冷热电联供系统技术发展综述

齐 鹏

（中国国电集团公司，北京100034）

1 冷热电联供系统

冷热电联供系统（CCHP）是以天然气为燃料，同时具备发电、供热和制冷（或除湿）功能的能源转换和供应系统［1］，其采用的动力装置包括内燃机、燃气轮机、斯特林机和燃料电池等。火力发电效率一般为30%～40%，内燃机、燃气轮机的发电效率分别为35%～41%、20%～50%。CCHP系统能源利用率高，为70%以上，大型机组可达80%～90%，最高可达95%；同时CCHP项目还具有节能减排、供电可靠、调度灵活、能缓解电网压力等优点。

2 国内外发展现状

2.1 国际发展现状

美国、欧洲和日本等国家或地区CCHP起步较早且发展迅速［1－5］。1978年，美国颁布公用事业管制政策法，鼓励发展可再生能源和CCHP技术。到1995年，美国的CCHP总发电容量已达45GW。1999年，美国提出“CCHP创意”和“CCHP2020年纲领”：到2010年之前，20%的新建商用建筑、学校采用CCHP，5%的已建商业、学校采用CCHP，25%的美国能源部热电联产用户使用CCHP；预计到2020年，50%新建商用、写字楼类建筑，15%已建商用建筑、学校采用CCHP系统。截至2004年，美国CCHP发电容量达80GW，已经建有1 540个商业CCHP项目、1 189个工业CCHP项目。

一些欧洲国家，诸如丹麦、芬兰、德国和荷兰等，十分认可CCHP项目的节能性和环保性，对其发展一直持比较积极的态度。丹麦的热电联供项目占电力系统总装机容量的60%以上，荷兰的热电联供项目占总装机容量的40%，英国人口不到6 000万，CCHP系统却有1 000多座。

日本从1981年开始支持天然气CCHP的发展，并围绕节能性和经济性制定了一系列保护政策和法规。到2003年底，日本共有CCHP项目数量2 915个，平均容量为490kW。为鼓励CCHP发展，日本规定CCHP的上网电价高于火力发电。在日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的资助下，日本在多地建立示范项目，截至2010年底，共安装3 000多个示范性燃料电池组。

2.2 国内发展现状

20世纪80年代，我国开始关注发展CCHP，并提出了一系列税收减免、投资抵免和直接补贴政策，促进节能减排项目建设尤其是促进CCHP的发展。1998年《中华人民共和国节约能源法》提出，推广热电联产，发展热能梯级利用技术，发展CCHP技术，提高热能综合利用率。2010年4月，国家能源局下发的《关于对＜发展天然气分布式能源的指导意见＞征求意见的函》指出，到2011年我国拟建设1 000个天然气分布式能源项目，到2020年，天然气分布式能源系统总装机容量将达到5 000万kW。

3 研究热点

目前，CCHP研究主要包括对主要联供设备的研究及系统配置、对系统的评价和运行优化等［5－6］。

3.1 系统配置

CCHP分为发电、供热和制冷3个子系统，系统各部件的选择和组合方式主要取决于应用场合的冷热电负荷需求。合适的原动机和余热利用设备是实现联供系统节能经济性的关键。文献［2］分析了CCHP在国内外的发展现状，对比了不同类型原动机的特性、应用场合和成本，对比分析了溴化锂和氨水单效、双效等制冷设备的热源需求、制冷特点和性能系数等。文献［7］介绍了燃气轮机和内燃机CCHP在美国的应用现状，根据变工况下的热电效率和火用效率比较了兆瓦级燃气轮机和内燃机CCHP的技术性能及适用范围。文献［8］从节能性与经济性两方面评价各CCHP配置方案的模拟结果，分析了热电比对所选CCHP设计原则及调峰设备的影响。

3.2 评价准则

分析CCHP的优劣，需要有具体的评价指标和评估方法。文献［9］以污染排放量和减排率作为环境性评价指标，以传统能源系统作为比较的对象，研究了CCHP的环保性能。文献［10］采用层次分析法，由发电、制冷与供热的能量利用率分别乘以不同的权重系数后累加，得到了CCHP新的能量梯级利用率评价准则。文献［11］提出了从能源利用效率、环保、经济性3个方面对CCHP方案进行综合评价的方法。

3.3 运行优化

文献［12］根据负荷预测得到的数据，以最小运营费用和最小污染物排放量为优化目标，利用Pareto优化方法对能源生产机组进行优化，按照系统运行的最优解集对机组设备进行调整，以满足用户的消费需求。文献［13］研究了包含微型燃气轮机、吸收式制冷、蓄热CCHP的能量管理。文献［14］针对CCHP的特点，提出了经济最优、能量利用率最高、以电定冷与以冷定电等多种能量管理运行模式，并根据不同的运行模式采取不同的控制方法，使联供系统高效运行。

4 发展趋势

近年来，CCHP逐渐向小型化、微型化、民用化发展［15］。交通不便、电力资源匮乏的一些偏远地区，小型家庭用户和商业建筑都是CCHP的潜在市场。另外，随着世界各国对环保问题越来越重视，对以太阳能、生物质能和氢能等可再生能源为基础的CCHP的研究也越来越多［6］。

5 结语

CCHP具有提高能源综合利用率、实现能源梯级利用的优点，在欧美日等发达国家或地区已得到广泛应用，是缓解当今世界能源危机和环保问题的一种有效途径，也是当前能源类技术领域中研究的一个热点。随着市场需求的多元化以及各种新技术的应用，许多新型CCHP呼之欲出，但还有很多关键问题需要解决，这将是今后CCHP研究的方向。

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［3］葛斌.热电冷联产原理与技术［M］.北京：中国电力出版社，2011

［4］严俊杰，黄锦涛，何茂刚.冷热电联产技术［M］.北京：化学工业出版社，2006

［5］孔祥强.冷热电联供［M］.北京：国防工业出版社，2011

［6］李胜，吴静怡，王如竹，等.冷热电联供系统的研究热点概述［J］.制冷与空调，2008，8（6）：1～9

［7］左政，华贲.燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较［J］.煤气与热力，2005，25（1）：39～42

［8］陈江娜.建筑冷热电联供系统容量配置方案研究［D］.哈尔滨工业大学，2013

［9］杨木和.冷热电三联供系统的环境性评价初探［A］.中国建筑学会建筑热能动力分会第十七届学术交流大会论文集［C］，2011

［10］和彬彬，段立强，杨勇平.冷热电联产系统新评价准则研究［J］.热能动力工程，2009，24（5）：592～596

［11］王玉娟.天然气冷热电联供系统方案评价分析［D］.河北工程大学，2014

［12］孟凡喜.冷热电联供优化方法研究与系统实现［D］.电子科技大学，2014

［13］Azit A H，Nor K M.Optimal Sizing for a Gas－Fired Grid－Connected Cogeneration System Planning［J］.IEEE Trans.Energy Conver，2009，24（4）：950～958

［14］许东.微型燃气轮机冷电联供系统能量优化与管理［D］.天津大学，2010

［15］鲁珏，解大.微型冷热电三联供系统的研究［J］.现代建筑电气，2013，4（4）：5～8