【冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展研究的必要性5400字】

11-PAGE冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展研究的必要性能源是人類社會發(fā)展中不可或缺的資源之一，在國民經(jīng)濟快速發(fā)展方面起著有力的推動作用，已經(jīng)得到國際上各方面的關(guān)注，因此政府已經(jīng)把國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略之一確定為建立一個安全、穩(wěn)定、可靠、高效的良好能源供給保障體系。我國是個人口大國，近幾年來經(jīng)濟迅速發(fā)展REF_Ref11304\r\h[1]，REF_Ref11513\h圖1.1是2007到2019年我國一次能源消費總量及同比增長速度圖。如今國民的日常生產(chǎn)生活對能源的需求越來越大，隨著人口的增多，能源危機問題也更為迫在眉睫。我國如今正處于十四五時期的開始階段，是經(jīng)濟和社會發(fā)展的黃金時期，作為經(jīng)濟發(fā)展的先行部門能源行業(yè)也邁進關(guān)鍵時期。為了使我國的能源行業(yè)能夠更好地進行深化改革，在2021年4月25日召開的第四屆數(shù)字中國建設(shè)峰會中，國家電網(wǎng)對中國未來能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展制定了相關(guān)的規(guī)劃，即《國家電網(wǎng)公司發(fā)展具有一個中國文化特色社會國際領(lǐng)先的能源利用互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃》，在此規(guī)劃中提出，中國特色世界領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)將在2025年基本建成，將在2035年的時候全面建成，非化石能源站的一次能源比重在2025年的時候?qū)⑦_到20%，電站終端的能耗比重在2025年的時候?qū)⑦_到30%，跨省區(qū)的輸電能力在2025年的時候?qū)⑦_到3億千瓦。圖1.SEQ圖\*ARABIC\s112007-2009年我國一次能源消費總量及同比增速（單位：億噸標準煤，%） 在這次會議中，對發(fā)布的《國家電網(wǎng)公司具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃》的重點提出了七個方面。第一方面，綠色發(fā)展，推進我國高碳型能源體系轉(zhuǎn)型，使用綠色能源，增加新能源的總裝機容量，并使之超過煤電成為總裝機中的主體，;第二方面，完善共享機制；第三方面，持續(xù)提升利用效率；第四方面，提升配電網(wǎng)的消納能力；第五方面，積極推動微電網(wǎng)的發(fā)展，根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況建設(shè)相應(yīng)的獨立性微電網(wǎng)；第六方面，擴大電能替代的范圍，使用電能替代散燒煤、燃油的能源消費方式，提高終端消費的電氣化水平；第七方面，提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，使煤電能源系統(tǒng)的改造更為靈活。與此同時，針對這次會議發(fā)布的未來能源互聯(lián)規(guī)劃的重點，中國新能源產(chǎn)業(yè)研究院執(zhí)行院長曾少軍提出了一些政策方面的相關(guān)建議，主要分為四項內(nèi)容，第一點，分布式發(fā)展，就是新能源的分布發(fā)展,其可以高效使用能源，減少能源不必要的消耗，同時也更為經(jīng)濟、減輕環(huán)境污染；提供能源的方式更為可靠等，因此也成為能源技術(shù)發(fā)展的主要方向。分布式開發(fā)的模式不僅可以使電力就地消納，而且可以減少遠距離的電力傳輸，如此就可以降低由于長距離的輸送而導致的不必要的電能損失，節(jié)省成本，同時可以滿足東部發(fā)達地區(qū)的經(jīng)濟能源需求和消納重心不平衡等問題;第二點，清潔化利用，就是傳統(tǒng)能源的清潔化利用，我國的能源結(jié)構(gòu)一直以化石能源為主，低碳行動迫在眉睫，我們要加快改進傳統(tǒng)化石能源利用方式，宣傳清潔化利用方式的優(yōu)勢，更為廣泛地應(yīng)用這些能源，比如天然氣替代、煤基醇醚燃料替代、煤制油替代等方式，采用這些更為高效，清潔的方式使能源循環(huán)發(fā)展。傳統(tǒng)的清潔能源利用能夠降低環(huán)境污染，雖然在徹底解決這些問題方面尚有一定的困難，但還是能發(fā)揮一定的作用?？梢姡瑐鹘y(tǒng)能源將重點向清潔利用的方向發(fā)展。第三點，包容式發(fā)展，就是傳統(tǒng)能源和新能源的包容式發(fā)展，作為傳統(tǒng)能源與新能源的投資人，應(yīng)該加強分工與合作、在發(fā)展中互相結(jié)合，不能彼此對立，這對于能源發(fā)展毫無益處。第四點，多能互補，就是不能一味地使用單一的能源類型，要推動建設(shè)綜合能源體系，改變能源利用的結(jié)構(gòu)，建設(shè)多能互補的能源系統(tǒng)。中國要堅持推動傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，使我國高碳型能源結(jié)構(gòu)成功轉(zhuǎn)型，使能源利用更為高效，這也是實現(xiàn)能源發(fā)展要解決的重要問題。根據(jù)前面對這些整體的介紹可知，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)符合上述中國新能源產(chǎn)業(yè)研究院執(zhí)行院長曾少軍針對這次規(guī)劃提出的政策建議中的第一條和第二條政策，即分布式發(fā)展和清潔化利用，CCHP，又稱為分布式能源系統(tǒng)，它是一種安裝在負荷周圍，梯級使用能源的系統(tǒng)，在提供發(fā)電服務(wù)的同時還能夠制冷、供熱。CCHP是分布式能源的主要發(fā)展方向和形式。其依靠內(nèi)燃機或燃氣輪機等設(shè)備利用天然氣進行發(fā)電，再對發(fā)電產(chǎn)生的余熱進行回收，供給余熱鍋爐或吸收式制冷機等設(shè)備進行供熱或制冷，這種供能方式對提高系統(tǒng)的能源利用率有極大的促進作用，相應(yīng)降低了整個系統(tǒng)的能耗和節(jié)省了經(jīng)濟運行成本REF_Ref11722\r\h[2]REF_Ref11728\r\h[3]REF_Ref11735\r\h[4]。跟普通的能源供應(yīng)系統(tǒng)比較，CCHP不僅能夠重復使用能源，其產(chǎn)生的熱量還可以提供給外部空間，而且在運作時能源轉(zhuǎn)換也能相對減輕污染物，廢氣塵埃等的產(chǎn)生量，造成的環(huán)境污染也相對較少。CCHP具有以下顯著的優(yōu)點：(一)節(jié)約能源 CCHP節(jié)約能源主要是從CCHP的綜合能源利用率高出發(fā)的，在以往的能源系統(tǒng)中電能的供應(yīng)主要是依靠燃料的燃燒，然后電能通過高壓電網(wǎng)和低壓電網(wǎng)傳輸給用戶使用。傳統(tǒng)的中心電廠的平均發(fā)電效率約為40％，在輸配電過程中，能量損失約為7％~8％。所以，總得下來，發(fā)電廠和電網(wǎng)的總效率僅約為33％。同時，為了滿足用戶需求側(cè)的制冷負荷和制熱負荷的需求，需要通過燃燒燃料或直接使用電能來提供制冷和制熱。而CCHP是直接在需求側(cè)或用戶附近發(fā)電，可以大大減少輸配電過程中的能量損失，并利用發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱來滿足需求側(cè)的冷負荷、熱負荷的需求，在傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)中這部分余熱的熱能是浪費的，所以CCHP不僅提高了夏季需求側(cè)的熱負荷，而且能夠高效利用一些能源品質(zhì)、密度較低的低品味熱能，年負荷率增加的同時效率也隨之提高。經(jīng)過分析，CCHP對比傳統(tǒng)的系統(tǒng)，系統(tǒng)的綜合能源利用率提高了30%-50%。 我們可以舉一個例子將傳統(tǒng)能源系統(tǒng)和冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)對建筑物實現(xiàn)供電、供熱和制冷進行對比分析，比較雙方的能源利用效率，輸入值對應(yīng)的是一次能源燃料熱能，輸出值對應(yīng)的是終端建筑物獲取的能量。在輸出值相同的基礎(chǔ)上，比較輸入值的大小，輸入值越小，反映系統(tǒng)綜合用能效率越高。這次例子的對象分別是城市傳統(tǒng)的大電網(wǎng)供電、集中供熱和電驅(qū)動空調(diào)制冷的分供式系統(tǒng)與冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，雙方的綜合產(chǎn)能用能的比較如REF_Ref14543\h圖1.2所示，REF_Ref14543\h圖1.2（a）是傳統(tǒng)分供式供能系統(tǒng)的綜合產(chǎn)能用能，REF_Ref14543\h圖1.2（b）是冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的綜合產(chǎn)能用能REF_Ref11859\r\h[5]。圖1.SEQ圖\*ARABIC\s12傳統(tǒng)分供式供能系統(tǒng)和冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的綜合產(chǎn)用能比較(a)傳統(tǒng)分供式供能系統(tǒng)的綜合產(chǎn)用能分析(b)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的綜合產(chǎn)用能分析由圖可以看出，傳統(tǒng)分供式供能系統(tǒng)和冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)兩種供能系統(tǒng)分別向用戶提供電負荷58kW、冷負荷70kW、熱負荷51kW時，對于傳統(tǒng)的分供式能量系統(tǒng),電廠生產(chǎn)的熱能僅有33%輸送到了用戶端，若利用鍋爐產(chǎn)生熱能，由于管道散熱。蒸汽帶走熱量等因素，僅利用了70%的熱值。小型電驅(qū)動空調(diào)的制冷系數(shù)取3.5。而其他的使用小型原動機驅(qū)動的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，由于不需要遠距離的運輸，避免了過程中的浪費，盡管發(fā)電的效率相對于其它系統(tǒng)較低，但還可達到27%及以上的熱電轉(zhuǎn)換效率，根據(jù)實際得工程應(yīng)用情況,發(fā)電機組余熱回收效率取值53%,余熱型雙效溴化鋰吸收式制冷機組的制冷系數(shù)COP可以達到1.15,換熱器及輸送管路的熱損失系數(shù)10%,并考慮雙效漠化鋰吸收式制冷機組的泵和風機等運行耗電量2.0kWo按照這些能量轉(zhuǎn)換傳遞系數(shù)，將能量輸出都折合成一次能源燃料熱能，傳統(tǒng)分供式能量系統(tǒng)的一次能源燃料輸入值為310kW,而CCHP的一次能源燃料輸入值只有222kW,綜合節(jié)能率可以達到28.4%。經(jīng)過舉例和上面具體的分析可以看出冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在節(jié)能方面的有效性。 （2）削峰填谷 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以削峰填谷主要是因為冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制冷設(shè)備不是傳統(tǒng)的電制冷機組，CCHP中的制冷設(shè)備是使用余熱驅(qū)動的制冷機組，這樣不僅可以緩解電力短缺，還能實現(xiàn)能源消耗的季節(jié)性平衡。吸收式或吸附式制冷機組使用時在電能消耗方面更為節(jié)約。到了夏季，由于炎熱的天氣，空調(diào)使用量增加，電能消耗增多，燃氣的使用量則大大降低。此時就可以使用燃氣來運行冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，以天然氣為一次能源，余熱制冷機組提供制冷量，通過回收余熱循環(huán)利用，能夠有效降低用電的最大負荷值，這樣就可以使天然氣在夏季也得到更多的利用，使能源使用達到季節(jié)性平衡。另外，對于同樣熱值的燃料，天然氣的含碳量是煤的60%，所以天然氣是一種高效能源。但是，在中國天然氣相對于煤炭較為昂貴，我們應(yīng)該特別注意科學合理地使用天然氣。普遍采用的“以氣代煤”的策略不能解決天然氣的經(jīng)濟問題，也不會有很大的市場。燃燒天然氣的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)既經(jīng)濟同時也可以提高能源的使用效率，能夠保證天然氣資源得到更為合理有效的使用。推廣和使用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟和社會效益，這對于培育穩(wěn)定的市場、有效利用天然氣和改善城市能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。 （3）環(huán)保 在環(huán)保方面，中國最近提出了碳中和相關(guān)戰(zhàn)略，實現(xiàn)碳達峰碳中和對中國的社會生態(tài)文明建設(shè)十分重要，對于改善全球的氣候問題，完成“兩個一百年“奮斗目標也能作出突出貢獻，是黨中央立足于中國國際和國內(nèi)兩個大局，提出并實施的符合中國國情和發(fā)展階段一項重大戰(zhàn)略決策。能否有效推動中國現(xiàn)代化建設(shè)的碳中和綜合方案和行動路線圖是一個挑戰(zhàn)巨大和具有重大意義的戰(zhàn)略問題，因為要基于中國的發(fā)展現(xiàn)實，即碳排放總量大、能源消費需求較高和能源體系“一煤獨大”。 而冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)對實現(xiàn)碳中和也可以有一定的貢獻，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用可以減少污染氣體和碳排放，更為清潔。1997年9月，美國能源部的五個實驗室進行了一項名為"美國碳化物減少計劃"的研究，該項目檢查了200多項技術(shù)，發(fā)現(xiàn)只有3項技術(shù)，包括先進的渦輪機、燃料電池和綜合組合循環(huán)，占預計碳化物減少量的近10%，新一代渦輪機、燃料電池和活塞發(fā)動機更小、更節(jié)能。能量轉(zhuǎn)換更具靈活性。 由于CCHP的基本理念是能量梯級利用，即對輸入的燃料能量的利用和開發(fā)采用了梯級的方式，CCHP具有能力很強的節(jié)能發(fā)展優(yōu)勢，使用燃料量的減少以及可以采用低排放技術(shù)，使得系統(tǒng)的污染物排放大為降低，相較于傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)可以較少40%，從而達到減輕了對環(huán)境的壓力。如果釆用天然氣來驅(qū)動CCHP，即使與燃燒效率很高的大型發(fā)電鍋爐相比，該系統(tǒng)更為保護環(huán)境，污染氣體例如SO2等的排放量減少很多,溫室氣體CO2的排放量相對于傳統(tǒng)能源系統(tǒng)可以降低50%-70%。另外，廣泛應(yīng)用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)能夠降低對不可持續(xù)能源化石燃料的使用,這也有助于間接地大大降低CO2和NOX等的排放。 另一方面，臭氧層危機已經(jīng)迫在眉睫。制冷機廣泛采用的氯氟煙類制冷劑（簡稱CFC,HCFC）,會加速臭氧層的消失，從而其對紫外線的攔截作用也就日益降低，對人類生存也會造成巨大危害。根據(jù)哥本哈根會議對《蒙特利爾議定書》的修訂意見，對CFC物質(zhì)、過渡物質(zhì)HCFC等提出了禁用期限,我國政府也于1991年6月在議定書上簽字，并于1993年2月制定了《中國消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國家方案》。而且CFC物質(zhì)也同屬于溫室效應(yīng)氣體。CCHP中采用的余熱制冷技術(shù)吻合了當前能源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的總趨勢。吸收式制冷或吸附式制冷不采用氯氟炷類制冷劑，不會出現(xiàn)CFCs問題，產(chǎn)生溫室氣體，起到了很好的保護環(huán)境的作用。 （4）能源安全。 20世紀初以來，電力行業(yè)普遍認為，發(fā)電機組容量越大，效率越高，單位容量投資越低，運行成本越低。因此，隨著我國能源工業(yè)的快速發(fā)展，電力工業(yè)的發(fā)展研究方向主要是“大機組、大電廠、大電網(wǎng)”。如今隨著經(jīng)濟發(fā)展的需要，許多大型發(fā)電廠還在持續(xù)不斷建造中，電力需求增加的同時也威脅著供電系統(tǒng)的安全。大區(qū)域互連電網(wǎng)不夠穩(wěn)定，安全也尚不能百分百得到保障，在提供可靠、合格的電能的能力方面也存在著問題，但凡某個部分出現(xiàn)一點問題，就會出現(xiàn)大范圍的停電故障，REF_Ref14719\h表1.1美國以前發(fā)生的比較嚴重的停電事故及其造成的影響。表1.SEQ表\*ARABIC\s11美國以前發(fā)生的比較嚴重的停電事故及其造成的影響停電時間停電持續(xù)時間/h停電原因停電地區(qū)受影響人數(shù)及經(jīng)濟損失1965-11-090.2線路過載，開關(guān)自動跳閘美國東北部7個州和加拿大2個省4000萬人生活受到影響，經(jīng)濟損失達1億美元1977-07-1325雷電擊中電線紐約900萬人生活受到影響1996-07-02—愛達華州輸電線路發(fā)生故障美國西部15個州和加拿大及墨西哥的部分地區(qū)200萬人生活受到影響1996-08-12——高溫、電力線網(wǎng)松弛及夏季對電力的巨大需求造成中斷美國西部9個州400萬人生活受到影響1997-10-231.5人為破壞美國舊金山地區(qū)25萬人生活受到影響1998-01—輸電線因結(jié)冰而折斷緬因、紐約、新罕布什爾州31萬人生活受到影響1998-12-087建筑工人失誤舊金