热电联产【摘要】重新塑造电力工业"在"分散的电力工业"一节传统电力工业的模式以及当代电力工业的结构是基于这样一种设想，即大功率中央发电站是向用户提供电力最经济的途径。较分散的发电站的出现，再加上对改善能源投资的选择，己使这种传统观点变得虚幻了。这种陈旧的模式在未来的十年中将完全被人忘却，而较小的，更模块化的发电技术所代替。这些技术可以便住户能自己发电，并将多优质产品的电力通过电网出售给其他用户。

美国世界观察研究所发表的1994年全球向可持续发展社会迈进的年度报告中，克里斯托弗·弗莱文和尼古拉斯。伦森在"重新塑造电力工业"在"分散的电力工业"一节传统电力工业的模式以及当代电力工业的结构是基于这样一种设想，即大功率中央发电站是向用户提供电力最经济的途径。较分散的发电站的出现，再加上对改善能源投资的选择，己使这种传统观点变得虚幻了。这种陈旧的模式在未来的十年中将完全被人忘却，而较小的，更模块化的发电技术所代替。这些技术可以便住户能自己发电，并将多优质产品的电力通过电网出售给其他用户。例如装置于地下室的燃料电池以及装在屋面的太阳能发电系统。向着依靠大向小型发电站广泛结合过渡的"分散"电力系统，可以极大地改善效率和减轻当今电力系统形成的负担，这也可减少兴建和改善输配电线路……。一个典型的电力公司目前拥有50个发电站与其输配电系统相连接，到2010年，与之相连的发电站将达到5000个甚至50000个。这种变化类似于一个公司从1980年拥有三个主机计算机发展为1994年拥有了30000个个人计算机，这种变化要求系统的运行方式有重大变革。这篇把建造分散电力的希望寄托在燃料电池和太阳能发电系统，但是现在时间已过去了7年，分散的电力工业还不是燃料电池和太阳能发电系统，而是在依靠天然气为燃料的小型热电联产（CMP）和小型热电冷联产系统，在这方面英国已经做出了成绩。

一、英国重视发展小型热电联产（CMP）

多年以来，英国政府一直试图通过能源效率最佳方案计划（EEBPP）促进CHP的发展。该计划组织以CHP各个侧面为主题的研讨会和会议，并出版了《最佳方案指南（GoodpracticeGuides）》和《最佳方案举例研究（Goodpracticecasestwdies）》等形式的著作。研究认为，所有的公共部门和私营企业的能源用户都能对燃料和能源的高效利用中获益，较低的能源和水电燃气成本有助于提高利润并优化资金价值，进而帮助企业在市场中继续保持竞争力。同时，任何企业都有必要向其客户和广大公众展示其经营对环境无害，通过安装CHP，在使用电力和热力上能够节省大量成本。通常CHP用户可以节省20%的能源成本，全英国CHP计划每年总共可以节省6.5亿英镑。英国在过去20年中，已超过1000个小型成套CHP设备被安装，在遍布英国的各大饭店、休闲中心--游泳池、医院、综合性大学和学院、园艺、社会取暖计划、机场、公共部门建筑、商业建筑--写字楼等、购物商城及其他相应场所中提高能源效率。至少在过去20年中，CHP的发展已战为英国政府提高能源效率措施的组成部分，并且已经取得了显著的发展。英国的CHP总功享已由1990年的2000MW电力输出提高到1999年末的4200MW。英国CHP的10%由1000多套小型装置供应，这些小型装置主要集中在建筑物领域。

自1997年《京都协议》以来，CHP技术被给予了更高的评价，因为此项技术将能使英国政府承诺的减排二氧化碳方面大有可为。对于工业、商业和公共部门而言，有许多机会可以安装经济高效的CHP。

二、英国小型热电联产（CHP）概况

1．CHP的效益

热电联产（CHP）是指在生产中同时产生可利用的热能和能量（通常指电能，也可以不通过发电机提供动力），还可以利用热能制冷。

利用CHP的用户可以获得效益，主要是能源利用效率高，经济优势明显，环境效益卓著。

CHP具有较高的能源效率，它可以将燃料中80%以上的能源转换成可用的热能和电能。与此形成显明对比的是，集中式发电和锅炉房常规能源方案的总效率低于50%，高效率的能源转换具有显而易见的经济优势：减少了每单位输出能量消耗的初级燃料数量。如果要使CHP设备方案可行，需要节省足够的能源以便在可以接受的期限内收回成套CHP设备的安装投资，并承担今后出现的运行和维护费用。在英国购买CHP设备有两种方式：一是直接购买，二是与能源服务公司签订能源供给合同。无论采用那一种方式，都可以实现下列经济效益。

--如果采用直接购买，需要购买CHP及安装设备，但通常维护工作外包。所有者在承担全部成本和风险的同时，可以获得全部收益。

--如果与能源服务公司签订能源供给合同安排，则能源公司或设备供应商拥有安装、运营并维护CHP设备。场地所有者需要按购买能源量支付合同费率，并且可以从节省能源成本中获益，从而实现最低资本支出。对于场地所有者而言，虽然经济比直接购买方式少，但是降低了风险；一般情况下，则当事双方共担风险。

环境效益可以从以下两种方式获得：

--降低单位能源生产消耗的初级燃料。

--用更加清洁的燃料取代了排放大量二氧化碳（CO2），二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）的燃料。

与燃煤发电厂和锅炉房相比，以天然气为燃料的燃气机将减少50%（每单位输出能且）左右的CO2排放量。实际上，它还将消除SO2排放量，因为与煤相比，天然气的含硫量几乎可以忽略不计。另外．不尽人意之处在于，往复式燃气机燃烧时产生的NOx量通常超过来自常规电站的NOx量。

在英国CHP已成为久经考验且稳定可靠的技术。其效益可以归纳为：（1）大幅度地节省能源成本；（2）无需交纳CHP能源的气侯变化税，降低了成本；英国从2001零4月10日起，工业和商业能源使用要缴纳气侯变化税（ClimatechangeLemy），初步税率会将每千瓦时电费提高0.43便士，并将每千瓦时燃气费提高0.15便士。CHP用户可避免对下列项目征收税款：CHP设备消耗的燃气以及供自己使用的自产热、电。（3）通过减少排放量取得瞩目的环境效益；（4）上述环境效益创造了企业与客户间的公共关系价值；（5）增强了能源供应的安全性；（6）能源供应的替代方案，提供了更大的灵活性；（7）CHP的整体效率可以高达80%以上。

2．CHP装置的标准

如果使用CHP要获得高效益，一般情况不要符合以下条件：

--热力和电力需求且至少应达到每年4500小时（即至少，每天12小时，每周7天）。大体而言，能源的年需求期越长，节省的成本就越多。

--必须对将来热力和电力需求有十足把握，最好是在CHP装置的使用期限内，此项期限通常是10至15年。但是，如果估计不准，CHP装置的移机也是很方便的。

--必须有充足适宜的燃料供给，（通常是天然气），而且燃料的价格比较便宜。

--最好去新建的场所使用CHP，电力和热力系统的设计能被作为同一个工程加以实施，这样就有可能不安装或少安装锅炉设备，从而可以节省投资。

3．CHP技术要点

CHP主要设备部件包括一台燃气机，一台交流发电机，一个热力回收系统和一个控制系统。上述核心部件通常被安装在同一机壳内的共用底板或托板上，这样做的好处是：（1）降低CHP设备产生的噪音；（2）阻止未经授权的窜改，并提供安全性；（3）可以简化现场安装；（4）全部或部分保障全天侯运行。

--动力机械，大多数成套CHP设备采用两种类型的动力机械。

●燃气机，CHP系统采用的往复式燃气机与运输行业中广泛使用的狄塞尔内燃机（柴油机）相似。燃气机的正确率较低，采用火花点火，在设计上通常以天然气为燃料。正确的操作和恰当的保护可使燃气机保持出色的效率，并且实现较高的稳定性。如能得到正确的维护，燃气机的寿命可达15至20年。英国燃气机配发电机可以有50千瓦以下至2000千瓦左右。这些成套设备的发电效率通常为35%，并且CHP装置可以在不降低效率的条件下降低负荷运行。燃气机成套设备的热电比通常是1.5：1。燃气机的排放气体温度为400℃，燃气机及润滑油冷却系统可提供热水的温度为80℃，英国认为燃气机CHP系统表现出的效率及稳定水平证明是经济合理的。

●小型燃气轮机：在英国燃气轮机已被广泛应用于装机容量超过10MW的大型CHP设备。尽管与往复式燃气机相比，燃气轮机的发电效率低，但是当以大于10MW的功率运行时，燃气轮机能够排放大量高温（高达600℃）气流，以供制造蒸汽之用，因而燃气轮机CHP可能更具有吸引力。燃气轮机器要有一项附加设备--余热锅炉来制造蒸汽，还可以利用直燃机来利用其热能。

英国采用的CHP及有利用外燃机和微型燃气轮机。

--热能利用：大多数成套CHP装置从排放气体和冷却系统中回收热能，并以独立热水系统的形式供应热能。该系统通常包括源自CHP成套设备热交换器的热水流；而CHP成套设备将被接入安装场所传递热能的配热管道系统。回流管道系统使低温水从安装场所回流至CHP装置。"流出"管道热水温度为90℃，"回流"管道水温为10℃。在许多情形下，成套CHP的安装场所已有在热水流出与回流系统，在此类情况下，连接CHP的方式有串联和并联两种方式。对于已存在的设施，用串连方式连接是最为常见的方式，因为该方式使CHP设备与已有流出与控制系统相互干扰达到最小限度。对于全新设施，井联连接是首选方式。当成套设备的热能输出无法使用时，而电能输出仍需维持时，就需要在流出与回流管道系统中加入一个冷却系统以防动力机械过热。

--吸收式制冷：当CHP设备的安装场所同时存在大规模制冷需求时，可以采用吸收式制冷。在CHP系统中采用吸收式制冷，可以带来两大好处。大多数用于满足制冷需求的电力被转变为热能负荷，从而可以降低电力需求，并且可以增加热能的需要压，这样就可以大幅度改变热能（电）比。其它，用于吸收式制冷的势能负荷通常是供热需求最低点时出现，故吸收式制冷能对热能需求的季节性高峰和低谷起到某种平衡作用，从而延长了CHP的而利性运行时间。例如CHP向楼宇供应热电时，冬季用热能采暖，夏季用热能制冷，使CHP提供的热能得到充分利用，使CHP能更加高效地运行。

--电力供应：大多数小型CHP设备都以并联方式与公用高压电网相连接，当安装场所电力需求超过CHP装置供电能力时，将从公共电网补充不足的电能。当CHP装置供电能力超过需求时，多余电力可以送到公共电网。当公共电网断电时，CHP装置仍能继续供电，从而提高了供电的可靠性。

--控制系统：CHP的主要组件都有各自的控制和监视系统，这些系统互相连结，为成套CHP设备形成一个单一集成系统。系统控制装置通常包括一个能够在组件出现故障时发出警报并自动关机的情况监视设备。此设备还能为大量设备的长期管理和运行提供帮助。控制系统通常以高集成化的编程逻辑控制器（PLC）为基础，并包括设备安全启动、运行和正常关机所需的所有测量，控制和保护系统。

三、英国小型热电联产机组使用情况

英国典型的小型热电联产（CHP）的规模大致是：娱乐中心90kW，酒店110kW，医院450kW，写字楼450kW，学校160kW，政府机构800kW。10年的应用，已经证实可以多方位的应用。

案例分析如下：

1．英国政府机关带头使用CHP，作为全国的榜样。白厅热电联产计划，唐宁街10号，通过区域供热，白金汉宫、军事基地均采用CHP。燃气CHP供应49ookW电力+8000kW热能；使用现有供热网络可以供应23座政府大楼供电，供热及输出剩余电，净节余4.5万英镑（pa），所有使用者都认为可以节省供热费用。

2．酒店，酒店非常适合使用CHP，尤其是那些拥有游泳的酒店，希斯罗希尔顿等300家英国酒店使用了燃气为燃料的CHP。希斯罗希尔顿酒店使用天然气为燃料的CHP．可提供300kW电力＋450kW热能，每天运转17小时，由设备供应商融资井运作，按电量收费，+免费供热（由用户购买天然气），用户可节省7000英镑（pa）而无资本投入。

3．医院：医院是理想的CHP用户，CHP提供的热量可用于采暖，洗衣房和消毒杀菌。格兰靠尔德等225家医院使用CHP。格兰靠尔德医院使用天然气为燃料的CHP，可提供384kw电力+586kW热能，每天运转22小时，可与市配电网并列运行。由设备供应商融资并运作，提供电量收费+免费供热（由用户购买天然气），用户可节省20000英镑（pa）而无资本投入。

4．游泳池：游泳池是理想的CHP用户，热量可用于池水和室内采暖，皇家联邦游泳池等400多家游泳油使用CHP。皇家联邦游泳池使用天然气为燃料的CHP，可提供400kW电力+625kW热能，系奥林匹克标准游泳池，每天运转17小时，电力与市配电网并行。由用户自己融资购置，供应商维护并运行，用户可节省4.9万英镑（pa），4.5年可回收投资。新的应用还包括园艺，互联网仓库的吸式制冷。

四、英国小型热电联产成功的重要因素

英国小型热电联产所以能取得成功，原因是英国政府为CHP创造了必需的市场和政策条件，这些条件包括合适的能源价格（用电和燃气的比价），使用合适的燃料，认识局部供电的价值，当局的政策规定，发展新的财务管理方式等。

1．成功的重要因素：能源价格

CHP是同时供热和供电最经济的技术，它需要和现有的发电设备竞争，特别是当CHP的环保优势不能在能源价格中体现出来会有很大影响。为此英国自2001年4月：日起实施气侯变化税，使CHP可以节省20%的能源费用。电价与天然气价格比非常重要，CHP是一项长期投资（10～15年），需要合理的（或优惠的）燃气价格，需要合理的用电价格。英国电力工业中使用天然气发电的比重比较大，而且电力工业已经私有化，电力价格按市场定价，电价与天然气价格比比较合理。

2．成功的重要因素：燃料

CHP使用的燃料是天然气，也可以使用柴油或生物质（包括垃圾）制气。是否能够获取天然气，天然气的充分供应，以及天然气营网的合理收费，对CHP的发展影响很大。英国工业及商业使用天然气为燃料的比重达68%，能够充分供应天然气，不仅促进了CHP的发展，同时也提高了天然气的销售量。

3．成功的重要因素：认识局部供电的价值

发展CHP可以节省公共电力的装机容量，输配电系统费用，可以不受输配电网容量的限制，还可以减少输配电损失。要发展CHP必须有透明的输配和终端用电的价格，公用电力部门愿意让CHP分享发、输、配电设施节省带来的效益；公用电力部门愿意接受CHP的剩余电力。

4．成功的重要因素：当局的政策规定

英国规定允许一定限量内的电力直接销售，政府鼓励CHP的发展，例如英国政府改变政策并推迟CCGTS推出，从而引来对超过1200Mwe的新的CHP的投资。对住宅用CHP和小型工业用CHP给予投资补贴。采取指导、案例分析、软件及CHP俱乐部向用户提供技术与经济信息和建议。

5．成功的重要因素：融资

英国近期有超过75%的CHP得到第三方贷款，通常为电或天然气事业部问的能源服务公司（ESCOS）。ESCO通过CHP获得客户。CHP用户还可获得外部融资及CHP专家技术。能源服务公司（EXCO）合同千差万别。此类合同在某些部门较为普遍，这些部门的有关机构几乎将整个能源设施全部"外仓"。ESCO承包商将设计、安装、投资、操作并维护位于有关机构安装场所内的CHP设备。在其他情况下，有关机构仅将CHP的运行和维护任务转包出去，而该CHP设备由其他承包商按资本购买安排进行安装。在上述两种情况下，ESCO承包商将以双方同意的价格向有关机构供应热能和电力。通常ESCO承包商还将负责采购燃料，管理安装场所内的其他能源设备，以及采购传统能源。从英国发展小型热电联产，热电冷联产的经验来看，仅仅依靠市场调节是不够的，还必须依靠政府的政策，为了发展CHP必须使电力和天然气有合理的比价，有充足的天然气供应，规定公用电网必须接受CHP的剩余电力，解决能源利用中的外部成本，成立能源服务公司（ESCO）并给CHP以必要的补贴。没有政府的政策支持，CHP是很难发展的。对于中国来说，中国还没有制造CHP成套设备的企业，从国外进口CHP设备的价格高，也会影响其发展。目前长沙远大空调有限公司已经在其生产的直燃机的基础上，宪成了小型热电冷联产设备的试制工作，如果能扶植其发展壮大，将可以对中国的CHP的发展作出贡献

五、英国小型热电联产的未来

英国发展CHP己有20年的历史，特别自90年代以来，小型热电联产技术发展迅速，在世界上处在领先地位。除了已经开发的领域之外，新的应用还在继续发展，如将CHP用于园艺，可以做到热电冷桓联产，将CHP排出的CO2、SO2、NOx用于植物作肥料，更长远的计划蕴含着巨大的潜力。新的融资政策可以为环境保护带来更大的咸绩。英国未来CHP将会取得更大的发展，从而带来更多的经济与环保效益。但是英国小型热电联产技术的动力机械在10MW以下主要是利用内燃活塞机，而美国的CHP、CCHP主要是利用微型燃气涡轮机和外燃机（STM），微型燃气涡轮机的优点是尾气温度高，看来英国CHP的动力机械还需要进一步采用新技术，新设备，英国政府为小型热电联产技术创造市场和政策条件，以及政府部门带头使用CHP值得我们学习。

参考资料：

1．英国小型热电联产

2．Melalnieslake:"RealisingtheBenepitsofsmallscaleCHPAReviewofCriticaluccessFacfors"AEATECHNOLLGYENVRONMENT

3．D.khi1mani："power＆heatGeneration"GentesEnergy

文章来自：http://www.ytebara.com.cn/index.php?catid=836/