（大唐洛阳热电有限责任公司 河南洛阳 471003）
概要：本文主要介绍了城市热电企业坚持“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，充分利用地理区位优势,深挖供热产能、创新发展热力产业，探索应用和推广冷热联供技术，实现热能和冷能的高效转换及能量梯级利用，推动区域能源建设的实践工作。
关键词：城市电厂 冷热联供 能源建设
一、正文
当前，能源供应局势日益紧张，合理利用能源提高利用率已成为普遍关注的问题。习近平总书记在十九大报告中明确提出了“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”“推进资源全面节约和循环利用”“降低能耗、物耗，实现生产系统和生活系统循环链接”的要求。因此，在新一轮能源改革浪潮下，创新发展高效环保的热力产业，实施和应用冷热联供技术，打造高效的城市能源利用系统对新时代创新发展具有深远的意义。
冷热联供技术又称区域冷热联供（DHC--District Heating and Cooling）。即将热电联产与吸收式制冷技术相结合，通过热电厂的余热蒸汽，对用户实现供冷供热。冬季采暖时，利用电厂直供余热蒸汽作为热源，夏季则采用蒸汽型非电空调技术（溴化锂吸收制冷）获得5-7℃左右的冷水，对房间的空气进行冷却，使得室内空气温度降低从而满足人体的舒适度。
综合分析电力生产全过程的能源转换和能源利用状况，根据能量的梯级利用概念，通过建设发电、供热和制冷一体化多联总能系统，实施推广冷热联供技术，结合不同品位的能源需求，充分利用动能、热能和冷能之间的转换关系，在供需之间进行优化匹配，不仅能协调热电厂供热冬夏负荷不均困局，还有利于降低能耗和缓解大气污染、改善环境质量。
二、冷热联供技术推广的必要性
1.提高热电企业运行经济性。
对于大部分热电厂，冬、夏两季的热负荷往往是不平衡的。热电联产与分产方式相比，热化发电没有冷源热损失，循环热效率等于一，故产生了节能效益。显然，获得这一效果的前提是必须有热负荷。而夏季由于缺少热负荷，各热电厂内多数供热机组因热负荷不足而停运，或以发电效率极低的纯凝汽方式运行。现以大唐洛阳热电公司为例，该公司拥有两台俄罗斯产双抽供汽机组，配备4×420吨/小时超高压参数锅炉，机组设计供工业蒸汽能力为1000吨/小时。但长久以来，由于周边热负荷低，供热能力一直无法达到设计产能，富余量巨大，分析近五年外售蒸汽数据，呈现逐年减少萎缩状态，机组长期处于“大马拉小车”状态。由于热负荷与机组设计能力偏差较大，尤其是非采暖期工业热负荷过少，仅为采暖期的15%，拉升供电煤耗高出采暖期约80克/千瓦时，机组运行不经济，致月均亏损3000万元左右。因此，夏季由于热负荷的缺乏而使得热电厂供热机组的能耗大幅增加，加之大量设备闲置，运行效率低下，造成巨大的资源浪费和经济损失。近年来，在北京、上海等一些大城市，夏季空调电负荷几乎占到总负荷1/4。夏季一天中空调负荷与电力负荷的高峰期通常是一致的。因此，电力负荷高峰期空调用电量的减少和热电厂发电量的增加均对电力负荷起到削峰作用。所以，推广冷热联供代替电力空调，不仅能缓解电网夏季高峰用电、改变电网夏季空调用电量过高的不合理用电结构，还能提高电厂供热量，为运行经济性起到积极作用。以某电厂2×165MW机组为例，分析机组以往供热情况：非采暖期165MW机组平均抽汽量约为240吨/小时测算，按照“以热定电”带负荷曲线，对应电负荷为12.5万千瓦，若通过开拓热力市场每增加5000吉焦供热量，对应增加机组抽汽量66.3吨/小时，可增加电负荷0.33万千瓦，增加电量1944万千瓦时，增利339万元。采暖期2×165MW机组平均抽汽量约为400吨/小时测算，按照“以热定电”带负荷曲线，对应电负荷为12.5万千瓦，若通过开拓热力市场每增加10000吉焦供热量，对应增加机组抽汽量132.7吨/小时，可增加电负荷0.66万千瓦，增加电量1925万千瓦时，增利336万元。由此可见增加供热量，对于提高机组热效率和全厂经济效益是显而易见的。
2.减少能源消费支出，提升商业建筑格局和档次。
近五年来，我国经济发展和人民生活水平日益提高，城市商场、宾馆、办公楼等公共建筑在夏季的冷需求逐渐增大。
以洛阳市上海市场商圈为例，商场空调室外机大多是挂置在外墙或直接放置在门口临街处，杂乱无章。由于空调林立，该区域用电负荷一直居高不下，商户承担的制冷电费占用电费总成本的60%。调查其中建筑面积为6000平方米的商场，共安装电制冷空调50台，功率5匹/台。按单台空调耗电量3.75度/每小时,日运行10小时推算，夏季制冷期130天，共需支出费用近20万元，加之一般商场电制冷空调寿命约5-8年，随着使用率的增加，制冷效率迅速衰减，制冷效果将大打折扣，出现冬天不热、夏天不冷的弊端，直接导致客流量的减少和流失，商场若全部更换制冷机就需支出费用40万元以上。
目前，采用蒸汽型非电空调技术日臻成熟，机组寿命可达到30年以上。假如上述商业圈采用集中制冷供热，一台机组即可满足需要，冷热通过管道送入各商场内，各商家外置的空调室外机均可拆除，沿街市容得到改观，环境得到改善，还可节省商场现有空调更新换代费用，减少维护、检修成本，相对于电制冷空调每年减少电费支出约35万元。同时还能够整体提升商圈的格局和档次，经济附加值高，增加该商圈招商引资的核心竞争力。
表1：蒸汽型中央空调和电制冷中央空调的主要区别：
3.有利于环境保护减少碳排放。
冷热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%，冷热联产终端利用效率可以达到80％以上。加快发展冷热联供，可以有效减少CO2的排放量。电力制冷以氟利昂（CFCS）为制冷剂，氟利昂会引起臭氧层破坏并产生温室效应，国际蒙特利尔协定限制使用。现在采用的替代物氢氯氟烃虽然对臭氧层破坏能力较低，但温室效应很强，仍对环境不利。仅就温室气体排放而言，我国现已成为CO2排放第二大国，节能减排迫在眉睫。冷热联供系统使用的溴化锂吸收式空调机以溴化锂为制冷剂，对人体无毒，且不会破坏臭氧造成温室效应。全国政协委员、中国大唐集团有限公司董事长陈进行曾表示，多联供技术通过煤炭的集中燃烧替代分散燃烧，利用大型机组成熟的除尘、脱硫、脱销技术，可以在冷、热、电等能源产出的同时实现超低排放。因此，着力推进冷热联供替代电力制热制冷，对于减少城市环境污染和实施可持续发展具有重要战略意义。
三、冷热联供技术实践应用分析
目前，我国经济较发达地区采用成熟的冷热电联供技术替代小而分散的电制冷机，已经得到了广泛应用。例如苏州月亮湾工业园集中供冷中心项目，其设计装机容量3万美国冷吨，占地面积约1.7公顷，配套管网12.1公里，是江苏省首例大型非电空调、区域集中供冷项目。该项目利用邻近的东吴热电厂的余热蒸汽，通过管道输送至各建筑物实现供热；以蒸汽为能源，通过大型溴化锂制冷机组产生低温冷冻水，通过公用管道运输到各建筑实现制冷。又如：广州大学城，占地18平方公里、可容纳学生25万人，采用冷热电三联供分布式能源系统，四个制冷站即满足制冷需求，同比电制冷装机总容量可减少40%。以上两例中，均是采用周边电厂余热应用冷热联供技术，通过合理布置能源站的方式，梯级利用能源，实现了区域性的集中制冷供热，取得了显著的经济效益和社会效应。河南省“十三五”煤炭消费总量控制工作方案中就重点提出鼓励有条件的产业集聚区、工业园区、城市大型工商业建筑群体、医院、机场和交通枢纽等，推进冷热电多联供分布式能源站建设,说明通过建设能源站实现能源集中利用的模式已得到政府层面的高度重视和扶持。
四、冷热联供技术推广区域能源建设具体方案
当前，冷热联供应用成熟的案例有南京河西新城、延安新城、上海世博园、苏州月亮湾等，综合分析，这些项目均是在新建城区和新建筑的基础上建设的，项目在初期经过成熟的设计和规划，建设条件非常优越。但是我国城市人口最为密集的均为老旧城区，其中分布各类商业圈、商业建筑。由于历史原因，在用冷用热方面存在着布局不合理、各自为政、制冷、制热效果差等问题。但是，老旧城区的市场潜力巨大，如果能够选择老旧城区进行分步借鉴改造，实现集中供冷供暖，相信为今后开辟冷热联供用户市场将会起到积极作用和示范效果。
以洛阳上海市场商圈为例，该商圈距离热电厂不足三公里，商业建筑密集，总面积达20万平米以上，居民采暖面积近1000万平米。因缺乏整体规划，未实现集中供热、供冷，全部是用户自装电空调取暖、制冷，商家用户空调都是临街占道安放，空调排水放任自流，线路混乱，夏季电力负荷大，变压器故障率高，空调室外机排出的热风直接对着临街道路，致使商业街地表环境温度较其他区域高出3～5℃以上，形成严重的热污染和热岛效应；而采暖期又出现室内暖风温度不足，不能达到人体适宜温度的要求，使得商圈档次始终无法进一步有效提升，客流量逐年减少。
通过分析和实地勘测，提出在该商圈规划建设冷热联供能源站的设想，利用电厂余热蒸汽，以蒸汽型非电空调技术在商业圈实现集中供冷供热，产出的冷（热）风通过管道直接送入区域内各商场，此举可使商业圈的沿街市容、整体环境得到改善，提升商圈的格局和档次，增加招商引资的核心竞争力。
1.冷热联供能源站建设可研：
按商业圈采暖、制冷面积10万平方米测算，计算分析得出总冷负荷13225 kW。
图表2：
典型日逐时负荷变化如下：
1）制冷最大负荷出现在15:00，为13901kw；制热最大负荷出现在8:00，最大负荷为7872kw。根据这一情况，可选用两台型号为BS600的蒸汽制冷机。
2.冷热联供能源站环境效益可研：
环境效益分析主要通过CO2减排量的计算进行分析，可见本项目具有良好的环境效益，年节标煤2807吨，减少二氧化碳排放量6928吨，相当于每年多种378579棵树。
由此可见，采用冷热联供模式，无论在运行费用、维护保养，还是舒适性以及环保方面，均比电制冷空调有明显优势。
五、结语
1.冷热联供系统能源利用效率高，能够实现能源梯级利用，有效发挥城市周边电厂的供热能力，缓解用电峰值，有效解决现有热源区域的燃煤锅炉实施“煤改气”后的成本增加以及供热能力不足的问题，可显著提高电厂效益，同时提升项目区域的品位，使项目区域成为一个能源高效利用、环境清洁友好的城市能源集中供应示范区。
2.冷热联供由于采用溴化锂吸收式制冷机工质，合理使用热电联产机组余热较同等容量的电空调用电量大幅减少，可有效减少碳排放和环境污染。苏州月亮湾工业园区供冷中心建成达产后，在能源方面，每年节约全社会电力容量16500KW，可节约标煤3390吨、在环保方面，每年可减排二氧化碳8000吨(相当于种活36万棵树)、二氧化硫约70吨、氮氧化物约70吨。集中供冷可减少月亮湾核心区电空调设备装机容量的20—25%，提高建筑的物业面积利用率，节约社会总体投资4500万元，每年减少运行维护费用约400万元，环保和经济效益非常显著。因此，大力推广冷热联供模式对城市可持续发展具有深远意义。
3. 在经济性方面具有明显的优势，从整体的角度看，冷热联供系统其运行成本仅为电动制冷和直燃机的约二分之一，从局部系统看，用户、热网和热电厂均可利用现有供热系统实施改造，可减少设备更换资金和用户电费成本，且只需利用用户既有的室内风道，无需投入大量资金，实现用户与热电企业互利共赢、共同繁荣的新型发展模式。
参考文献：
[1] 乌韶萍 . 林奇峰、热电冷三联供探讨，山东化工 , 2009, 7(49).
[2] 陆义, 杨成斌 . 多种能源形式能源站设计研究，区域供热，2017，1（35）
作者简介：高峰，男，助理工程师。
论文作者:高峰
论文发表刊物:《科技研究》2018年8期
论文发表时间:2018/10/22
标签：冷热论文; 负荷论文; 能源论文; 机组论文; 空调论文; 蒸汽论文; 万元论文; 《科技研究》2018年8期论文;