热电冷三联供

一、什么是冷热电联产

1.1冷热电联产的定义

BCHP(Building ,Cooling, Heating & Power)建筑冷热电联产，即通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品味的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。

1.2BCHP系统组成

BCHP 主要由发电设备和吸收式制冷机两部分构成。用于BCHP系统的发电设备有：常规涡轮发电机组、微型涡轮发电机组、柴油发电机组、燃气内燃发电机组、燃料电池和外燃发电机组。空气经过脱硫处理后与燃气混合燃烧，燃烧产生的高温烟气推动涡轮叶片做功带动发电机发电，涡轮发电机出来的废气是吸收式制冷机的理想热源，被用来制冷、采暖和提供卫生热水。因为同燃煤电厂的废气相比，其废气的杂质、含硫量均很低，其次最为显著的是其含氧量较高，可达15％以上，可以作为直燃机的助燃空气，进行第二次燃烧。Micro-BCHP系统将采用燃料电池作为发电设备。

目前与发电设备配套的吸收式制冷机组主要有：单效/双效蒸汽机、单效/双效热水机、单效/双效烟气机。

表2.1常用余热机组

1.3 BCHP的组成方式

根据热源的类型可以将BCHP分为两种：第一种是直接利用烟气，也就是将尾气直接输送到烟气型制冷机中进行制冷。第二种是将高温尾气进行二次换热，用热水或是蒸汽输送到蒸汽机或是热水机中制冷。具体形式如下：

1).微型涡轮发电机加尾气再燃/热交换并联型吸收式制冷机 工作原理：燃气涡轮发电机排气余热一部分被溴化锂制冷机的稀溶液回收，另一部分参与二次燃烧，对外提供制冷、采暖和卫生热水。电力、空调、采暖和卫生热水几种负荷容量搭配灵活，可以满足不同场合的需要。

2)燃气轮机加吸收式烟气机 工作原理：燃气轮机中高温高压气体带动发电机发电后排出，这时还保持着相当的温度（一般在400℃以上），并具有较高的含氧量。溴化锂制冷机可以直接回收排气余热进行制冷，也可以将排气作为助燃空气进行第二次燃烧，二次燃烧回收热效率更高，达95％以上。使用建筑物：燃气轮机电厂或燃气轮机自备电站的改造，特别适合于简单循环的燃气轮机电（站），其经济性特别显著。

3).微型涡轮发电机加吸收式烟气机 工作原理：燃气涡轮发电机的排气送入单效烟气机，余热用于制冷或采暖。适用于小型建筑场合使用。系统流程图：

4).微型涡轮发电机加烟气机 工作原理：燃气涡轮发电机高温富氧排气（温度250℃，含氧量18%）进入冷温水机直接进行燃烧利用，提供制冷、采暖和卫生热水。

5). 蒸汽轮机加溴化锂冷机 工作原理：锅炉燃烧产生的高温高压蒸汽进入蒸汽轮机推动涡轮旋转，带动发电机发电，发电后的乏汽或从蒸汽轮机中的抽出一部分蒸汽进入蒸汽制冷机制冷，另外一部分进入热交换器采暖或提供卫生热水。根据对热电厂“以热定电”的要求，适合于各个规模的火电厂或热电厂。

6). 燃气轮机前置循环加溴化锂制冷机 工作原理：燃气轮机发电后排出的高温烟气通过余热锅炉回收，产生的蒸汽供蒸汽吸收式制冷机制冷，其余通过热交换器提供采暖/卫生热水或供工业用户使用。夏季采暖/热水负荷最小的时候，蒸汽溴化锂制冷机可以充分利用燃气轮机余热制冷，保证较高的系统综合能源利用效率。适合于燃气轮机电厂或燃气轮机热电厂。

7). 内燃发电机加余热利用型直燃机 工作原理：内燃机基于柴油发电机技术，燃料和空气进入气缸混合压缩燃烧并做功，推动活塞运动，通过联杆机构，驱动发电机发电。排气、缸套冷却水的余热由余热利用型冷温水机用于制冷、采暖和提供卫生热水。系统组合简便，适合于现有内燃机电站或现有直燃机的基础上进行改造。

8).燃料电池加余热利用型直燃机 工作原理：燃料电池利用燃料和空气的电化学反应供应电力并产生高温尾气。通过溴化锂制冷机回收这部分废热，提供制冷/采暖/卫生热水。Micro-BCHP 将采用燃料电池的尾气通过热交换制造成蒸汽后为制冷机提供热源。

二、我国热电联产集中供热的总体状况

1、我国热电联产发展简史

(1)热电联产的兴起与发展时期第一个五年计划开始，进行大规模工业建设，在一些工业内，建设了区域热电厂，由于当时缺乏热电建设经验。基建计划不落实，热负荷误差很大，致使一些热电厂的经济效益未能充初期。

从 1953年到1967年期间，正是中国大规模经济建设的初期，也是各地电网发展的初期。一般是城市建筑密度低。热网投资大，工业热负荷为主，民用采暖热负荷很少，而工业热负荷一般是提出的偏大偏早，投产后热负荷很长时间上不来。热电的热化系数几乎均大于1，因而实际经济效益不高。这一时间由于以供工业为主，绝大多数热电厂选了抽汽机组，以保证供汽供电。这一时间新投产6000千瓦及以上的供热机组容量占火电机组总容量的20%，居世界第2位。

(2)1971-1980年期间

在1971年-1975年期间，由于中央政策和其他影响，工业布局分散，没有中长期的工业建设和城市规划，因而制订热电厂的发展规划没有基础，只能在短期计划中做些安排。1976年-1980年仍然没有相对稳定的国民经济中长期发展规划，但后期国民经济恢复发展较快，热电厂建设开始增加，投产供热机组 97.5万千瓦，占新增火电装机6.8%，但公用的供热机组只占23%，也就是说该阶段自备热电厂的比重增大了。

(3)“六五”计划时期热电联产建设开始新发展

; 1981年以后，中央提出到2000年工农业总产值翻两番，人民生活提高到小康水平的宏伟战略目标，在能源政策上提出了节约和开发并重方针，在节约能源上采取一系列措施，积极鼓励热电联产集中供热，中央及各级地方政府中设置了节能机构，国务院建立了节能办公会议制度，国家计委在计划安排上专列了“重大节能措施”投资，支持热电厂项目建设。“六五”和“七五”期间原国家能源投资公司节能公司共参与节能基建热电项目291个，总容量688万千瓦(其中小热电 221万千瓦)，总投资91.6亿元，其中节约基建投资52.6亿元。1998年国家计委、国家经贸委、原电力部、建设部为贯彻执行《中华人民共和国节约能源法》实现两个根本性转变和实施可持续发展战略，推动热电联产事业的健康发展，以计交能(1998)220号文印发《关于发展热电联产的若干规定》，文件提出了考核热电企业的新标准。为适应燃料结构调整，科技进步的发展，2000年国家计委、国家经贸委、建设部、国家环保总局以急计基础 (2000)1268号文印发《关于发展热电联产的规定》加入燃气--蒸汽联合循环热电联产和有关方针政策性内容。

2、我国热电联发展的特点

改革开放以来我国热电联产事业得到了迅速的发展。经过50年来热电建设的经验积累，目前已形成一条中国式的热电联产发展道路。

(1)以前热电厂的建设主要是在已有的工业区内搞热电联产，代替目前分散运行的小锅炉，因而热负荷比较落实，资金易于筹集，建成后能较快的形成供热能力，发挥出较好的经济效益。改革开放各省市都建设一批开发区，为统一解决入住企业供电供热问题，各开发区都将热电厂做为开发区招商引资的基础设施，因而又促进热电联产的新发展。

(2)热电厂建设强调要服从城市总体规划和城市热力规划，并明确没有城市热力规划的热电项目不予审批，因而现在很多城市和县镇均编制有热力规划。将热电建设纳入长期发展计划。

(3)热电建设中以区域热电厂为主，也发展一个企业为主兼供周围企业的联片供热的热电厂和企业自备热电厂，以发挥各自的优越性。

(4)热电厂的建设已由电力部门独家建设，发展为电力部门、地方政府和各部门企业共同建设的兴旺发达局面。

(5)建国初期甚至建国前建设的中低压凝汽电厂，随着城市的发展，这些电厂已处于城市的中心地带、而机组老旧煤耗高，纷纷改建为热电厂向城市供热，使老电厂恢复了生机。

(6)随着城市供热规模的扩大，开始采用20和30万千瓦抽汽冷凝供热机组，这些高参数大容量机组，在非采暖期与凝汽机组效率基本相同，在采暖期明显的节能，因而在热电联产集中供热中发挥巨大作用。

(7)一些地区由于乡镇工业的发展，形势需要统一解决电和热的供应问题，因而一些县、镇形成建设热电的高潮。

(8)《中华人民共和国大气污染防治法》、《中华人民共和国节约能源法》和《中国21世纪议程》、《节约能源管理暂行条例》、《节能技术政策大纲》与《当前重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》、《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》、《电力工业“十五”规划》，国家经贸委《能源节约与资源综合利用“ 十五”规划》中均提出鼓励支持，发展热电联产。

(9)燃气-蒸汽联合循环热电厂和小型分散电源实现热电冷联产与热电煤气三联产提到建设日程。

3、现在热电联产已达到的水平

到2001年底为止，我国热电联产的情况：年供热量 128743万吉焦6000千瓦及以上供热机组共1583台总容量达3184.21万千瓦占同容量火电装机总容量的13.2%。在运行的热电厂中，规模最大的为太原第一热电厂，装机容量138.6万千瓦，在北京、沈阳、吉林、长春、郑州、天津、邯郸、秦皇岛和太原这些中心城市已有一批20万千瓦、30万千瓦大型抽汽冷凝两用机组在运行，星罗棋布的热电厂不仅在中国的大江南北，长城内外迅速发展，就连黑河，海拉尔、石河子和海南岛这些边疆城市也开花结果，区域热电厂也从城市的工业区，蔓延到了乡镇工业开发区，苏州地区一些村镇办热电厂也在发挥着重要作用。最近几年由于市场经济的发展，有些私营企业家也看好热电 联产投资建设热电厂。在负责城市集中供热的热力公司中，规模最大的为北京市热力公司，现已有供热管网514公里。(其中蒸汽网38公里，汽管和凝结水管合计其余全为热水网供回水管)。供热面积7000万平米，供应蒸汽105个工业用户897t/h，大小热力站共1223个。已建成的热力管网：蒸汽管直径 DN1000，热水管直径DN1400。

到 2001年底，全国共有664个设市城市，其中已有286个城市建集中供热设施，占42.18%，2001年底中国集中供热的供热能力：蒸汽72242吨 /时，热水126249兆瓦/时。供热量：蒸汽37655万GJ/年，热水100192万吉焦/年。2001年底全国集中供热面积为146329万/平米。比上年增长32.1%。热力管道总长度已达蒸汽9183公里，热水43926公里，东北、华北、西北地区，集中供热面积约占全国集中供热面积的 80%，热化率30%，全国集中供热从业人员共22万人。

在总供热量中热电联产的蒸汽占67.11%，热水占27.38%。城市民用建筑集中供热面积增长较快，并向过渡区发展。全国集中供热面积中，公共建筑占33.12%，民用建筑占59.76%，其它占7.11%，民用建筑集中供热有如下特点：

(1)三北地区集中供热以民用建筑为主，如北京市民用建筑为72.66%，河北为66.54%，辽宁为67.5%，山东为51.97%。

(2)城市集中供热逐步向过渡区发展，如上海、江苏、浙江、安徽等省市均已有集中供热，但以公共建筑和工厂为主，如上海为61.72%，江苏为53.35%，安徽为39.55%。城市供热管网的建设也有很大发展。

4、热电联产在我国体现的优越性

(1)节能

北京第一热电厂从1973年开始至今，年发电煤耗均在300克/千瓦· 时以下，最好的1986年曾达261克/千瓦·时，供热标煤耗为36～37公斤/吉焦。多数热电厂的供电标标煤耗可在360克/千瓦·时以下。分散小锅炉供热的标准煤耗率55～62.1公斤/吉焦，20万千瓦凝汽机组的发电标准煤耗率为350克/千瓦·时(2001年6000千瓦及以上电厂发电标准煤耗 357克/千瓦·时，供电标煤耗385克/千瓦·时)，因而热电厂能有效地节约能源。

2001年全国6000KW以上供热机组共3184万KW，热电联产节约标煤量达2500万吨，若标煤按250元/吨计算，则年节煤效益为62.5亿元。

(2)改善环境质量

分散供热的小锅炉一般是单台容量小，烟囱低，除尘效果差，有的小锅炉甚至无正规的除尘设备。而热电厂的锅炉容量大、热效率高、烟囱高、除尘效率高。一般可在90%以上，最近几年推广使用的循环流化床电站锅炉还可在炉内脱硫更有利于环境保护。由于热电联产节省大量燃料，锅炉容量大，热效率高，除尘效果好并能高空排放，故能有效地改善环境质量。

(3)缓和当地的电力紧张

以前由于多种原因造成电力工业的发展赶不上国民经济的发展，长时期大范围地形成电力紧张的局面。近年来才得到缓和，热电联产的建设有效地缓和了当地电力紧张的被动情况，有的热电厂已形成当地的重要电源点。热电厂都建在热负荷中心，区域热电厂的上网电量也在就近消化，而电力系统的大型电厂则要远距离输电，由热电厂供电减少的线路损失也是可观的经济效益。

(4)提高供热质量，发展生产，改善人民生活。

分散小锅炉房由于设备条件限制和煤质变化，不易保证供热质量，压力和温度的波动会影响工艺生产。居民采暖的小锅炉，一般为间断供热，供热时间短，温度低，热电厂集中供热为连续运行，稳定可靠供热质量高。

(5)为灰渣综合利用创造了有利条件

分散供热时灰渣不好集中利用，热电联产则为灰渣综合利用创造了有利条件。

(6)节约宝贵的城建占地

工业企业中的锅炉房连同煤场、渣场要占用比较大的面积，对上海、天津这样的老工业城市，有的连扩建一台锅炉的地方都很紧张，因而想尽快实现热电联产集中供热。原来的锅炉房和煤场、灰场可移做他用以扩大再生产。

5、热电联产建设经验

(1)加强宣传、提高认识，争取各方支持。热电联产集中供热 涉及能源、城建、环保、电网、交通运输、水源、银行、环卫、市政和各热用户等多方面的关系。因此必须由有权威的地方综合部门领导协调。各部门齐心协力才会办好。要求各级领导和有关部门对发展热电联产有较深刻的认识。

(2)制订鼓励发展热电联产的政策

为促进热电联产产业的发展，国务院、国家计委及有关部门制订颁布了一系列政策和规定。

(3)加强工程项目的全过程管理

①做好前期工作

经过多年努力，逐步完善和形成了关于前期工作的一系列政策、规定。集中力量编制出版了《热电联产项目可行性研究技术规定及附件》，使热电项目可行性研究报告的编制与评审走向规范化。强调和加强了热力规划的编制工作，认真落实热负荷。坚持“以热定电”，合理确定装机方案，确定工程采用“招标方式、专家评审、层层把关”的模式，引入竞争机制。重视专家和地方政府的作用，择优评选。因而近年来确定的可行性研究报告质量不断提高。

②加强建设期管理、缩短工期、降低造价

一个热电工程能否如期实施或提前投产，建设期管理至关重要。

③加强运行管理和经营管理，提高经济效益

建设一个热电厂，最终目的是使其发挥应有的社会效益和经济效益。运行管理和经营管理是达到这一目的的手段。安全经济运行是提高效益的先决条件。因此必须抓好运行管理，加强技术培训，提高人员素质。

(4)因地制宜发展热电联产

我国各省市经济发展不平衡，各地区气候和自然条件与基础设施也有很大不同，因客观条件确定了热电联产的发展一定要依据每个工程的具体情况，因地制宜的建设大、中、小型工程并举。区域热电厂、小联片热电厂和自备热电厂均应按具体情况发展。

(5)非采暖期发展季节性用户

在供工业生产用汽与用民采暖热负荷的热电厂中，由于生活热水用热负荷很少或根本没有，每年的采暖期以后，热负荷减少很多，热电厂的经济效益大受影响，北京第一热电厂从1974年开始发展七个工业用汽的季节性用户，每年的采暖期结束时，这七个工厂的自备锅炉停运，改用热电厂的蒸汽，采暖时再倒换过来，这样提高夏季热负荷30-100吨/时，提高了热电厂的热负荷利用率和经济效益，由于停用小锅炉，也改善了周围的环境质量，目前我国已有一些热电厂采取本措施都收到很好的效益。

(6)多热源联网

目前我国很多城市已有两个或更多的热电厂在安全经济运行，一个城市有十余个区域热电厂和自备热电厂的也为数不少，并均有若干个较大型的锅炉房在投产，为此，供热企业的联网运行已提到重要议事日程。不同类型的热电厂由于供热机组容量大小，机组型式与热负荷不等可以实现联网运行后优势互补，尤其是热电厂与锅炉房联网后，可以发挥更大的经济效益，双方受益可提高安全供热的可靠性。

(7)热电厂的热负荷转移

最近几年各大中城市重视环境改善，将位于市内的工厂纷纷迁至郊区，因而热电厂的工业热负荷下降很多，有些热电厂则积极发展商业用、公共建筑和居民生活用热负荷提高经济效益。

6、热电联产发展趋势

(1)大型供热机组的比重增加

目前已有北京、沈阳、吉林、长春、郑州、天津、邯郸、秦皇岛和太原等中心城市安装有20万30万千瓦大型抽汽冷凝两用机组在运行，在城市集中供热方面发挥主力军的作用。一些城市为适应工业与民用热负荷的增涨，代替五十年代六十年代建设的小型供热机组，正建设单10万和14万千瓦的大型供热机组。

(2)推广循环流化床锅炉

由于循环流化床锅炉可以燃用劣质燃料，这就为一些地区有劣质燃料而销售困难的情况带来希望，推广循环流化床锅炉，燃用当地劣质燃料和含硫较高的煤，有利煤炭工业发展，建设热电厂为当地工业发展提供充足的电力和热能，促使国民经济走上良性循环的发展。目前我国已有75t/h循环流化床锅炉200多台，在 126个电厂中运行。220t/h循环流化床锅炉也有22台在运行最大的为410t/h，正在向大型化发展。

(3)城市发展热、电、冷联产

随着工业的发展和人民生活水平的提高，采暖范围已突破数年前中央的规定范围，由北方向南方的一些地区扩展，在南方的一些省、市由于银行、宾馆、饭店、商场和文体设施等公用建筑的增加，人民居住条件的变化，对空调制冷的需要也日益迫切，为此一些地区已发展一批以热电厂为热源的集中供热与制冷系统，溴化锂制冷负荷的增加，使热电厂的综合效益明显提高，现已出现迅速增加热、电、冷联产的势头。

(4)城市发展煤气、热力、电力三联产

在国家计委等领导部门积极支持下，以燃煤为原料的，同时生产煤气、热力、电力三联产工艺科研试验，已取得成功，并通过国家小型试验鉴定，将在工程上开展工业试验。

(5)在条件适合的地区利用现有工业锅炉发展热电联产

我国目前有单台容量大于10吨/时的工业小锅炉29.4蒸吨/时，如果将其中的1/3 改造为热电联产将装供热机组800万千瓦，这将对缓解电力紧张，节约能源，改善环境，提高供热质量等方面都将发挥重要作用，更将给建设单位创造出可观的经济效益。

(6)燃料结构调整为发展燃气-蒸汽联合循环提供了商机我国是能源生产大国也是能源消费大国又是以燃煤为主的煤炭消费大国。2000年中国能源生产与消费总与构成如下：

能源生产总量 其原煤 原油 天然气 水电

109000万吨标煤 67.2% 21.4% 3.4% 8.0%

能源消费总量

128000万吨标煤 67.0% 23.6% 2.5% 6.9%

近几年燃料结构调整燃煤比重在逐年下降。2000年全国发电共耗标准煤量3978937万吨，其中燃煤占93.96%.中央提出燃料结构调整发展天然气，兴建“西气东输”工程，将为发展燃气-蒸汽联合循环，提供极好的机遇。为此国家电力公司设立天然气发电办公室。国家电力公司动力经济研究中心编制了《全国天然气发电规划》其中提出：“十五”期间规划建设管道天然气电站535.5万千瓦，广东LNG电站规模285.9万千瓦。目前中国电力系统中燃气轮机发电仅占较小比重、2000年底单机6000千瓦及以上的燃气机组仅130台522.811万千瓦，所以说“西气东输”将为建设能效高、污染小的燃气-蒸汽联合循环热电厂提供极好的机遇。

（7）天然气进京和“西气东输”为发展小型全能量系统开创了新机遇

由小型燃气轮机(内燃机)、余热锅炉、溴化锂制冷机组成的小型全能量系统(也称第二代能源系统或分布式电源)可以统一解决电、热、冷供应，在国外得到迅速发展。由于小型燃机或内燃机供电效率为24-35%，联合循环供电效率可达45-50%，远高于常规火力发电，否定了人们头脑中的固有的“机组小就不经济 ”的传统观念。

鉴于国际上小型全能量系统迅速发展的事实和其本身的优势，因而在急计基础(2000)1268号文中，明确提出……在有条件的地区应逐步推广。燃气-蒸汽联合循环热、电、冷联产，实现了一次能源的合理梯级利用，提高了能源利用率，带来了经济效益。由于燃机具有低NOx燃烧技术，使NOx大为减少，可提高环境效益。

北京地区冬季供热，夏季大部分地区需供冷，因而联合循环热、电、冷联产有广阔市场，北京应适度发展中、小型燃机热电联产机组。美国9.11事件之后和北京申办奥运成功，更多的专家学者从分散电源建设，确保奥运用电安全角度出发，积极提出北京应积极发展小型全能量系统。

目前在上海已有上海黄浦区中心医院(1000千瓦燃气轮机热、电、冷联产)，上海浦东国际机场能源中心(4000千瓦燃气轮机热、电、冷联产)和上海闵行中心医院(400千瓦内燃机热、电、冷联产)投产。北京高碑店污水处理厂沼气发电工程也早在1998年投产，一期4×470KW，二期3×652KW已全部投产运行，另有一批工程在筹建中。

(8)中小型凝汽机组改造为供热机组

由于历史的原因，我国电力系统中存在一大批中小型燃煤发电机组，规模效益差、浪费资源、污染环境。为此1999年5月国务院办公厅以国办发［１９９９］44号文转发“国家经贸委关于关停小火电机组有关问题意见的通知”中要求：单机容量2.5万千瓦以下(含2.5万千瓦)的凝汽机组，1999 年12月31日前一律予以关停；单机容量5万千瓦以下(含5万千瓦)的中压、低压常规燃煤(燃油)机组，2000年底前予以前停；单机容量5万千瓦以下 (含5万千瓦)的高压常规燃煤、燃油机组，2003年底前基本前停。2000年8月国家经贸委以国经贸电力(2000)817号文：“关于做好2000年关停小火电机组工作的通知”。一些5万千瓦及以下机组的中小电厂，为了生存，同时也为利用现有电厂处于市区或市区近郊的有利条件，发挥锅炉，汽轮机尚可利用的潜力以及原有工程技术人员和老工人的能力，纷纷将凝汽机组改造为热电机组，向周围工业企业和居民区供热，成为热电厂。为了有效引导和避免不具备条件的电厂仅仅为逃避关停而改为热电厂，所以2000年9月国家经贸委又以国经贸电力(2000)879号文：“关于做好关停小火电机组工作中小型热电联 产机组审核工作的通知”提出了审核热电厂的办法(其审核标准与急计基础(2000)1268号文的要求相同)。

(9)原有热电厂中的中、小供热的机组由新建大型供热机组取代

建国初期建设的一批热电厂，均为单机5万千瓦及以下的中、小组机组、设备已老化寿命已近尾声，因而近几年在北京、石家庄、抚顺、邯郸等地热电厂，纷纷建设单机20万千瓦，125万千瓦等级的大型供热机组，拆除原有中、小供热机组，由于供热能力增强，又扩大了热电厂供热范围的增加供热量，有效的节约能源和改善城市环境。

(10)城市集中供热走向热电联产

在中国城市集中供热中，热源大部为热电厂，但在北京等地也建有一批大型集中锅炉房专供城市居民采暖。例如北京就有7×35t/h或9×35t/h锅炉的大型集中供热锅炉房，有的集中供热锅炉房为解决锅炉房自用电、也建有小型供热机组、例如北京西客站供热厂、就建2×35t/h蒸汽锅炉和2×3000千瓦背压机组、最近发电并网问题基本解决，可望由锅炉房变为热电厂。

三、从小型热电联产走向冷热电联产

1 美国能源部支持CHP和CCHP

美国能源部本着建立起行之有效的研究、开发 和商业化的目的，广泛而深入地参与了CCHP领域 的合作，目前CCHP是美国能源部所属能源效率及可再生能源办公室执行的一个较大项目的其中一部 分，能源效率及可再生能源办公室与工业部门协作 共同推动小型热电联产（CHP）的使用，CHP提供了高效的、经济的、环保的和安全的能源，1998年12 月1日在CHP首脑会议上，美国助理国务卿 Dan.W.reicher宣布了一个旨在2010年使CHP容量 翻番的国家目标，这就是说美国要在2010年前再增加4600万kW装机容量的小型热电联产能力。美 国国家环保局、美国热电联产协会表示要为达到这个目标而努力。

（1）工业技术办公室支持CHP的挑战，它的任务 是在于消除制造和工业过程中妨碍CHP系统实施 的障碍。

（2）负责州和社区规划的建筑技术办公室也支 持冷热电联产（CCHP）计划，因为CCHP致力于它 的技术在建筑业的综合一体化。

（3）电力技术办公室正在制定计划，以消除在重 组电力市场上对分布式发电上网的障碍。

（4）联邦能源管理项目也正在寻找CHP在联邦 设施中应用的机会。

目前CCHP组织将抓住各种机会和排除障碍以 使CCHP技术在建筑业上被广泛地应用，同时与那 些关注扩大CHP市场的部门合作，寻求适宜的行动 计划。

2 冷热电联产的特殊意义

电力是我们经济发展的原动力，从钢铁、化学工 业到制造业，从保健到文化教育，无处不在，今天， 供热、制冷及湿度控制系统对于商业、教育、保健及居民生活领域已显得十分重要。事实上，能源的主要用途之一是给建筑物提供采暖、卫生热水、除湿和制冷。能源要解决这些用途有两大途径：一是将一次能源转变成电能，再由电力空调、电热水器、电热锅炉等去提供；二是将一次能源通过冷热电联产系统（CCHP）去直接提供，应该看到，在商业建筑物内加速推广应用冷热电联产系统可以大幅度节约资源（包括能源资源和其他资源），减少有害气体的排放，是有很大潜力的。

冷热电联产系统在大幅度提高能源利用率及降 低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力，有 专家作了这样的估算，如果从2000年起每年有4％的现有建筑转向CCHP从2005年起25％的新建筑 及从2010年起50％的新建筑均转向CCHP的话，到 2020年的二氧化碳的排放量将减少19％，如果将 现有建筑实施CCHP的比例从4％提高到8％，到 2020年二氧化碳的排放量将减少30％， CCHP既能 生产电能，电能可以就地利用或向电网输出电能，或者输出轴功率，还可以提供制冷、供热和湿度控制，卫生热水，这样有90％以上的燃料可以转变为有用 能量。 冷热电联供系统与远程送电比较，可以大大提 高能源利用效率。大型发电厂的发电效率为35％～55％，扣除厂用电和线损率，终端的利用效率只能 达到30％～47％，而CCHP的效率可达到90％，没有输电损耗，冷热电联供系统与大型热电联产比较， 大型热电联产系统的效率也没有CCHP高，而且大 型热电联产也有输电线路和供热管网的损失，显然 CCHP可以减少输配电系统和供热管网的投资，无 论从减少投资成本和减轻污染都是十分有利的。

冷热电联供系统的缺点有两个：一是冷热电联 供系统规模小，都是安装在楼宇里的，只能使用天然 气或油品，而大型发电厂和大型热电联产可以使用煤炭作燃料；二是冷热电联供系统虽然规模比大型 发电厂和大型热电联产小，但CCHP不能小到一家 一户安装一台，只能适应一幢楼宇或一个小区的冷热电联供，不像小型户用空调器、户用热水器或户用 电取暖器那样灵活机动。好在我国目前能源利用正 在向优质化发展，许多大中城市为了解燃煤污染已经提出建立无煤区，国家正在加‘决天然气、煤层气的 开发，还准备在沿海地区进口液化天然气，使用 CCHP的条件将逐步具备，当然也有可能在一些地方始终不具备使用油气的条件，因此即使CCHP技 术成熟之后，仍然可能与电制冷、电热水器、电热锅 炉并存。

3 美国关于冷热电联产的研究

美国对CCHP作了许多研究、开发和商业化目 的，天然气行业、电力行业和暖通空调行业的制造业 的广泛而深入地参与该领域的合作，工业界己提出了“CCHP创意”和“CCHP2020年纲领”，以支持美国 能源部总体商用建筑规划及热电联产（CHP）规划。

3．1 CCHP纲领

1999年3月11日至3月12日美国在芝加哥召 开会议，会议的目的是规划CCHP在楼宇应用上的 技术发展步骤。会议期间，生产厂家、用户、研究机构、能源服务公司（ESCO）专业工程师、高校和国家 实验室共同合作，规划了适用于商用、写字楼、小区。住宅建筑物的能源回收利用能源管理和使用的目 标。

规划倡导增加综合利用多项技术，包括先进的 燃气涡轮机、微型涡轮机、先进的内燃机、燃料电池。 吸收式制冷机和热泵，干燥及能源回收系统、引擎驱动及电驱动蒸汽压缩系统，热储备和输送系统，以及 控制及系统集成技术，以满足建筑物的热和电力负 荷的需求，并且从整体上提高了从矿物燃料到能源的转换效率。

3．2 CCHP宣言

美国到2020年CCHP将成为商用建筑、写字楼 建筑高效使用矿物能源的典范，通过能源系统的整 合，将极大地推动经济增长和提高居民生活质量，同 时最大限度地降低污染物的排放量。

3．3 CCHP战略实施目标

2000年

（1）制订出技术与政策“引导图”；

（2）开发设计工具、评估系统、软件、分析案例等 等，以减少设计团体的风险；

（3）通过案例分析、财务分析等对业主决策机构 进行CCHP选型和效益的教育；

（4）消费者的价值／需求的认知度达到目标决策 者的25％；

（5）每三年实现市场占有率翻番； M建立CCHP的信息交流系统；

（6）建立建筑物资源效率计量体系。

2005年

（1）确保行业法规朝有利方向发展：

--税收优惠；

--碳化物排放贸易化；

--合理的电力退出费用；

（2）建立200个示范点。

2010年 （1）20％的新建商用、写字楼类建筑物使用 CCHP；

（2）5％的现有商用、写字楼类建筑物使用CCHP；

（3）25％的美国能源部热电联产（CHP）项目用户 使用CCHP。

2020年

（1）50％新建商用、写字楼类建筑采用CCHP；

（2）15％现有商用、写字楼类建筑采用CCHP；

3．4几个问题的说明

3．4．1 CCHP和CHP应用领域的划分

CCHP系统可以向建筑物同时提供电力、制冷。 供暖、卫生热水或其他用途的热能，故CCHP系统侧重的领域是商用、写字楼及公寓楼宇； CHP只能提供 电力和热能，侧重于需要工艺用热的工业企业。

3．4．2商用建筑物节能的设想

美国在商用建筑物节能方面有如下的设想，使 建筑物能源使用上做到科学、经济、保护生态环境。

（1）建筑物的外墙和门窗的保温和密封性改进， 达到15％的节能量。

（2）美国空调及制冷协会（ARI）为暖通空调 （HVAC）设备而制订的目标，要使其能源效率改善 25％；

（3）美国CCHP的首期目标是在以上基础上，再 增加40％的节能效率。

能源可向建筑物提供多方面用途，其中包括舒 适的环境（温度控制及湿度调节），照明、卫生热水。各种电器的原动力等等，1996年美国消耗掉近93×10^15英热单位（Btu）的能量。其中仅商业建筑占15×10^15Btu，几乎相当于全年的汽油消耗量。商业用 建筑物热负荷占能源消耗的47％，几近一半（其中 取暖占22％，制冷占18％，卫生热水占7％），CCHP 可以利用回收废热提供热负荷（热水、采暖和制冷）， 这样就可以节省电力消耗。

美国对一栋小型商用建筑的能源消耗量进行了 测算，过去这一栋商用建筑年耗能达16．72亿Btu；实行ARI的HVAC计划后，将空调设备的能源效率 提高25％，换成能源量可以减少为15．06亿Btu（比常规减少1．66亿Btu）；实施CCuP计划后，能源效 率还可以再提高40％，换算成能源量可减少到9．08 亿Btu，如果美国现有建筑的25％实施CCHP，可使 建筑物消耗的能源降低2.1×10^15Btu，这是非常可 观的。

3．4．3采暖和空调将出现新的变化

在20世纪中采暖和空调基础科学研究已经取 得了重大突破和进展，目前正酝酿着新的变化。主要是由于空气调节和电力技术有了重大变化，全球对环境问题的重视，如关注减轻臭氧层破坏，关注减 缓地球气候变暖（温室效应），以及公用事业的重组等等，成为当今楼宇设计和建设的决定因素。

电力行业的改革和新的分布式发电技术的发 展，使得楼宇和居民小区有可能自己生产和出售电 力，电力工业引入竞争机制，带来了新的挑战，同时 也为那些能够预测到技术进步的需求及市场发展趋 势的公司创造出巨大的机会。

3．4．4更新经营模式和改进研究方法

采用创新技术以满足迅速成长的市场需求有很 高的成本和风险，只有很少的公司能够承受，新产 品的复杂性，各系统的集成（跨越了传统的产品分类），以及全球性竞争的加剧，要求我们采取更新的 经营模式，如合伙经营（用户、厂家以及研究机构等等的联营），共同开发和应用先进技术和集成系统。

过去的研究、开发以及商业化的努力主要着眼 于单独的设备（如制冷、热能储备、通风系统及发电 设备），目前的楼宇CCHP则致力于现场燃料的转换，使发电与暖通空调（HVAC）系统合为一体，使优 化和集成其他建筑先进技术成为可能，这将使楼宇的能源利用效率大大提高，既节省了能源又减少了污染物的排放。

3．4．5 CCHP对环境保护也有巨大潜力

1997年9月美国能源部的5个实验室进行了一 项研究，这个研究被命名为“美国碳化物减低计划”，共检测了200多项技术，研究发现仅占三项的CCHP 的技术 先进的涡轮机、燃料电池和集成联合循 环却占据碳化物预期减少量的近10％，新一代的涡轮机、燃料电池及活塞式引擎体积更小、节能效率 更高，电或机械能、热能的比例更 具灵活性；同时，也 可能将这些设备与先进的热回收系统组合使用，以达到最大的节约，将碳化物的排放量降至最低点。

3．4．6 CCHP发展中的关键因素

CCHP现在还不能将其划分为某个行业，然而 设备制造商、公用公司及能源服务公司将CCHP看作是下个世纪最具经济潜力的一种组合方式，新组建的CCHP组织机构已明确未来20年决定商用、公 共建筑及居民建筑设备发展的关键因素，这些因素 包括如下各项：

（1）政策及政治因素；

（2）市场、经济及公共设施的重建；

（3）气候的变化；

（4）闰室内空气质量；

（5）建筑设计／设备选型过程；

（6）能源使用效率；

（7）顾客的期望值；

（8）应变能力；

（9）技术的进步／新技术；

（10）满足各方利益的建筑楼宇。

3．4．7要特别重视室内空气质量

前面对于CCHP的关键因素共有10项，我们在 这里不再一一叙述，仅就室内空气质量介绍一些情 况。

据美国环境保护署（EPA）的一项研究披露，目 前大多数室内空气污染程度要比室外空气高2～5 倍，有的甚至高达100倍以上。室内空气污染程度之所以特别受人类关注，这是因为人们有90％以上 的时间是在室内渡过的，自70年代的石油危机以 来，我们对室内空气的质量愈加关注，其原因是多方面的：建筑物的密封性；为了节约能源而减少了室内 的通风次数；复合建筑材料的使用及居室装修；各类 洗涤及化妆用品、护肤品的使用及各种杀虫剂及室内清洁剂的使用等等，EPA及其“科学顾问专栏”已 连续将室内空气的污染列为危害公众健康的五大污 染源之一。

到80年代，上述设计、运行和人为因素的后果 显露出来，如患各类“建筑物综合症”及与楼宇有关 的疾病的人增多起来，暖通空调采用增强室内通风量作为解决这些问题的措施，使通风率逐渐回升到 70年代初的水平。美国暖通空调工程师协会标准 62号《可接受室内空气质量的通风要求》于1989年重新修改，并于90年代初被美国政府统一纳入法规 中，于是使室内空气通风标准提高了3～4倍，使室 内污染物大为降低，但由此引起空调系统需要消耗更多的能源。

此外，通风增多后，空气湿度增大，使得菌、霉 菌、病原菌的生长机遇增加，构成了各种过敏性疾 病，如哮喘等发生的主要原因，因此要求在通风的同时把湿气过滤掉。目前开发出的干燥技术由热源 驱动，可以达到能源高效利用的目的，室内空气质 量将极大地影响新老建筑的设计和运行， CCHP方案中利用回收热量驱动干燥系统将可起到积极的推 动作用。

4 CCHP与中国

我国目前经济发展水平和居民收入水平来看， 在城镇已经进入暖通空调大发展时期，我国在暖通 空调方面有可能实现跨越，对于如何把握暖通空调发展方向应尽早研究。

4．1小型电站是21世纪的新电源，最具经济潜力

21世纪21个设想中第一个设想是能源 “我是你的地方电站”，文章说：“到21世纪，差不多 人人都有个涡轮机。它们以棕搁油或沼气为动力，确保家电设备正常运转，假如你的电力自给有余，你 还可以把多余的电出售给当地电网”，“这是2009年的夏天，我家有两只电表，分别显示电力的‘输入’和 ‘输出’。显示电力‘输入’的电表在绝大多数情况下都在转动，不过偶尔在电力不足或电价上涨时，我家 地下室里的一台小发电机就会运转起来”，这是小 型电站的一种型式，另外的型式就是本文所讲的小型热电联产和冷热电联产，用高科技武装起来的小 型电站CHP、CCHP耗能低、可靠性高、效率高、低排污，具 有很大的优越性，是提高能源利用效率、降低 冷热电成本和保护生态环境的重要措施，美国把小 型电站看作是有助于美国保持在21世纪全球竞争力的优势，可见其重要性。

20世纪初以来的传统观念是，发电机组容量越 大，效率越高，单位千瓦的投资越低，发电成本也越 低，因而电力工业的发展方向是“大机组、大电厂和大电网”，但是由于高科技的发展，分布式的小型电 站，特别是CHP、CCHP的发展，小电站的好处已经超过了“大机组、大电厂和大电网”，我国应当走大 电网与为数众多的小型分布式电站相结合的道路。

4．2要严格控制为楼宇采暖建设大型热电联产电 厂和大型供热管网

世界上对于楼宇（包括商用建筑、写字楼、公寓 和住宅小区）采暖供热有两种模式：欧美国家大都采 用分散式的采暖设施，现在正向小型冷热电联供（CCHP）的方向发展；而原苏联、东欧等社会主义国 家主要是学习原苏联模式采用大型热电厂、大中型 锅炉房和大型热网，现在看来修建大型热电厂、大型锅炉房和大型热网专门供商用、写字楼、公寓和住 宅小区供热是极不经济的，今后大型热电厂主要应 当用于有稳定热负荷的工业企业，以修建工业企业。工业小区的自备热电厂为主。楼宇采暖应当因地制 宜采用多种方式解决。

4．3要重视发展分布式小型热电联产（CHP）和小 型冷热电联产（CCHP）

随着我国经济发展和人民生活水平的提高，人 们对工作环境和生活环境的舒适程度要求越来越 高，对室内温度、湿度、清洁程度的控制要求越来越高，采暖空调设施的发展是不可控制的，只能因势利导。要重视发展CHP和CCHP。北方寒冷地区无制冷空调要求，仅有采暖和卫生热水要求的地区可以发展小型CHP；在中部地带既有制冷空调，又有采暖和供热水要求的地区，可以发展小型CCHP；在南方地带无采暖要求，仅有制冷空调和供卫生要求的地区也可以采用小型CCHP。

4.4 加快发展天然气、煤层气，积极引进液化天然气和管道天然气

我国长期以来能源供应以煤炭为主，煤炭最大消费量曾达到13.8～13.9亿吨，1998年已下降到12.5亿吨，现在准备降低到9亿吨，这个变化说明能源消费优质化已不可避免，要顺应潮流加快发展天然气、煤层气，积极引进液化天然气和管道天然气。有充足的燃气供应是发展分布式小型CHP和CCHP的前提条件，在有天然气供应的地方应当优先用于发展CHP和CCHP。但我们也必须看到，中国各地的情况复杂，CHP和CCHP不可能包打天下，有便宜电力供应的地方，以及可利用低谷的地方，可以发展蓄冰空调、蓄热式电热锅炉；有的地方可以发展电力空调、电采暖器和电热水器。总之，要从节能、经济、环境保护的原则出发，因地制宜，慎重研究，认真决策。

4.5 为经济合理的发展暖通空调，要尽快取消采暖免费供应制度

现在住房、水、电、气都要由用户自己交费，只有采暖由机关、企事业单位交费，显然不合理。原苏联解体后，俄罗斯解体后，俄罗斯已规定由用户自己交费。由于采暖不要用户自己交费，用户就不会想办法去采用经济合理的采暖方式，供暖企业也没有降低成本的压力，不利于走向市场，不利于节约能源和采暖设施投资。所以必须尽快取消采暖的免费供应制度，尽快完善采暖的控制、计量和收费制度，促进经济合理的发展暖通空调，促进能源的节约和环境保护。

4.6要加强冷热电联供系统（CCHP）的研究和推广工作

美国为发展冷热电联产采取更新经营模式，联合研究和政策扶持等措施，并编制了长达20年的研究发展目标，我国如要发展小型CHP和CCHP也应组织联合公关，政府扶持。现在看来冷热电联产比热电联供要先进得多，能适应我国大部分地区的需要，特别是我国过去采暖仅限制在黄河、秦岭山脉以北的“三北”地区，现在黄河与长江之间的中间地带，为提高舒适度，正开始搞采暖，同时搞制冷空调，宜采取跨越发展手段，跳过CHP，直接搞CCHP。我国在冷热电联产方面具有一定的优势，湖南长沙市远大空调有限公司生产的直燃式空调机，可以解决冷、采暖和卫生热水联供，他们正在研究将燃气涡轮机与直燃式空调机相配套，形成高效的冷热电联产系统。《经济参考报》曾经报道过世界吸收式空调中心在中国，中国的中心在长沙、远大城。如果我们抓紧CCHP的研究和应用我们在冷热电联产的发展中有可能超过美国，走在世界前列，成为我国21世纪全球竞争中的优势产业之一，值得重视。

四、从热电联产走向冷热电联产

中国电力企业联合会朱成章