1 前言

 

  分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)(DES/CCHP)是在20 世紀(jì)70 年代后期，伴隨著“石油危機(jī)”后世界天然氣的快速發(fā)展而開發(fā)、應(yīng)用并已經(jīng)趨于成熟的技術(shù)。它可以是“區(qū)域型”的，也可以是“樓宇型”或“用戶型”的。當(dāng)前，中國(guó)正在完成工業(yè)化和城市化進(jìn)程，而此進(jìn)程必須在提高能效、減排CO2 的條件下實(shí)現(xiàn)。DES 在經(jīng)濟(jì)效益、能效、碳減排三方面都是比較好的組合方案，這就決定了DES/CCHP 必將成為我國(guó)工業(yè)和商住能源終端供應(yīng)保障的主要模式。

 

  在這個(gè)時(shí)刻， 科學(xué)地認(rèn)識(shí)和發(fā)展適當(dāng)規(guī)模的DES系統(tǒng)十分重要，中國(guó)必須從自身的國(guó)情出發(fā)，在“樓宇型”和“區(qū)域型”兩種DES 類型中做出選擇。

 

  2 區(qū)域型與樓宇型分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展回顧和適宜條件比較DES/CCHP 是上世紀(jì)70 年代末先在美國(guó)、隨后在歐洲和日本等自由市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國(guó)家發(fā)展起來的。當(dāng)時(shí)它們都已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化和城市化，城區(qū)布局已經(jīng)定型，新建DES 只能立足于已有條件“見縫插針”。

 

  所以從數(shù)量上看， 絕大多數(shù)DES 都是不涉及城市中道路開挖、管線敷設(shè)的“樓宇型”或“用戶型”。少數(shù)幾十兆瓦級(jí)的“區(qū)域型”DES 項(xiàng)目主要建在能源密集的工業(yè)區(qū)或中央商務(wù)區(qū)(CBD)，而且也有一個(gè)逐步擴(kuò)展的過程。例如美國(guó)最大的、位于Chicago 市中心的區(qū)域供冷系統(tǒng)(DCS)，就是在2×104US.RT(美國(guó)冷噸，1US.RT=3.517kW，下同)規(guī)模的基礎(chǔ)上，逐漸向周圍用戶拓展而達(dá)到10×104US.RT 規(guī)模的。

 

  迄今在中國(guó)國(guó)內(nèi)，不論在分析論述還是在工程實(shí)踐上， 大都是針對(duì)樓宇或用戶的熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)和冷熱電聯(lián)供(CCHP)。典型的如醫(yī)院和機(jī)場(chǎng)，建筑面積不過幾十萬平方米， 輸送范圍也不過幾百米，用戶都在同一個(gè)法人單位之內(nèi)，不存在市場(chǎng)交易問題。“樓宇型”或“用戶型”DES，由于其規(guī)模小(一般小于10MW)、終端負(fù)荷品種少、需求時(shí)間段較單一，導(dǎo)致單位投資高(常常超過1 萬元/kW)，設(shè)備和系統(tǒng)的能效均較低、年運(yùn)行時(shí)間較短，只有在特定的經(jīng)濟(jì)條件下才具有競(jìng)爭(zhēng)力。但也正因?yàn)槠洹靶　?，不涉及公共空間資源，經(jīng)濟(jì)關(guān)系單純，易于決策。

 

  “區(qū)域型”DES 則正好相反，投資少(一般4000~6000 元/kW)、能效高(70%~90%)、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)(年運(yùn)行時(shí)間4500h 以上)，因而經(jīng)濟(jì)上極富競(jìng)爭(zhēng)力。但顯然， 在上述已經(jīng)發(fā)展成熟的自由市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國(guó)家，能夠找到一個(gè)建立幾十兆瓦規(guī)模的DES/CCHP 的工業(yè)區(qū)或CBD 并不很容易。

 

  表1 是被廣泛引用的美國(guó)DES 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。從中可以看出， 數(shù)量只占不到3%的平均規(guī)模78MW的“區(qū)域型”DES 占到了總裝機(jī)容量的近一半；而小于10MW 的“用戶型”DES，數(shù)量占90%以上，裝機(jī)卻只占30%?！坝脩粜汀盌ES 在美國(guó)能夠得以發(fā)展，是因?yàn)槠湄?cái)務(wù)分析條件與中國(guó)完全不同， 例如，占投資大頭的微型燃?xì)廨啓C(jī)在美國(guó)本土的財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)中遠(yuǎn)沒有在中國(guó)的項(xiàng)目中那么貴。

 

  3 “十二五”期間適于中國(guó)國(guó)情的分布式能源發(fā)展戰(zhàn)略選擇中國(guó)必須從自身國(guó)情出發(fā)，在“樓宇型”和“區(qū)域型”兩種DES 類型中做出選擇。中國(guó)當(dāng)前發(fā)展天然氣DES/CCHP 所必須考慮的基本國(guó)情包括：

 

  ① 中國(guó)并不是自由市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)， 而是以地方政府為主體的“有社會(huì)主義特色的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)”，集中規(guī)劃、辦大事的能力遠(yuǎn)非自由市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)可比。

 

  ② 不同于100 多年來已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化和城市化的西方國(guó)家，中國(guó)正處于快速實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和城市化的中期，未來十幾年內(nèi)將集中建設(shè)一大批總量有可能超過現(xiàn)有存量的新工業(yè)園區(qū)和新城區(qū)。

 

  ③ 中國(guó)是世界第一人口大國(guó)， 絕大多數(shù)城市居民將主要居住于高層、密集的住宅小區(qū)內(nèi)(不論是商品房還是保障性住房)，而不是像西方的“別墅群”內(nèi)，這有利于居民能源終端需求的集約化供應(yīng)。

 

  ④ 受土地資源所限， 中國(guó)的城市規(guī)劃不可能像西方那樣把工業(yè)、CBD、住宅三種功能區(qū)散布在廣闊的空間上并分隔開來，多半是集成布置。這使得中國(guó)的區(qū)域型DES/CCHP 有可能把工業(yè)用蒸汽、建筑物空調(diào)、采暖和居民生活熱水4 種終端需求的供應(yīng)集成在一起，從而獲得最高的能源利用效率。

 

  ⑤ 21 世紀(jì)的第二個(gè)10 年，是中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家同時(shí)進(jìn)入智能電網(wǎng)的時(shí)代。與智能電網(wǎng)互補(bǔ)雙贏的DES，既能夠幫助電網(wǎng)調(diào)峰和保障供電安全，也可以使DES 所發(fā)的電力實(shí)現(xiàn)就地直供， 從而進(jìn)一步發(fā)揮DES 的優(yōu)越性。

 

  ⑥ 歷經(jīng)40 年的發(fā)展，DES 的各種單元設(shè)備技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)都比上世紀(jì)70 年代有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。這使得中國(guó)能夠發(fā)揮“后發(fā)優(yōu)勢(shì)”，實(shí)現(xiàn)“跨越式發(fā)展”，結(jié)合國(guó)情集成創(chuàng)新。采用現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)與各種能源轉(zhuǎn)換、傳遞科學(xué)和技術(shù)，按照熱力學(xué)第二定律和經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，在對(duì)各種冷熱電用戶8650h/a 變負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，集成各種最新的燃?xì)庾鞴?a href="http://yaoqilife.top/t/發(fā)電技術(shù).html" >發(fā)電技術(shù)、制冷技術(shù)、熱泵技術(shù)、可再生能源利用技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)，建立系統(tǒng)模型、優(yōu)化求解， 從而得到在經(jīng)濟(jì)效益、能效、碳減排三個(gè)方面都比較好的組合方案。而不是簡(jiǎn)單地跟在某些西方項(xiàng)目的后面照貓畫虎，或者把DES 簡(jiǎn)單化地理解為熱電聯(lián)產(chǎn)加上吸收制冷而隨意、粗放地規(guī)劃。

 

  基于對(duì)上述這些基本國(guó)情的考慮，結(jié)論不難得出：從“十二五”規(guī)劃開始的一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)，中國(guó)必須抓住與天然氣同步發(fā)展，與新工業(yè)區(qū)、新城區(qū)同步建設(shè)的歷史機(jī)遇，集成創(chuàng)新，及時(shí)規(guī)劃建設(shè)一大批區(qū)域型DES/CCHP 項(xiàng)目，使中國(guó)新建設(shè)的工業(yè)區(qū)和商住區(qū)的能效達(dá)到世界先進(jìn)水平。

 

  至于現(xiàn)有區(qū)域能源集約化改造以及新區(qū)中區(qū)域型DES 難以囊括的個(gè)別邊遠(yuǎn)、特殊地方，因地制宜地采用“樓宇型”或“用戶型”DES/CCHP，當(dāng)然是必要和可能的，與發(fā)展區(qū)域型DES 并不是相悖的。

 

  但是如果因片面強(qiáng)調(diào)“樓宇型”或“用戶型”DES 是舶來的“正宗”而錯(cuò)過了上述發(fā)展區(qū)域型DES 的歷史時(shí)機(jī)，就要犯下追悔莫及的大錯(cuò)誤。更何況，對(duì)于國(guó)家能源保障和能源利用效率的大局來說，一個(gè)區(qū)域型DES 抵得上成百上千個(gè)樓宇型DES，并且經(jīng)濟(jì)性和能效都要好得多。

 

  4 區(qū)域能源終端需求的內(nèi)涵和集成優(yōu)化潛力

 

  能源的終端需求主要包括工業(yè)、商住、交通、有機(jī)化工四大部分。DES/CCHP 所服務(wù)的工業(yè)、商住兩部分能源終端需求在總能耗中的比率，在美國(guó)為50%，而在目前的中國(guó)則為85%。

 

  4.1 工業(yè)和商住能源終端需求的內(nèi)涵

 

  4.1.1 工業(yè)用能

 

  工業(yè)有兩大類：在化工、冶金、建材、造紙、醫(yī)藥、食品等“過程工業(yè)”終端用能中，各種溫位的熱量(相當(dāng)大一部分以低壓蒸汽為介質(zhì))占大多數(shù)，其次是用于驅(qū)動(dòng)泵、壓縮機(jī)等的電力；而機(jī)械、電子、輕工、紡織等“離散制造業(yè)”的終端用能主要是電力，其次是廠房供冷供暖，也需要部分熱或蒸汽。

 

  4.1.2 商住用能

 

  商住用能也有兩大類：一類是取決于建筑物面積的，就是采暖和空調(diào)制冷。在我國(guó)北方地區(qū)，不論哪種類型的建筑物采暖都是必須的，而空調(diào)制冷則對(duì)于公共建筑是必須的；南方地區(qū)居民住宅安設(shè)空調(diào)的目前也有一定比率，但尚未普及。另一類是取決于人口的，即生活用熱水(主要是洗浴和炊事用)，主要在住宅和賓館。當(dāng)然，這兩類都還包括電力，用于照明、家用電器等等。按照住建部的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑物終端用能中，采暖空調(diào)占65%，熱水占15%，電力占14%，炊事用燃?xì)庹?%。

 

  4.2 區(qū)域能源終端需求集成優(yōu)化潛力

 

  傳統(tǒng)的供能模式一直是分產(chǎn)分供。終端需求的電力目前絕大多數(shù)是由煤和天然氣等化石能源的化學(xué)能燃燒轉(zhuǎn)換成熱能，再通過布雷頓循環(huán)和卡諾循環(huán)作功而產(chǎn)生的，發(fā)電效率最高不過45%~60%，其余溫度低的熱能沒有利用，作為“廢熱”排放到環(huán)境中。而另一方面，工業(yè)用200℃左右的低壓蒸汽、商住用60~70℃左右的供暖和生活熱水等很低品位的熱，用天然氣在燃燒溫度高達(dá)1400℃的鍋爐中燃燒產(chǎn)生，是典型的“高能低用”[5]。熱力學(xué)第二定律決定了由化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電和熱的最高效途徑是冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)DES/CCHP， 就是把三者集成起來，燃料先發(fā)電，再用低品位余熱“聯(lián)供”蒸汽和熱水，實(shí)現(xiàn)“高能高用，低能低用，溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”的科學(xué)用能，效率可達(dá)80%以上。

 

  當(dāng)我們從新工業(yè)區(qū)和新城區(qū)能源供應(yīng)保障和高效利用的視角，從實(shí)現(xiàn)中國(guó)的低碳工業(yè)化和城市化的大局來看待上述潛力的時(shí)候，就不會(huì)把思維局限在一座座樓宇、一個(gè)個(gè)單位內(nèi)；而是要立足于前述六項(xiàng)中國(guó)的國(guó)情特點(diǎn)，從宏觀的區(qū)域能源規(guī)劃的高度考慮工業(yè)和商住冷、熱、電、汽各種終端能源需求的集成優(yōu)化。文獻(xiàn)[6]在分析美、中兩國(guó)的工業(yè)終端能效分別為80%和52.9%的原因時(shí)指出，決定性的因素是工業(yè)燃料中煤所占的比率，美國(guó)是9%，而中國(guó)則是62%，是由于中國(guó)未采用天然氣CCHP 的能源供應(yīng)系統(tǒng)所致。文獻(xiàn)[3]分析了當(dāng)前中國(guó)發(fā)展天然氣DES/CCHP 的創(chuàng)新機(jī)遇，指出北方的集中供暖(DHS)、南方的區(qū)域供冷(DCS)以及工業(yè)園區(qū)的集約化能源供應(yīng)服務(wù)， 是中國(guó)區(qū)域型DES 規(guī)?；幕A(chǔ)。DCS 和DHS 與天然氣聯(lián)合循環(huán)調(diào)峰發(fā)電、余熱集中供熱水相結(jié)合構(gòu)成的DES/CCHP 是在現(xiàn)代中國(guó)條件下的集成創(chuàng)新， 能夠達(dá)到遠(yuǎn)高于西方DES的能源利用效率。

 

  5 中國(guó)特色的區(qū)域型DES/CCHP 的基本模式

 

  5.1 挖掘發(fā)電用天然氣提高能效的潛力

 

  天然氣聯(lián)合循環(huán)電站提高能效的潛力有兩方面：一是抽出低壓蒸汽供給工業(yè)用戶取代直接燃用天然氣或煤的鍋爐；二是利用燃料發(fā)電后40%排放的廢熱。前者相當(dāng)于工業(yè)CHP，只不過聯(lián)合循環(huán)電站建設(shè)時(shí)只考慮了調(diào)峰，而沒有注意與工業(yè)熱用戶的結(jié)合。在新建的工業(yè)園區(qū)中，在注意規(guī)模大小、空間布局、蒸汽參數(shù)、使用時(shí)間特性等各方面協(xié)調(diào)配合的情況下，是不難實(shí)現(xiàn)的。

 

  燃料發(fā)電后40%的廢熱，有余熱鍋爐排煙和汽輪機(jī)乏汽的冷凝潛熱兩項(xiàng)。最新設(shè)計(jì)的排煙溫度已降低到100℃以下。因?yàn)樘烊粴夂瑲淞看蟆煔馑饵c(diǎn)高于60℃，顯熱、潛熱都有。乏汽的冷凝潛熱通過復(fù)水器傳遞給循環(huán)冷卻水，夏季溫度約30~38℃，冬季為20~28℃。顯然，直接用這些“廢熱”供暖、供熱水并不現(xiàn)實(shí)，但它們可作為熱泵供暖、供熱水的熱源。與目前熱泵系統(tǒng)廣泛采用的地熱源(14~20℃)、海水源(3~6℃)比較，溫位高、相應(yīng)的能效比(COP)大、取用成本低且方便，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

 

  熱泵供生活熱水的創(chuàng)新流程是：原水首先利用16h/d 運(yùn)行的天然氣聯(lián)合循環(huán)電站汽輪機(jī)乏汽冷凝潛熱加熱到25~35℃， 然后再與煙氣換熱升溫到約50℃[7]， 通過大部分埋地的塑料管網(wǎng)泵送到各個(gè)熱水用戶的負(fù)荷中心， 再用熱泵升溫到60~70℃，儲(chǔ)存于熱水罐中，供每日傍晚集中使用。冬季廢熱把原水從小于10℃加熱到50℃， 承擔(dān)了70%~80%的加熱負(fù)荷；在50℃的基礎(chǔ)上進(jìn)一步用熱泵提升10~20℃， 能效比從海水或淺層地?zé)?/a>的溫度提升大得多， 因此能耗費(fèi)用極低。儲(chǔ)罐中60~70℃熱水的經(jīng)濟(jì)輸送距離約1km。實(shí)例分析表明，熱水成本主要由管網(wǎng)等設(shè)備折舊和熱泵耗能構(gòu)成， 約為每噸10多元。以20 元/t 價(jià)格售出(電/燃?xì)?a href="http://yaoqilife.top/t/熱水器.html" >熱水器熱水價(jià)為24~44 元/t)時(shí)電站可獲相當(dāng)于售電收入1/4~1/2 的經(jīng)濟(jì)效益(取決于供熱與發(fā)電規(guī)模的比率關(guān)系)。

 

  新規(guī)劃建設(shè)的電站選址靠近工業(yè)、商住等負(fù)荷中心區(qū)，規(guī)模與用熱互相協(xié)調(diào)適應(yīng)。由于50℃的經(jīng)濟(jì)輸送距離可以長(zhǎng)達(dá)10km， 因此電站余熱利用可以覆蓋數(shù)十平方千米的區(qū)域。已建成的遠(yuǎn)離工業(yè)、商住區(qū)的電站必要時(shí)可以搬遷過來。原來廢棄的低溫熱只要能利用一半， 天然氣能效就可以由45%~55%提高到65%~75%， 既改善了天然氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和電廠對(duì)天然氣價(jià)格的承受能力，又提供了廉價(jià)、高效的終端用熱(蒸汽)服務(wù)。

 

  5.2 向居民供應(yīng)熱水的可操作性

 

  在新開發(fā)的城區(qū)，集約化生產(chǎn)的熱水的用戶有三類：第一類是賓館、酒店；第二類是在企業(yè)工作的外來職工宿舍；第三類是各個(gè)新建的住宅小區(qū)居民(少數(shù)散居的原住居民暫不考慮)。政府可以考慮規(guī)定新建小區(qū)的房地產(chǎn)開發(fā)商把熱水管、水表安裝到每戶，攤到房?jī)r(jià)中的費(fèi)用不       到5 元/m2，可包括在開發(fā)商的購(gòu)地價(jià)格中(目前各地開發(fā)商的購(gòu)地成本折算到售房?jī)r(jià)格中至少1000 元/m2，5 元/m2 可以說是小巫見大巫)。居民入住后，所消費(fèi)的熱水費(fèi)同樣可由物業(yè)管理公司按月耗量代收，目前已有越來越多的小區(qū)用傳統(tǒng)技術(shù)(蒸汽加熱)提供熱水供應(yīng)服務(wù)，收費(fèi)并無困難。

 

  住在廉租房中的、原來并不奢望享受熱水服務(wù)的城市低收入群體，也可以享受到生活熱水這樣的改革開放成果，辦法是把這筆費(fèi)用(每人每月約1t熱水，20 元/t，每年240 元)納入低保補(bǔ)貼中。全國(guó)2800 萬城市低保人群需增加財(cái)政支出約70 億元/a，但如果今后10 年新建住區(qū)普遍采用廢熱供熱水，則可節(jié)能1×104t 標(biāo)煤/a，價(jià)值1000 多億元，社會(huì)效益十分巨大。

 

  5.3 熱泵+電站廢熱供暖的可操作性

 

  傳統(tǒng)的DHS 用的是DES 的汽輪機(jī)0.8MPa 高參數(shù)抽汽， 創(chuàng)新改進(jìn)是采用乏汽和0.02~0.08MPa低參數(shù)抽汽，加上熱泵升溫。因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站熱電比只有1.2，用0.8MPa 高參數(shù)抽汽供暖不僅供暖范圍很小，而且是高能低用。解決辦法是把10~20km 外大型(吉瓦級(jí))燃煤電站的廢熱藉溫升50~80℃的循環(huán)熱媒水遠(yuǎn)程輸送到城市中心，用COP=5~6 的熱泵升溫供暖。按照1.5km 的經(jīng)濟(jì)輸送半徑，根據(jù)負(fù)荷密度，劃分若干個(gè)5km2 左右大小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域規(guī)劃1 個(gè)天然氣DES/CCHP 能源站(約100MW 級(jí))，供熱能力達(dá)到數(shù)百萬平方米建筑面積。筆者曾計(jì)算過一個(gè)典型的利用廢熱供暖、供熱水的實(shí)例。20km 以外的遠(yuǎn)程電站乏汽加上0.02~0.08MPa 低壓抽汽的冷凝潛熱， 通過10~90℃的循環(huán)熱媒水輸送到采暖負(fù)荷中心，通過3 級(jí)串聯(lián)的熱泵， 利用55~10℃低溫部分的熱源使采暖二次循環(huán)回水從45℃升溫到53℃，再與90~55℃高溫部分直接換熱到60℃，循環(huán)供暖。一個(gè)利用遠(yuǎn)程燃煤電站300MW 汽輪機(jī)廢熱的DES，可給900×104m2 建筑物供暖， 與傳統(tǒng)的用0.8MPa 抽汽加熱循環(huán)熱媒水供暖相比，年經(jīng)濟(jì)效益8000 萬元。

 

  5.4 區(qū)域供冷站DCS 與天然氣DES 的結(jié)合區(qū)域供冷是類似于北方的集中供暖系統(tǒng)、在一定規(guī)模區(qū)域內(nèi)由制冷站通過循環(huán)管網(wǎng)向各個(gè)用戶供應(yīng)空調(diào)冷水的系統(tǒng)。它有能效高、同時(shí)使用系數(shù)小因而冷機(jī)投資低、節(jié)約用地和運(yùn)行人員、沒有噪音和熱島效應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，最近在我國(guó)發(fā)展很快。日本總結(jié)了DCS 應(yīng)用10 多年的經(jīng)驗(yàn)，得出DCS 比中央空調(diào)和分體空調(diào)效率高12%的結(jié)論。DCS 的主要用戶是公共建筑特別是CBD，以及離散制造業(yè)工廠的廠房。隨著人民生活水平的不斷提高，將有越來越多的居民住宅成為DCS 的用戶。

 

  傳統(tǒng)的DCS 與天然氣DES 的結(jié)合是采用DES的汽輪機(jī)0.8MPa 抽汽吸收制冷， 這幾乎已經(jīng)成為思維定勢(shì)。這種模式有幾個(gè)問題，一是同樣規(guī)模的吸收制冷機(jī)組效率不如電制冷機(jī)組高；二是當(dāng)蒸汽輸送距離較遠(yuǎn)時(shí)及實(shí)際運(yùn)行的冷負(fù)荷波動(dòng)致使蒸汽流量大幅度波動(dòng)時(shí)， 熱能和壓力能損失都很大；三是停機(jī)再開時(shí)蒸汽管線疏水問題較大。更重要的是，在智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)以后，夜間運(yùn)行蒸汽吸收制冷遠(yuǎn)不如采用低谷價(jià)網(wǎng)電制冷經(jīng)濟(jì)，而再上一套電制冷用于夜間運(yùn)行，投資將增加1 倍。因此，在即將到來的智能電網(wǎng)時(shí)代，DCS 與天然氣DES 結(jié)合的創(chuàng)新模式是采用電壓縮制冷。按冷水輸送不大于1.5km的規(guī)模規(guī)劃DCS 冷站， 較大規(guī)模的DES 可以帶幾個(gè)DCS 站。DES 晝開夜停，夜間DCS 用低谷網(wǎng)電運(yùn)行。作為天然氣DES/CCHP 能源供應(yīng)服務(wù)公司一部分的DCS，平段和峰段應(yīng)用DES 按上網(wǎng)價(jià)格直供的電力[大致比下網(wǎng)電價(jià)低0.1 元/(kW·h)]，夜間采用低谷價(jià)電制冷，可使財(cái)務(wù)狀況進(jìn)一步改善，有利于DES/DCS 快速推廣。

 

  6 終端負(fù)荷估算和配置原則：從“以熱定電”到“以電為龍頭”在煤電效率只有35%的歷史時(shí)期，CHP 的電力裝機(jī)容量與供熱量相匹配才能得到最高的聯(lián)產(chǎn)效率，所以必須盡可能利用“供熱”的條件實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)，通過“以熱定電”來確定電力裝機(jī)容量是很自然的。而在天然氣DES/CCHP 的歷史時(shí)期，情況已經(jīng)完全不同，“以熱定電”原則不再適用[9]。

 

  耗電量是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)。本世紀(jì)以來，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)總量迅速擴(kuò)大和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向制造業(yè)大國(guó)轉(zhuǎn)型，電力彈性系數(shù)一直保持在1.0 左右，而且今后還會(huì)保持一段時(shí)間。中國(guó)總耗電量從2003 年的1.9×1012kW·h 翻一番到2009 年的3.7×1012kW·h，用了6 年時(shí)間。按照規(guī)劃，再過6 年即2015 年將再增長(zhǎng)60%，達(dá)到6×1012kW·h。2003 年中國(guó)人均耗電量還不到1500kW·h， 是美國(guó)人均耗電量1.5×104kW·h 的1/10，新加坡7000kW·h 的1/5。

 

  隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，2015 年中國(guó)人均耗電量將達(dá)到5000kW·h。在“十二五”的區(qū)域能源規(guī)劃中，作為反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本指標(biāo)，新工業(yè)區(qū)或城區(qū)人均耗電量取7000kW·h/a 左右、農(nóng)村地區(qū)取3000kW·h/a左右作為能源規(guī)劃的指標(biāo)應(yīng)是較適宜的。

 

  中國(guó)的電力負(fù)荷大部分在東部，水電和燃煤火電大部分在西部，西電東送是中國(guó)電力布局的一大特點(diǎn)。供電安全保障和智能電網(wǎng)的運(yùn)作都要求在負(fù)荷中心興建一大批分散的電源， 因此天然氣DES/CCHP 發(fā)電量便成為“十二五”區(qū)域能源規(guī)劃中一個(gè)重要的指標(biāo)。在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，人均耗電量遠(yuǎn)大于全國(guó)平均數(shù)。以深圳為例，2009 年人均用電量已達(dá)6555kW·h/a，預(yù)計(jì)2015 年將達(dá)到8500kW·h/a以上。在每一個(gè)工業(yè)園區(qū)或新城區(qū)負(fù)荷中心，根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和終端能源需求強(qiáng)度的不同，除了依靠西電和省內(nèi)大型煤電、核電之外， 規(guī)劃1/4~1/2耗電量依靠本地DES 生產(chǎn)， 對(duì)保障供電安全是十分必要的。按照天然氣DES 調(diào)峰發(fā)電4500h/a 計(jì)，對(duì)于一個(gè)30 萬人口的新區(qū)，就需要設(shè)置一個(gè)150~300MW 裝機(jī)容量的DES，這就是“以電為龍頭”開展能源規(guī)劃的道理。

 

  對(duì)上述30 萬人口的新區(qū)，除30 萬人的生活熱水是基本需求之外，分布式能源站所承擔(dān)的區(qū)域內(nèi)冷、熱、電、汽負(fù)荷取決于本區(qū)域的氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和產(chǎn)業(yè)構(gòu)成情況。顯然，任何一個(gè)區(qū)域型DES/CCHP，不論季節(jié)、不論晝夜，冷、熱、電、汽負(fù)荷的生產(chǎn)和需求總是相互匹配是不可能的。一方面，這就需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建一個(gè)柔性的、對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性很強(qiáng)的CCHP 系統(tǒng)，能夠在各種負(fù)荷條件下盡可能保持高效；另一方面，還需要兼顧DES的調(diào)峰職能， 例如在春秋季節(jié)沒有空調(diào)和供暖負(fù)荷， 那么對(duì)沒有蒸汽負(fù)荷的DES 按照調(diào)峰需求運(yùn)行時(shí)，供應(yīng)生活熱水就是提高能效的唯一手段。在這種新的格局下，是否能夠有一個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建的通用準(zhǔn)則和一個(gè)衡量能效水平的通用指標(biāo)，還需要在今后若干年的創(chuàng)新實(shí)踐中去總結(jié)、凝練。但不論如何，不能再套用“以熱定電”準(zhǔn)則和“熱電比”的指標(biāo)了。

 

  7 區(qū)域型DES 的類型和規(guī)模中國(guó)地域遼闊，各地的氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和產(chǎn)業(yè)構(gòu)成千差萬別，但若充分利用中國(guó)國(guó)情的共性特點(diǎn)，就能夠最大限度地發(fā)揮冷、熱、電、汽多種終端能源需求集成互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)。依據(jù)產(chǎn)業(yè)類型不同，大致可有以下3 種類型：以過程工業(yè)園區(qū)為主體的區(qū)域，特點(diǎn)是耗熱(或蒸汽)量較大；以離散制造業(yè)為主體的區(qū)域，除電耗外，廠房耗冷、熱負(fù)荷較大；商業(yè)或三產(chǎn)中心區(qū)，建筑物供暖和空調(diào)負(fù)荷較大。而依據(jù)地域氣候條件劃分，則有兩大類型：北方地區(qū)供暖負(fù)荷時(shí)間長(zhǎng)、耗量多；南方地區(qū)則是空調(diào)負(fù)荷時(shí)間長(zhǎng)、耗量多。各種類型的共同點(diǎn)是都有可能集成附近居民用生活熱水的負(fù)荷。

 

  區(qū)域型DES 的規(guī)模確定也有其自身的規(guī)律。由于涉及到電站的布局，供冷、熱(水和蒸汽)管網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)， 所以DES 的范圍最好是與行政或產(chǎn)業(yè)的區(qū)域劃分相一致。例如，在“十二五”規(guī)劃中深圳市在其北部規(guī)劃了20 個(gè)各有特色的工業(yè)園區(qū)， 可以作為DES 規(guī)劃的基礎(chǔ)。當(dāng)然，并不排除在考慮介質(zhì)經(jīng)濟(jì)距離之下，將一個(gè)行政區(qū)內(nèi)的2 個(gè)或3 個(gè)園區(qū)整合在一起做一個(gè)區(qū)域能源規(guī)劃。

 

  DES 終端載能介質(zhì)的經(jīng)濟(jì)輸送距離大致是：

 

  ① DES 電站10kV 電力直供的經(jīng)濟(jì)距離約為3km 左右。但大型電站覆蓋的區(qū)域不受此限，因?yàn)檎{(diào)峰電站接入110kV 或220kV 電網(wǎng)后經(jīng)濟(jì)輸送距離要遠(yuǎn)得多。

 

  ② 電站廢熱供應(yīng)的50℃熱水可以送到幾千米外的熱水站用熱泵升溫儲(chǔ)存，每個(gè)熱水站可以覆蓋半徑約1km 范圍內(nèi)的用戶。

 

  ③ 住建部最新規(guī)范，5~12℃制冷水的經(jīng)濟(jì)輸送半徑不大于1.5km， 可據(jù)此規(guī)劃DCS 冷站設(shè)置。

 

  在智能電網(wǎng)架構(gòu)下， 接入電網(wǎng)的DCS 白天用能源站直供電，夜間用低谷網(wǎng)電，不用蒸汽，所以距離DES 多遠(yuǎn)沒有關(guān)系。

 

  ④ 有供暖負(fù)荷地區(qū)DCS 與DHS 是同一套設(shè)備，共用一組管線，機(jī)組夏季制冷、冬季按熱泵運(yùn)行。關(guān)鍵是不同地域冬夏冷熱負(fù)荷不同，可通過參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及循環(huán)冷(熱)媒水的溫升、流速的優(yōu)化調(diào)節(jié)，構(gòu)建一個(gè)柔性的系統(tǒng)來滿足。

 

  ⑤ 1MPa 級(jí)低壓蒸汽的經(jīng)濟(jì)輸送距離約為8~10km。

 

  根據(jù)目前正在規(guī)劃和建設(shè)的若干項(xiàng)目的情況分析，適合于上述中國(guó)區(qū)域型DES/CCHP 的基本模式和經(jīng)濟(jì)輸送距離，能夠把工業(yè)和商住用能集成在一起，盡可能實(shí)現(xiàn)冷、熱、電、汽聯(lián)供的區(qū)域面積大致在10km2 的量級(jí)。規(guī)劃的通用步驟，一是按照人口和產(chǎn)業(yè)需求規(guī)劃一個(gè)適宜規(guī)模的天然氣DES 電站；按照居住人       口分布，規(guī)劃若干個(gè)熱水站。二是按照公共建筑包括工業(yè)廠房空調(diào)制冷和供暖負(fù)荷的空間分布，規(guī)劃若干個(gè)集中供冷(暖)站DCS(DHS)。

 

  三是根據(jù)工業(yè)蒸汽負(fù)荷的需求時(shí)間特性規(guī)劃聯(lián)供方案：16h/d 運(yùn)行的、在經(jīng)濟(jì)輸送距離內(nèi)的可由電站抽凝式汽輪機(jī)同步供應(yīng)；24h/d 運(yùn)行的，原則上把用戶集成起來，構(gòu)建一個(gè)適當(dāng)規(guī)模的24h/d 連續(xù)運(yùn)行的DES/CCHP 子系統(tǒng)。

 

  以珠三角地區(qū)為例，正在規(guī)劃或建設(shè)的珠海橫琴新區(qū)冷熱電聯(lián)供能源站、深圳光明新區(qū)調(diào)峰電站、中山嘉明燃機(jī)電廠二期、珠海高欄港區(qū)域能源站以及隨著“十二五”能源發(fā)展而有可能調(diào)整、改造的大鏟島廣前電廠、大鵬東部電廠等均屬于表2 中第1 類；中山南朗深南電廠、民眾鎮(zhèn)沙仔化工紡織園區(qū)電站、東莞東興冷熱電聯(lián)供電廠、廣州科學(xué)城北區(qū)“中新知識(shí)城”遠(yuǎn)期、深圳鈺湖調(diào)峰電站、觀瀾中部組團(tuán)能源站、清遠(yuǎn)順德(英德)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移園能源站等大體上屬于第2 類；以中山嘉明燃機(jī)電廠三期為代表的一批較大型工商住區(qū)能源站屬于第3 類；以廣州大學(xué)城分布式能源站為代表的中型工商住區(qū)屬于第4 類(參見華南理工大學(xué)《光明新區(qū)冷熱電聯(lián)供與中水回用專項(xiàng)規(guī)劃》、《中新知識(shí)城規(guī)劃建設(shè)熱電冷三聯(lián)供低碳經(jīng)濟(jì)園區(qū)咨詢報(bào)告》、《佛山順德(英德)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園節(jié)能規(guī)劃》、《廣州大學(xué)城區(qū)域能源規(guī)劃研究》等研究報(bào)告)。

 

  在我國(guó)中部和北方地區(qū)，以超大城市中心區(qū)集中供暖、公共建筑空調(diào)，居民生活熱水三類負(fù)荷為主的DES，需要結(jié)合本文“5.3”中的遠(yuǎn)程廢熱+熱泵提溫系統(tǒng)技術(shù)。供應(yīng)一個(gè)幾百萬平方米建筑面積的城區(qū)的DES 大致需要第4 類到第3 類的機(jī)組規(guī)模，如大連的東港新區(qū)、天津的陳塘新區(qū)、北京的未來城、鄭州的雁鳴湖新區(qū)等。

 

  “十二五” 期間各地正在規(guī)劃的各類新區(qū)有成百上千個(gè)，總裝機(jī)容量將達(dá)上萬億千瓦。從各自的產(chǎn)業(yè)、規(guī)模、氣候特點(diǎn)出發(fā)，采用科學(xué)的系統(tǒng)工程方法，盡可能集成各類終端負(fù)荷，規(guī)劃設(shè)計(jì)出柔性的DES/CCHP 系統(tǒng)， 與新區(qū)同步建設(shè)， 就有可能使我國(guó)新增的工業(yè)和商住GDP 能效成倍地提高， 單位GDP 能耗大幅度降低。這是完成中國(guó)對(duì)世界承諾的2020年碳強(qiáng)度降低40%~45%的重要保證[3]。

 

  8 “十二五”期間發(fā)展DES 的支撐條件

 

  如何抓住這個(gè)與工業(yè)化和城市化同步、普遍推廣區(qū)域型DES/CCHP 的千載難逢的歷史機(jī)遇，這需要一系列支撐條件。

 

  ① 地方政府的發(fā)改委、能源局負(fù)有最重要的

 

  責(zé)任。需在轉(zhuǎn)變認(rèn)識(shí)和觀念的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌環(huán)境、規(guī)劃、城建、電力等各部門，制訂好與各個(gè)新工業(yè)區(qū)、新城區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃相協(xié)同的、以DES/CCHP 為核心的能源規(guī)劃。并且要主持項(xiàng)目的招標(biāo)、建設(shè)，給與必要的金融和稅收優(yōu)惠，授權(quán)特許經(jīng)營(yíng)，實(shí)施價(jià)格監(jiān)管。

 

  ② 國(guó)資委下屬各大電力集團(tuán)和地方電力、能

 

  源企業(yè)，包括準(zhǔn)入的民營(yíng)和外資企業(yè)是DES/CCHP的投資主體，也必須轉(zhuǎn)變觀念，從單純發(fā)電轉(zhuǎn)向冷熱電聯(lián)供終端能源供應(yīng)服務(wù)，從習(xí)慣于獨(dú)資經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)向與多個(gè)利益相關(guān)方協(xié)同合作。

 

  ③ 國(guó)營(yíng)電網(wǎng)公司應(yīng)認(rèn)清智能電網(wǎng)與DES 相得

 

  益彰、互利雙贏的大趨勢(shì)，從習(xí)慣于獨(dú)家壟斷地位的心理束縛中解脫出來，與電力、天然氣、終端能源供應(yīng)服務(wù)等企業(yè)聯(lián)手，打造效率領(lǐng)先于世界的中國(guó)DES/CCHP 產(chǎn)業(yè)，同時(shí)創(chuàng)出世界最高水平的電網(wǎng)安全保障模式和調(diào)峰機(jī)制。

 

  ④ 幾大國(guó)有石油公司也需要轉(zhuǎn)變觀念， 不要以從油氣產(chǎn)業(yè)鏈上、中游一直拓展到下游的全行業(yè)壟斷為目標(biāo)，而是把協(xié)同地方政府、電力、電網(wǎng)各方，構(gòu)建國(guó)家低碳、高效率的終端能源供應(yīng)體系作為自己義不容辭的責(zé)任和崇高目標(biāo)。協(xié)同國(guó)家發(fā)改委適時(shí)理順天然氣價(jià)格機(jī)制和天然氣上、中、下游市場(chǎng)機(jī)制， 協(xié)同其他各方推進(jìn)各地眾多DES/CCHP項(xiàng)目的開展和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展壯大，并且在這一發(fā)展壯大過程中找到自己的位置。

 

  ⑤ DES/CCHP 系統(tǒng)從末端的能源供應(yīng)服務(wù)到CCHP 設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)，包括燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、各種換熱設(shè)備、熱泵設(shè)施、制冷機(jī)組等上千套設(shè)備的研發(fā)制造，相應(yīng)的各種冷、熱、汽管道的制造、安裝等等，將構(gòu)建出一個(gè)龐大的低碳產(chǎn)業(yè)鏈，在未來5~10 年內(nèi)，將推動(dòng)若干個(gè)行業(yè)的發(fā)展、科技進(jìn)步和集成創(chuàng)新，創(chuàng)造數(shù)以百萬計(jì)的就業(yè)機(jī)會(huì)。國(guó)家及地方有關(guān)部門需要及早制訂規(guī)劃，為這些新興產(chǎn)業(yè)的孵化提供適宜的條件，并且把它作為發(fā)展民營(yíng)企業(yè)、吸納民間資本、調(diào)動(dòng)民間力量的重要平臺(tái)。

 

  9 結(jié)語

 

  全世界都在盯著耗用世界19.2%能源、47%煤炭(2009 年)，CO2 排放已達(dá)65.3×108t(2008 年)、位居世界第一的中國(guó)(數(shù)據(jù)源自《能源政策研究》2010 年第6 期第8~21 頁)，如何在這個(gè)全球走向低碳能源的時(shí)代實(shí)現(xiàn)自己的工業(yè)化和城市化。2010 年中國(guó)已經(jīng)成為世界核能與可再生能源發(fā)展最快的國(guó)家，但這并不能保障最近10 年內(nèi)中國(guó)工業(yè)化和城市化的能源需求。這個(gè)保障，只能依靠高效利用快速增長(zhǎng)的天然氣， 在工業(yè)和商住領(lǐng)域推廣DES/CCHP，在交通領(lǐng)域普及LNG 車船。與核能與可再生能源的發(fā)展不同，它所涉及的不僅僅是一次能源構(gòu)成的改變，更是能源終端利用的深刻變革?！笆濉币呀?jīng)吹響了進(jìn)軍的號(hào)角， 中國(guó)的有關(guān)各界應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念、抓住機(jī)遇、整合力量，走出這邁向低碳能源發(fā)展的關(guān)鍵一步。