一定條件和理由全部接用市政熱力管線熱源供熱而不建設燃氣三聯供設備設施。如首鋼園區用市政熱網供熱，市政熱網向市內輸送熱量就會減少，園區也就失去了采用新能源供能方式節能減排的示范作用了。在當前節能減排的大形勢背景下，這種情況可能行也小。(3)在園區內建設中、小型規模的燃氣冷熱電三聯供設備設施，承擔園區內部分供熱、供冷負荷。這種情況是有很大可能性的。

3.2開展工作的著眼點

通過園區開發部了解北京市西部區域能源規劃情況，燃氣冷熱電三聯供設備應能滿足北京市環境排放標準要求和對水資源需求量要求并滿足節水要求。所涉及的以下實體的關注點得到保證。所涉及的實體有：環境保護部、國家能源局、北京市政府、北京市熱力集團、北京市燃氣集團、北京市水務集團、北京市供電局。國家安全生產監督管理總局。⑴環境保護部是環保政策的制定和監督方，關注建設項目是否符合污染物排放標準和總量控制標準。⑵國家能源局是能源類規劃的審批方，關注項目是否符合冷熱電三聯供政策和工作程序。⑶北京市政府是市政設施項目投資的組織和管理方，關注盡快盡好地解決北京市供電、熱、冷能力和項目的設計方、投資方，保證北京市經濟穩定而快速發展。⑷北京市熱力集團是市政供熱設施規劃運營方，關注園區供熱規劃。⑸北京市燃氣集團是市政燃氣供配設施規劃運營方，關注西部天然氣管網建設、天然氣冬夏季運行耗量平衡，確保三聯供設備用氣安全。⑹北京市水務集團是市政供配水設施管理運營方，關注建設項目節水程度、消耗水資源情況。⑺供電局是供配電設施管理運營方，關注建設項目涉及并網地點等情況。⑻國家安全生產監督管理總局是企業安全生產法律、法規的制定和執行情況監督者，關注天然氣設備設施安全生產相關法律法規。

3.3燃氣冷熱電三聯供的使用條件

燃氣冷熱電聯供系統的使用包括能源供應條件、聯供負荷條件、聯供站址條件、聯供能效條件、工程技術條件等。

3.3.1使用燃氣冷熱電聯供系統應具備的能源供應條件

①使用燃氣冷熱電聯供系統的區域，天然氣供應應充足且供氣參數比較穩定，以保證燃氣輪機的一次能源供給和正常運行。②燃氣輪機發出的電量即可自發自用，也可并入市政電網運行，并入電網的系統應采取發電機并網自動控制措施，燃氣發電機停運時可實現市政電網供電。③市政電網實行峰谷分時電價④用戶供電、供熱、供冷負荷使用規律相似。

3.3.2使用燃氣冷熱電聯供系統應具備的聯供負荷條件

①待園區建筑規劃后決定，根據所帶供熱、制冷負荷，決定三聯供設備容量是按區域集中式冷熱電三聯供規模考慮還是按樓宇式規模考慮，以決定發電總容量及聯供系統年運行時間。②用戶是全年都有冷、熱負荷需求還是只在夏季有冷負荷需求，冬季供暖季有熱負荷需求，還是全年都有冷、熱負荷需求，而在兩季需求更多，如像天津北辰風電園。冷、熱負荷需求特點決定系統配置情況和采用系統的形式。

3.3.3使用燃氣冷熱電聯供系統應具備的能源站站址條件

①燃氣冷熱電聯供系統的能源站宜靠近供電區域的主配電室，且供冷供熱的半徑不宜太大。②能源站應便于與市政燃氣管道連接，且入站燃氣壓力應符合國家現行的有關標準、技術規程的規定。③樓宇規模的燃氣發電機組應考慮在建筑物地下室布置還是首層、頂層，不同地點應有容量限制。④能源站應符合環保、防火、防爆等安全要求⑤能源站宜獨立設置或室外布置，當確有困難需要貼近民用建筑布置時，應采用防火墻隔開，且不應貼臨人員密集場所。

3.3.4使用燃氣冷熱電聯供系統的能效限定條件

①燃氣冷熱電聯供系統的年平均能源綜合利用率應大于70%。②燃氣冷熱電聯供系統的年平均余熱利用率宜大于60%。③采用內燃機，全系統年節能率應大于30%，采用燃氣輪機時，全系統年節能率應大于20%。燃氣冷熱電聯供系統的節能率是在產生相同冷量、熱量和電量情況下，聯供系統相對分供系統的一次、二次能源的節約率。④在冷熱電聯供系統的能源站內，各臺燃氣發電裝置的負荷率都宜大于80%。⑤輔助燃氣鍋爐的效率宜大于90%。

3.3.5使用燃氣冷熱電聯供系統的工程技術條件

燃氣冷熱電聯供系統應的設計、施工、驗收和運行管理，應符合國家關于施工、建設、驗收、運行規程規定。

3.4當前推進建設燃氣冷熱電三聯供制約因素及建議

3.4.1制約因素

⑴行政體制障礙由于該項目屬于能源綜合利用，包含能源的輸送、轉化和使用等多個環節，涉及燃氣、電力、環保、熱力、安全生產等多個部門，各部門之間行政上相互獨立、相互制約，利益各不相同，如果沒有政府牽頭協調，作為使用業主單位很難協調各個能源部門滿足各個能源單位的要求，這導致項目在審批、手續辦理等方面遇到困難。⑵電力并網、上網和售電障礙系統應該與電網并網運行。當系統發電不能滿足用戶全部需求時，由電網給予補充，同時多余的電力還應銷售給電網公司。但在我國建設的項目電力并網方面都遇到了較大困難，除一些已經建成的項目仍未獲得并網批準外，即使經政府批復電力部門同意上網的項目，電力公司提出的并網費用也使的用戶難以承受。目前，我國電力并網規則條款僅針對大型電廠，燃氣冷熱電分布式能源項目發電并網事宜尚未明確規定。這也是導致項目并網存在障礙的原因。為消除此障礙，國家應在電力法規中，增加支持分布式能源項目電力并網的明確條款，以促進燃氣冷熱電分布式能源技術的推廣。⑶缺乏技術標準和規范要求我國燃氣冷熱電分布式能源還處于起步階段，建好的項目還不多，相應的設計、施工、驗收、運行維護等技術標準和規范也尚未出臺，這都影響了項目的建設發展。⑷設會效益不能得到合理體現國內能源價格體系尚不健全，能源價格并不反映其真實市場價值和環境價值，許多能源價格還帶有福利性質，如供熱價格等。分布式能源項目具有提高能源綜合利用效率、減少能源輸送損失、提高能源供應安全性、優化能源節構、平衡燃氣電力峰谷差、減少溫室氣體排放等多項社會效益，但是目前在沒有相關支持鼓勵政策的情況下，采用分布式能源技術增加的技術和資金風險全部由業主承擔，產生的社會效益卻沒有轉化成經濟效益體現在業主身上。⑸缺乏適合的商業運作模式燃氣冷熱電分布式能源項目涉及燃氣、電力、熱工、空調、控制等各個專業，技術涉及面廣，在項目設計采購、施工、運行的各個階段需配置高素質的技術人員，加之國內缺乏相關技術標準和規范指導，用戶自行建設分布式能源項目人員成本高、技術風險較大。還有項目涉及的并網、上網、設備減免稅等許多政策問題，協調起來難度很大。如我國電力法不允許電力行業以外第三方向電網⑹主機及其它設備的國產化目前，設備大多靠進口，運行、檢修費用高，為降低投資等費用，設備的國產化是重要環節。

3.4.2意見建議

⑴建立政府和各專業管理部門、業主、投資方、設備供應商的溝通機制，推動相關工作的進一步開展。⑵組織研究、吸收國際經驗，制定對燃氣冷熱電分布式能源發展具有推動作用的指導性文件，制定相關補貼支持政策，如優化氣價、減免稅收、設備免征關稅和增值稅優惠等政策。⑶完善制定燃氣冷熱電三聯供相關的設計、施工、驗收、運行、檢修、維護等技術標準和規范。⑷建立有資質、有技術和有城信的專業服務公司，可以承擔開發、規劃、設計、施工、運行、維護等工作。⑸制定統一的并網及電接入標準，建立完善的價格體系和機制。⑹了解燃氣輪機等設備國產化最新進展情況。

作者:楊旸 單位:北京首鋼總公司園區管理部基礎設施