1 前言

 

  分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)(DES/CCHP)是在20 世紀70 年代后期，伴隨著“石油危機”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。當前，中國正在完成工業(yè)化和城市化進程，而此進程必須在提高能效、減排CO2 的條件下實現(xiàn)。DES 在經(jīng)濟效益、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 必將成為我國工業(yè)和商住能源終端供應(yīng)保障的主要模式。

 

  在這個時刻， 科學(xué)地認識和發(fā)展適當規(guī)模的DES系統(tǒng)十分重要，中國必須從自身的國情出發(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70 年代末先在美國、隨后在歐洲和日本等自由市場經(jīng)濟國家發(fā)展起來的。當時它們都已實現(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)幾十兆瓦級的“區(qū)域型”DES 項目主要建在能源密集的工業(yè)區(qū)或中央商務(wù)區(qū)(CBD)，而且也有一個逐步擴展的過程。例如美國最大的、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到10×104US.RT 規(guī)模的。

 

  迄今在中國國內(nèi)，不論在分析論述還是在工程實踐上， 大都是針對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)院和機場，建筑面積不過幾十萬平方米， 輸送范圍也不過幾百米，用戶都在同一個法人單位之內(nèi)，不存在市場交易問題?！皹怯钚汀被颉坝脩粜汀盌ES，由于其規(guī)模小(一般小于10MW)、終端負荷品種少、需求時間段較單一，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、年運行時間較短，只有在特定的經(jīng)濟條件下才具有競爭力。但也正因為其“小”，不涉及公共空間資源，經(jīng)濟關(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%)、運行時間長(年運行時間4500h 以上)，因而經(jīng)濟上極富競爭力。但顯然， 在上述已經(jīng)發(fā)展成熟的自由市場經(jīng)濟國家，能夠找到一個建立幾十兆瓦規(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DES 統(tǒng)計數(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 占到了總裝機容量的近一半；而小于10MW 的“用戶型”DES，數(shù)量占90%以上，裝機卻只占30%?！坝脩粜汀盌ES 在美國能夠得以發(fā)展，是因為其財務(wù)分析條件與中國完全不同， 例如，占投資大頭的微型燃氣輪機在美國本土的財務(wù)評價中遠沒有在中國的項目中那么貴。

 

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

 

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

 

  ② 不同于100 多年來已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化和城市化的西方國家，中國正處于快速實現(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 中國是世界第一人口大國， 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 世紀的第二個10 年，是中國與發(fā)達國家同時進入智能電網(wǎng)的時代。與智能電網(wǎng)互補雙贏的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)的電力實現(xiàn)就地直供， 從而進一步發(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70 年代有了長足的進步。這使得中國能夠發(fā)揮“后發(fā)優(yōu)勢”，實現(xiàn)“跨越式發(fā)展”，結(jié)合國情集成創(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)濟學(xué)理論，在對各種冷熱電用戶8650h/a 變負荷統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，集成各種最新的燃氣作功發(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)濟效益、能效、碳減排三個方面都比較好的組合方案。而不是簡單地跟在某些西方項目的后面照貓畫虎，或者把DES 簡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。

 

  基于對上述這些基本國情的考慮，結(jié)論不難得出：從“十二五”規(guī)劃開始的一個歷史時期內(nèi)，中國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)的歷史機遇，集成創(chuàng)新，及時規(guī)劃建設(shè)一大批區(qū)域型DES/CCHP 項目，使中國新建設(shè)的工業(yè)區(qū)和商住區(qū)的能效達到世界先進水平。

 

  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 難以囊括的個別邊遠、特殊地方，因地制宜地采用“樓宇型”或“用戶型”DES/CCHP，當然是必要和可能的，與發(fā)展區(qū)域型DES 并不是相悖的。

 

  但是如果因片面強調(diào)“樓宇型”或“用戶型”DES 是舶來的“正宗”而錯過了上述發(fā)展區(qū)域型DES 的歷史時機，就要犯下追悔莫及的大錯誤。更何況，對于國家能源保障和能源利用效率的大局來說，一個區(qū)域型DES 抵得上成百上千個樓宇型DES，并且經(jīng)濟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，在美國為50%，而在目前的中國則為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)動泵、壓縮機等的電力；而機械、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，我國建筑物終端用能中，采暖空調(diào)占65%，熱水占15%，電力占14%，炊事用燃氣占6%。

 

  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，實現(xiàn)“高能高用，低能低用，溫度對口，梯級利用”的科學(xué)用能，效率可達80%以上。

 

  當我們從新工業(yè)區(qū)和新城區(qū)能源供應(yīng)保障和高效利用的視角，從實現(xiàn)中國的低碳工業(yè)化和城市化的大局來看待上述潛力的時候，就不會把思維局限在一座座樓宇、一個個單位內(nèi)；而是要立足于前述六項中國的國情特點，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[6]在分析美、中兩國的工業(yè)終端能效分別為80%和52.9%的原因時指出，決定性的因素是工業(yè)燃料中煤所占的比率，美國是9%，而中國則是62%，是由于中國未采用天然氣CCHP 的能源供應(yīng)系統(tǒng)所致。文獻[3]分析了當前中國發(fā)展天然氣DES/CCHP 的創(chuàng)新機遇，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)代中國條件下的集成創(chuàng)新， 能夠達到遠高于西方DES的能源利用效率。

 

  5 中國特色的區(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。前者相當于工業(yè)CHP，只不過聯(lián)合循環(huán)電站建設(shè)時只考慮了調(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)、使用時間特性等各方面協(xié)調(diào)配合的情況下，是不難實現(xiàn)的。

 

  燃料發(fā)電后40%的廢熱，有余熱鍋爐排煙和汽輪機乏汽的冷凝潛熱兩項。最新設(shè)計的排煙溫度已降低到100℃以下。因為天然氣含氫量大、煙氣水露點高于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，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 運行的天然氣聯(lián)合循環(huán)電站汽輪機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)泵送到各個熱水用戶的負荷中心， 再用熱泵升溫到60~70℃，儲存于熱水罐中，供每日傍晚集中使用。冬季廢熱把原水從小于10℃加熱到50℃， 承擔了70%~80%的加熱負荷；在50℃的基礎(chǔ)上進一步用熱泵提升10~20℃， 能效比從海水或淺層地?zé)?/a>的溫度提升大得多， 因此能耗費用極低。儲罐中60~70℃熱水的經(jīng)濟輸送距離約1km。實例分析表明，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 價格售出(電/燃氣熱水器熱水價為24~44 元/t)時電站可獲相當于售電收入1/4~1/2 的經(jīng)濟效益(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)濟輸送距離可以長達10km， 因此電站余熱利用可以覆蓋數(shù)十平方千米的區(qū)域。已建成的遠離工業(yè)、商住區(qū)的電站必要時可以搬遷過來。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)濟性和電廠對天然氣價格的承受能力，又提供了廉價、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，攤到房價中的費用不       到5 元/m2，可包括在開發(fā)商的購地價格中(目前各地開發(fā)商的購地成本折算到售房價格中至少1000 元/m2，5 元/m2 可以說是小巫見大巫)。居民入住后，所消費的熱水費同樣可由物業(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，辦法是把這筆費用(每人每月約1t熱水，20 元/t，每年240 元)納入低保補貼中。全國2800 萬城市低保人群需增加財政支出約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 標煤/a，價值1000 多億元，社會效益十分巨大。

 

  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0.8MPa 高參數(shù)抽汽， 創(chuàng)新改進是采用乏汽和0.02~0.08MPa低參數(shù)抽汽，加上熱泵升溫。因為燃氣輪機聯(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)燃煤電站的廢熱藉溫升50~80℃的循環(huán)熱媒水遠程輸送到城市中心，用COP=5~6 的熱泵升溫供暖。按照1.5km 的經(jīng)濟輸送半徑，根據(jù)負荷密度，劃分若干個5km2 左右大小的區(qū)域，每個區(qū)域規(guī)劃1 個天然氣DES/CCHP 能源站(約100MW 級)，供熱能力達到數(shù)百萬平方米建筑面積。筆者曾計算過一個典型的利用廢熱供暖、供熱水的實例。20km 以外的遠程電站乏汽加上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荷中心，通過3 級串聯(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。一個利用遠程燃煤電站300MW 汽輪機廢熱的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)向各個用戶供應(yīng)空調(diào)冷水的系統(tǒng)。它有能效高、同時使用系數(shù)小因而冷機投資低、節(jié)約用地和運行人員、沒有噪音和熱島效應(yīng)等優(yōu)勢，最近在我國發(fā)展很快。日本總結(jié)了DCS 應(yīng)用10 多年的經(jīng)驗，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0.8MPa 抽汽吸收制冷， 這幾乎已經(jīng)成為思維定勢。這種模式有幾個問題，一是同樣規(guī)模的吸收制冷機組效率不如電制冷機組高；二是當蒸汽輸送距離較遠時及實際運行的冷負荷波動致使蒸汽流量大幅度波動時， 熱能和壓力能損失都很大；三是停機再開時蒸汽管線疏水問題較大。更重要的是，在智能電網(wǎng)實現(xiàn)以后，夜間運行蒸汽吸收制冷遠不如采用低谷價網(wǎng)電制冷經(jīng)濟，而再上一套電制冷用于夜間運行，投資將增加1 倍。因此，在即將到來的智能電網(wǎng)時代，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DCS 站。DES 晝開夜停，夜間DCS 用低谷網(wǎng)電運行。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)價格直供的電力[大致比下網(wǎng)電價低0.1 元/(kW·h)]，夜間采用低谷價電制冷，可使財務(wù)狀況進一步改善，有利于DES/DCS 快速推廣。

 

  6 終端負荷估算和配置原則：從“以熱定電”到“以電為龍頭”在煤電效率只有35%的歷史時期，CHP 的電力裝機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”的條件實行熱電聯(lián)產(chǎn)，通過“以熱定電”來確定電力裝機容量是很自然的。而在天然氣DES/CCHP 的歷史時期，情況已經(jīng)完全不同，“以熱定電”原則不再適用[9]。

 

  耗電量是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要指標。本世紀以來，隨著中國經(jīng)濟總量迅速擴大和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向制造業(yè)大國轉(zhuǎn)型，電力彈性系數(shù)一直保持在1.0 左右，而且今后還會保持一段時間。中國總耗電量從2003 年的1.9×1012kW·h 翻一番到2009 年的3.7×1012kW·h，用了6 年時間。按照規(guī)劃，再過6 年即2015 年將再增長60%，達到6×1012kW·h。2003 年中國人均耗電量還不到1500kW·h， 是美國人均耗電量1.5×104kW·h 的1/10，新加坡7000kW·h 的1/5。

 

  隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，2015 年中國人均耗電量將達到5000kW·h。在“十二五”的區(qū)域能源規(guī)劃中，作為反映經(jīng)濟發(fā)展的基本指標，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)劃的指標應(yīng)是較適宜的。

 

  中國的電力負荷大部分在東部，水電和燃煤火電大部分在西部，西電東送是中國電力布局的一大特點。供電安全保障和智能電網(wǎng)的運作都要求在負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)劃中一個重要的指標。在沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，人均耗電量遠大于全國平均數(shù)。以深圳為例，2009 年人均用電量已達6555kW·h/a，預(yù)計2015 年將達到8500kW·h/a以上。在每一個工業(yè)園區(qū)或新城區(qū)負荷中心，根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展程度和終端能源需求強度的不同，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，對于一個30 萬人口的新區(qū)，就需要設(shè)置一個150~300MW 裝機容量的DES，這就是“以電為龍頭”開展能源規(guī)劃的道理。

 

  對上述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的區(qū)域內(nèi)冷、熱、電、汽負荷取決于本區(qū)域的氣候條件、經(jīng)濟發(fā)展程度和產(chǎn)業(yè)構(gòu)成情況。顯然，任何一個區(qū)域型DES/CCHP，不論季節(jié)、不論晝夜，冷、熱、電、汽負荷的生產(chǎn)和需求總是相互匹配是不可能的。一方面，這就需要進行優(yōu)化設(shè)計，構(gòu)建一個柔性的、對負荷變化適應(yīng)性很強的CCHP 系統(tǒng)，能夠在各種負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)和供暖負荷， 那么對沒有蒸汽負荷的DES 按照調(diào)峰需求運行時，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，是否能夠有一個系統(tǒng)構(gòu)建的通用準則和一個衡量能效水平的通用指標，還需要在今后若干年的創(chuàng)新實踐中去總結(jié)、凝練。但不論如何，不能再套用“以熱定電”準則和“熱電比”的指標了。

 

  7 區(qū)域型DES 的類型和規(guī)模中國地域遼闊，各地的氣候條件、經(jīng)濟發(fā)展程度和產(chǎn)業(yè)構(gòu)成千差萬別，但若充分利用中國國情的共性特點，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的優(yōu)勢。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、熱負荷較大；商業(yè)或三產(chǎn)中心區(qū)，建筑物供暖和空調(diào)負荷較大。而依據(jù)地域氣候條件劃分，則有兩大類型：北方地區(qū)供暖負荷時間長、耗量多；南方地區(qū)則是空調(diào)負荷時間長、耗量多。各種類型的共同點是都有可能集成附近居民用生活熱水的負荷。

 

  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 個各有特色的工業(yè)園區(qū)， 可以作為DES 規(guī)劃的基礎(chǔ)。當然，并不排除在考慮介質(zhì)經(jīng)濟距離之下，將一個行政區(qū)內(nèi)的2 個或3 個園區(qū)整合在一起做一個區(qū)域能源規(guī)劃。

 

  DES 終端載能介質(zhì)的經(jīng)濟輸送距離大致是：

 

  ① DES 電站10kV 電力直供的經(jīng)濟距離約為3km 左右。但大型電站覆蓋的區(qū)域不受此限，因為調(diào)峰電站接入110kV 或220kV 電網(wǎng)后經(jīng)濟輸送距離要遠得多。

 

  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存，每個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 多遠沒有關(guān)系。

 

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

 

  ⑤ 1MPa 級低壓蒸汽的經(jīng)濟輸送距離約為8~10km。

 

  根據(jù)目前正在規(guī)劃和建設(shè)的若干項目的情況分析，適合于上述中國區(qū)域型DES/CCHP 的基本模式和經(jīng)濟輸送距離，能夠把工業(yè)和商住用能集成在一起，盡可能實現(xiàn)冷、熱、電、汽聯(lián)供的區(qū)域面積大致在10km2 的量級。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)制冷和供暖負荷的空間分布，規(guī)劃若干個集中供冷(暖)站DCS(DHS)。

 

  三是根據(jù)工業(yè)蒸汽負荷的需求時間特性規(guī)劃聯(lián)供方案：16h/d 運行的、在經(jīng)濟輸送距離內(nèi)的可由電站抽凝式汽輪機同步供應(yīng)；24h/d 運行的，原則上把用戶集成起來，構(gòu)建一個適當規(guī)模的24h/d 連續(xù)運行的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)“中新知識城”遠期、深圳鈺湖調(diào)峰電站、觀瀾中部組團能源站、清遠順德(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)供與中水回用專項規(guī)劃》、《中新知識城規(guī)劃建設(shè)熱電冷三聯(lián)供低碳經(jīng)濟園區(qū)咨詢報告》、《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》等研究報告)。

 

  在我國中部和北方地區(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荷為主的DES，需要結(jié)合本文“5.3”中的遠程廢熱+熱泵提溫系統(tǒng)技術(shù)。供應(yīng)一個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，總裝機容量將達上萬億千瓦。從各自的產(chǎn)業(yè)、規(guī)模、氣候特點出發(fā)，采用科學(xué)的系統(tǒng)工程方法，盡可能集成各類終端負荷，規(guī)劃設(shè)計出柔性的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。這是完成中國對世界承諾的2020年碳強度降低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、能源局負有最重要的

 

  責(zé)任。需在轉(zhuǎn)變認識和觀念的基礎(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。并且要主持項目的招標、建設(shè)，給與必要的金融和稅收優(yōu)惠，授權(quán)特許經(jīng)營，實施價格監(jiān)管。

 

  ② 國資委下屬各大電力集團和地方電力、能

 

  源企業(yè)，包括準入的民營和外資企業(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)慣于獨資經(jīng)營轉(zhuǎn)向與多個利益相關(guān)方協(xié)同合作。

 

  ③ 國營電網(wǎng)公司應(yīng)認清智能電網(wǎng)與DES 相得

 

  益彰、互利雙贏的大趨勢，從習(xí)慣于獨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DES/CCHP 產(chǎn)業(yè)，同時創(chuàng)出世界最高水平的電網(wǎng)安全保障模式和調(diào)峰機制。

 

  ④ 幾大國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，而是把協(xié)同地方政府、電力、電網(wǎng)各方，構(gòu)建國家低碳、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。協(xié)同國家發(fā)改委適時理順天然氣價格機制和天然氣上、中、下游市場機制， 協(xié)同其他各方推進各地眾多DES/CCHP項目的開展和產(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)計和建設(shè)，包括燃氣輪機、余熱鍋爐、汽輪機、各種換熱設(shè)備、熱泵設(shè)施、制冷機組等上千套設(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)建出一個龐大的低碳產(chǎn)業(yè)鏈，在未來5~10 年內(nèi)，將推動若干個行業(yè)的發(fā)展、科技進步和集成創(chuàng)新，創(chuàng)造數(shù)以百萬計的就業(yè)機會。國家及地方有關(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)展民營企業(yè)、吸納民間資本、調(diào)動民間力量的重要平臺。

 

  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65.3×108t(2008 年)、位居世界第一的中國(數(shù)據(jù)源自《能源政策研究》2010 年第6 期第8~21 頁)，如何在這個全球走向低碳能源的時代實現(xiàn)自己的工業(yè)化和城市化。2010 年中國已經(jīng)成為世界核能與可再生能源發(fā)展最快的國家，但這并不能保障最近10 年內(nèi)中國工業(yè)化和城市化的能源需求。這個保障，只能依靠高效利用快速增長的天然氣， 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)吹響了進軍的號角， 中國的有關(guān)各界應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念、抓住機遇、整合力量，走出這邁向低碳能源發(fā)展的關(guān)鍵一步。