探讨冷热电三联供系统在新兴城区的发展

深圳市规划国土发展研究中心　张　旭　张　涛

探讨冷热电三联供系统在新兴城区的发展

深圳市规划国土发展研究中心张旭张涛

结合深圳坪山新区城市建设低碳发展理念，详细阐述了以天然气为燃料的冷热电三联供系统的技术原理、系统分类及作用，为热电三联供系统在低碳领域的研究提供了借鉴。

低碳冷热电三联供系统区域型能源站园区型能源站用户型能源站

0　坪山新区发展概况

坪山新区位于深圳市东北部，于2009年6月30日挂牌成立。辖区总面积约168 km2，下辖坪山、坑梓2个办事处共23个社区，总人口约60万，其中户籍人口约3.6万。

坪山新区以低碳发展理念为指导，围绕建设“区域合作示范区、产业引领区、智慧新城、理想新城和幸福家园”的要求，将在未来努力打造成为特色鲜明、功能完善、结构合理、产业高端、环境优美、人文丰富、集聚动力和充满活力的深圳跨越与转型发展的先锋城区、战略性新兴产业和自主创新基地，辐射粤东重要的生产性服务中心。

1　冷热电三联供系统介绍

1.1技术原理

天然气冷热电三联供系统(以下简称“冷热电三联供系统”)是指将管道天然气转换成三种能源产品：电力、热能(含蒸汽或者热水)以及冷水，并将其一体化的多联产供能系统，是分布式能源系统的表现形式之一。

冷热电三联供系统的基本理念是能源的梯级利用，即高品位的热能产生电能、中品味的热能产生蒸汽或冷水、低品位的热能产生热水或者排放，以“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的原理将小型化、模块化的发电系统布置在用户附近，利用城市管道天然气为燃料发电供用户使用，同时把发电过程中产生的余热制备蒸汽或热水供用户制冷、采暖或洗浴，实现能源的逐级使用，力求最大程度提高能源综合利用效率。

冷热电三联供系统能源梯级利用原理见图1。

图1　冷热电三联供系统能源梯级利用原理

1.2系统分类

按照服务范围、供应规模和技术类型，通常将冷热电三联供系统初步分为三种类型，即：区域型能源站冷热电三联供系统、园区型能源站冷热电三联供系统和用户型能源站冷热电三联供系统。

区域型能源站冷热电三联供系统：主要依托现有或新建天然气电厂为能源中心，将生产的大部分电力、热能和冷能，供应服务区域内的居住、商业、工业或高科技产业等用户(对于主要以发电上网为主，辅助开展冷、热利用的电厂项目，只能视为“电厂余热利用工程”)。天然气电厂占地较大，根据其发电规模，用地面积在几公顷至几十公顷之间。

园区型能源站冷热电三联供系统：自建能源站，以城市建设区域(大学园区、综合交通枢纽等)或存在大量电、热(冷)需求的工业产业园区等为服务对象，进行直供电和集中供热、供冷。园区型能源站结构紧凑，用地面积一般在数千平方米至数万平方米之间，可独立占地，亦可附设式建设。

用户型能源站冷热电三联供系统：自建能源站，主要提供电力和集中供热、供冷服务，适宜用户为用电安全性要求较高，电、热(冷)负荷大且稳定的建筑群(如大中型医院、星级酒店、大型通信机楼和大型商业建筑等)。

用户型能源站安装方便，可模块化建设，较易与其它系统平行组合，占用面积小，需要数百平方米至数千平方米，一般以附设式建设为主，可建设于室内、地下室和屋顶等区域。

1.3积极作用

1.3.1实现能源梯级利用，提高能源综合利用效率

冷热电三联供系统可以一体化向用户提供冷、热、电等多种能源，并根据用户的不同需要实现不同品质能源的供给，完成优质能源的梯级合理化利用。冷热电三联供系统能够提高能源的使用效率，能源综合利用效率可达80%以上，对一次能源匮乏而力争成为低碳发展示范区的坪山新区而言，意义尤其重大。

1.3.2削电峰填气谷

空调用电在高峰时期，占坪山新区电力负荷的比例越来越重(约40%左右)，在夏季，空调用电需求量较大，电力负荷出现高峰期时，燃气负荷则处于低峰期。

冷热电三联供系统以管道天然气为燃料，能够利用溴化锂吸收式制冷机组替代部分传统电空调机组进行通风制冷，达到减少夏季电耗，削减电力高峰的作用，并可以燃烧更多的天然气，填补用气低谷，在系统上缓解坪山新区的电力和天然气供给的季节性不平衡矛盾，从而提高社会效益。

1.3.3减轻输电走廊负担、减少电网建设投资

冷热电三联供系统因为靠近用电负荷中心，可以缓解坪山新区配电设施的大规模投入，从深圳市电力系统的全局分析，则可缓解深圳电源基地外输电力困难的局面，从而减轻高压走廊负担。另一方面，在坪山新区积极推进智能电网建设的大背景下，冷热电三联供系统作为常规供电源或者应急备用电源，可以提升坪山新区的电力应急保障能力。

2　发展方向

2.1区域型能源站系统

坪山新区的工业热负荷需求稳定且负荷量较大，主要由燃油、燃气和生物质燃料的中小锅炉解决，根据相关调查，用热工业近百家，总蒸发量约为200～400 t/h，涉及染织、纺织、五金加工、生物制药、食品加工和包装印刷等行业。热负荷类型分为生产动力热负荷和工艺热负荷两类，其中，生产动力热负荷多用蒸汽驱动压气机、风机和水泵等作为机械动力功，常采用高温高压蒸汽，工艺热负荷主要用于烘干、加热和熨烫等工艺流程，通常为低温低压饱和蒸汽。

中小锅炉热效率不高，维护繁杂，无完善的节能措施，能源浪费现象严重，由于环保设施未能配套齐全，在生产过程中会排放大量的CO2、NOx等有害气体，以及造成热污染、噪声污染和废水污染。对于以低碳发展理念为指导，力求构建人文和谐，环境优美的坪山新区而言，尽量消除中小锅炉的能源浪费及污染问题已迫在眉睫，为此，坪山新区相关职能部门已经与某两家大型国内电力生产商开展合作研究，拟在坪山新区发展区域型能源站冷热电三联供系统，拟建设两座占地面积均为数公顷，机组规模约在100～350 MW的区域型能源站，设想以外供蒸汽置换周边工业企业的中小锅炉，并通过电力直供(或局部上网)和区域制冷的方式，满足周围5 km范围内的商贸中心、学校、写字楼、企业办公和部分居住小区等的电能和冷能需求。

目前，该两座区域型能源站冷热电三联供系统已开展了前期研究工作，初步拟定了备选场址。

2.2园区型能源站系统

2.2.1比亚迪汽车厂区

比亚迪汽车厂区坐落于坪山新区南侧，占地面积2.3 km2，以新能源汽车整车装备制造为主要产业，是深圳市重点发展的重型产业基地之一。

新能源汽车整车装备制造在生产流程中涉及铸、锻、热、焊、冲压、机加工、油漆和电镀等工艺，需要大量0.6 MPa的高温饱和蒸汽与稳定的电力供应，且厂区内配建的办公楼、宿舍和商场等多栋单体建筑，存在一定规模的制冷需求。比亚迪汽车厂区临近城市天然气高压管道和坪山天然气高中压调压站，具有天然气供气优势条件。

比亚迪汽车厂区具备发展冷热电三联供系统所要求的负荷特征和供气条件，可以考虑以附设式建设或独立占地的形式，在厂区内建设园区型能源站系统，能源站建筑面积5 000～10 000 m2之间。

2.2.2深圳东站枢纽核心区

深圳东站枢纽核心区规划于坪山新区中心区域，占地面积约为57.4万m2，是一个以铁路、公路货运和客运为主的综合性交通枢纽。

深圳东站枢纽核心区内规划有侯站楼、综合办公楼、酒店和住宿区等建筑(群)，具有一定规模的生活热水、空调冷冻水和生产电力需求。规划的东站枢纽核心区选址，临近宝龙天然气高中压调压站，天然气中压管网接入方便，管道天然气供气条件良好。

综上，深圳东站枢纽核心区具备良好的冷热电三联供系统发展条件，可以根据冷、热和电的负荷规模，规划预留一块建筑面积约为5 000 m2的市政用地建设园区型能源站。

2.3用户型能源站系统

2.3.1大、中型综合医院

大、中型综合医院是一个能源消耗比较集中的公共场所，冷热负荷稳定，投资主体明确，具有长期可靠的经营能力，适合发展冷热电三联供系统。

大、中型综合医院的主要能量消耗集中在空调系统部分，包括保持通风、制冷的舒适空调系统和维持特殊房间空气环境的洁净空调系统。医院为维持医疗、照明和电梯等设备的正常运行，需要大量安全稳定的电力供应，在灭菌、消毒、高温和蒸煮等工序上，则有蒸汽或热水需求。

坪山新区将在未来新增或改扩建约10座大、中型综合医院，可考虑在医院的建设过程中，结合电、热和冷的负荷特点，发展以附设式形式(可建设于屋顶和地下室等区域)为主的用户型能源站冷热电三联供系统，天然气可由就近的中压管网接入。2.3.2星级酒店

星级酒店投资主体明确，具有较强的长期稳定经营能力，冷热负荷匹配，具备发展冷热电三联供系统的基本条件。

星级酒店需要大量的电力供应，以求保障照明、电器、电梯和其它动力设备的平稳运行，热负荷需求主要体现在卫生热水、生活热水和蒸煮等方面，为求保持所有房间的良好通风和空气环境，星级酒店均建设有冷水型中央空调系统。

坪山新区可结合城市品位的提升和商业价值的开发，鼓励部分星级酒店根据自身的电、热和冷需求，发展用户型能源站冷热电三联供系统，可将能源站建设于楼顶或空旷区域，可由建设于楼栋中的天然气中压管道供应。

2.3.3大型通信机楼

大型通信机楼是现代化通信工具快速普及的结果。大型通信机楼里的各类电气设备和自动控制系统需要大量、安全的电力供应，众多发热元器件在工作状态下会散发出大量的热量，为保证通信设备的正常运行，就必须为大型通信机楼配建完善的制冷系统，提供长期可靠的通风、制冷服务，以求有效平衡多余热量。大型通信机楼所具有的上述能源需求特征，非常适宜发展冷热电三联供系统。

坪山新区现状建成有2座固话网大型通信机楼，根据城市需要和通信网络发展的要求，另需新建1座固话网通信机楼和1座移动网通信机楼，因此，我们可以考虑以附设式形式，为坪山新区的4座大型通信机楼配套建设用户型能源站系统，其管道天然气的供应可以就近从市政天然气中压管网接入。

3　结语

低碳发展是我国经济和社会发展的必由之路，冷热电三联供系统是能量梯级利用和提高能源利用效率的前沿技术，是低碳发展在城市规划建设领域的重要表现形式之一。我国对冷热电三联供系统的开发建设方兴未艾，本文意在以深圳坪山新区为例，探讨冷热电三联供系统在新兴城区的建设方向，力求希望其他城市和地区在城市规划编制过程中，充分考虑冷热电三联供系统的发展，为同行们在低碳领域的研究提供借鉴。

Discussion on the Development of CHP System in Urban New Areas

Shenzhen Urban Planning Land Development Research CenterZhang XuZhang Tao

Combining with the low carbon development concept of Pingshan New District of Shenzhen, the paper elaborate the theory, systematic classification and the function of CHP system which use natural gas as fuels, which can be as a reference for the research of CHP system applied in the low carbon area.

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