DESCCHP和区域能源利用效率计算方法及影响因素分析..doc

DES/CCHP和区域能源利用效率计算方法及影响因素分析 华 贲 华南理工大学天然气利用研究中心向低碳经济转型关键是提高能源利用效率 过去十年中国能效提高较慢；经济快速发展靠煤耗快速增加形成恶性循环，2010年中国耗煤已占全世界48.3%。今后要保持经济稳增长而又不大量增耗煤碳，首先必须大力提高能效。假如 2015年的总能效比 2010年提高3个百分点，中国的总能耗就能够从“十二五”规划的41亿tce/a减少到38亿tce/a；总耗煤也会从38亿t/a降低到34亿t/a，即仅比2010年增加3.5亿t/a。 中国的能源利用效率为什么低？从表1中（2007）美（2002）两国能流图的比较分析可以看出，能源终端利用的主项--工业和建筑物耗能占比中国是77.4%，美国仅为40%；其中电和燃料的比率，中国是23：77，而美国是36：64。这缘于中国产业结构是重工业为主，美国是高新技术和第三产业为主。而燃料中一次能源构成的煤与油气之比，美国是1:9，中国则是7.7：2.3。从图上的数据马上就能算出工业和建筑物两大项的终端能效：美国是77.5%，中国仅为52.5%；相差25个百分点。可见，一次能源结构是影响能耗的主要原因。所以在“十二五”能源规划中快速发展天然气决不仅是由于其较煤碳“清洁”，更重要的是为了提高能效。而这是迄今被严重忽视的。 表1 中美两国工业和建筑物终端用能分布的比较分析项目 占总能耗% 电% 燃料% 其中油气% 煤% 能效/% 美国 40 36.5 63.5 91 9 77.5 中国 77.4 23.5 76.5 28.2 71.8 52.5 天然气冷热电联供是提高能效、 热电联产CHP是在20世纪燃煤占一次能源30%—80%的历史时期发展起来的，典型模式是锅炉/汽轮机—发电+抽汽着眼点在一次能源转换效率，指标是“热电比”。天然气冷热电联供CCHP则是在20世纪70年代末石油价格驱动天然气价格逐渐提高的推动下发展起来的典型模式是在燃气轮机/内燃机发电+余热锅炉/汽轮机—发电+抽汽的基础上、运用包括热泵等各种能源利用技术构建的，满足用户所有冷、热、电、汽终端需求的“联供”系统；能源系统技术的飞跃。评价指标是能源利用效率经济效益、碳排放。CCHP = CHP + 科学用能、系统优化 “分布式供能”的核心涵义是终端需求的冷、热、汽、暖、电的“就地直供”。天然气CCHP当然是属于分布式供能系统, 所以也可以叫做天然气分布式供能DES。其规模限制就是冷热汽暖的经济输送距离。按照一个能源站带几个DCS,建设部规范DCS的5-12°C冷水输送距离1.5km，蒸汽和采暖热水经济输送距离10 km测算，可覆盖几十 km2电力装机达 MW。CCHP的技术关键和典型模式 CCHP实现高效的技术关键“总能系统”；（2）科学用能，即“高热高用、低热低用，温度对口，梯级利用”，其技术核心是尽可能减小每一级用能的佣损耗，体现为采用现实能源/设备比价之下的最优传热温差；（3）尽可能安排多个冷、热、电、汽终端用户时、空分布的最优组合：包括昼夜、四季负荷的多时段互补；（4）较大的系统规模，以便采用高效率的大机组、多台并联，调节运行台数适应负荷率变化，做到设备和系统都有最高的效率。 DES/CCHP的典型模式 图1 适宜中国气候条件的典型CCHP流程 天然气DES/CCHP与电网调峰和安全保障的协同关系核电和风电装机占比昼夜调峰CCHP/DES是完全可以按16h/d运行的。发电机组夜间停机时制冷改用电网的低价谷电；16h/d生产的生活热水储存在负荷中心、够1天用量的储罐中；蒸汽同步供16h/d运行的离散制造业用户24h/d连续生产的过程工业企业用蒸汽专设机组供应以调峰换取电价，实现互利双赢按照占总电量75%的大工业用电价格pp和pe天然气DES峰段和平段的上网电价pp-α和pe-α（α0.1）。α由电监局和物价局测算定出，并根据经济条件变化而调整。 CCHP系统与区域能源系统的关系 CCHP系统与区域能源系统的CCHP系统在已有交通总体发展规划的基础上区域能源利用效率CCHP系统效计算 区域能源利用效率与CCHP系统之间的关系—取决于当地或全国发电的一次能源构成。 按照第四节的分析，就不难得出，区域能源利用效率ηR就是上式两端各项均严格按照本区域内各项消耗数据计算所得出的结果。而CCHP系统CCHP供电± 净外网电– GEMO, GEI = GEIM + GEINC + GEINO ⑹ 式中， GEMO—系统白天向外网输出, GEI – 外网总供入，GEIM –白天供入，GEINC