《燃氣輪機熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用及投資經(jīng)濟性》

1、燃氣輪機熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用及投資經(jīng)濟性分析王偉軍（上海閔行電力實業(yè)有限公司 泛電能源科技有限公司浦東國際機場能源中心運行管理部）郵編：上海 200245 TelE-mail:wwj816摘要：本文通過對燃氣輪機熱電冷“三聯(lián)供”系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的經(jīng)濟分析，對投資的條件和收益的經(jīng)濟性作出分析，介紹燃氣輪機對實現(xiàn)能源的綜合利用及環(huán)境保護所起的作用，所具有極大的社會價值。Abstract： This paper analyzed the operational data economy and invest condition and income analyze of a

2、Gas turbine heating, electric and cool supply system. Introduce the Gas turbine device configuration and work principle and realize energy synthetic utilization and conserve environment, It has great social benefits.關(guān)鍵詞:燃氣輪機熱電冷聯(lián)供系統(tǒng) “三聯(lián)供” 余熱鍋爐 經(jīng)濟性分析Keywords: Gas turbine heating, electric and cool sup

3、ply system; Tri-supply; surplus heat boiler Economy analyze一、熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展背景隨著我國經(jīng)濟快速、持續(xù)的發(fā)展，能源的需求量不斷增長，特別是對電力的需求增長，使得夏季高峰電力缺口逐年增大，危及電網(wǎng)安全。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，從99年到03年上海地區(qū)電力消耗量從5000萬MWH增加到7320萬MWH，增長了46.4%，年增幅超過10%，同期電量峰值從9010萬MW增加到13620萬MWH, 增長了51.2%，年增幅超過12.8%，2004年電力峰值負荷達到16000MW高峰電力缺口達4000MW，不得不實行限電措施，預(yù)計到2010年上海世

4、博會時電力負荷可能增加一倍，峰值負荷將增加一倍多。建筑能耗年增幅達10%，已成為上海終端能源消耗增長的主力。應(yīng)對夏季用電高峰的挑戰(zhàn),已成為全國乃至世界性問題。2004年我國拉閘限電地區(qū)擴大到24個省級電網(wǎng),今年我國最大電力缺口將達2500萬千瓦。在美、加、英、意、俄等國,都曾出現(xiàn)大面積停電, 損失巨大, 停電給社會經(jīng)濟、生活各方面帶來了巨大的負面影響，迫使各國政府開始慎重考慮電力安全及其相關(guān)問題。我們?nèi)绻桓叨戎匾暪?jié)約能源和改善能源消費結(jié)構(gòu)，屆時將面臨難以克服的障礙，經(jīng)濟發(fā)展將受到嚴重的影響。我國的電力供應(yīng)以煤電為主，煤電生產(chǎn)對環(huán)境有較大的影響，由此引發(fā)的環(huán)境保護問題須投入了大量的資金進行環(huán)境

5、綜合治理。目前我國能源利用總效率約為40%，與國際先進水平的5055%相比，有較大的差距。提高一次能源的梯度利用和終端能耗的節(jié)約有許多課題值得研究。從能源的消費現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，能源供給的多元化、清潔化。能源利用的高效和梯度化，將成為我國今后一段時期能源政策的導(dǎo)向和戰(zhàn)略方向之一。夏季用電高峰恰恰是用氣低谷, 運用燃氣三聯(lián)供技術(shù)可以削電力之峰填燃氣之谷緩解用電緊張,而且還能解決天然氣管網(wǎng)資源浪費。自年起施行能源法第三十九條明確國家鼓勵發(fā)展推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱，提高熱電機組的利用率，發(fā)展熱能梯級利用技術(shù)，熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣三聯(lián)供技術(shù)，提高熱能綜合利用率。把對一種技術(shù)、一種生產(chǎn)方式的鼓

6、勵以法律形式明確下來的做法，是不多見的。可見，國家對熱電聯(lián)產(chǎn)及由之進一步發(fā)展的相關(guān)通用節(jié)能技術(shù)的重視。國家有關(guān)部門和各級地方政府積極推廣、發(fā)展熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)并以政府財政補貼、融資支持等經(jīng)濟政策支持相結(jié)合使之落到實處。二、燃氣輪機熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)燃氣熱電冷三聯(lián)供利用天然氣做功發(fā)電后排出的余熱用來制冷、供熱,可取得三大效益。一是節(jié)能。大型電廠發(fā)電效率約30%-40%。三聯(lián)供以小規(guī)模分布在用戶附近,獲得40%的發(fā)電效率后,可將50%的廢熱就近供冷供熱,能源效率提高50%。二是環(huán)保。三聯(lián)供NOx的排放僅為燃煤的510%,CO2為燃煤的56%,SO2可略而不計。三是經(jīng)濟。采用三聯(lián)供,初始投資雖然較高

7、,但發(fā)電收益可抵消購買天然氣的費用,凈獲制冷、制熱收益,投資回收期短。系統(tǒng)的工作原理是：燃料的化學(xué)能在燃氣輪機的燃燒器中通過燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓煙氣推動透平葉輪作功帶動發(fā)電機發(fā)電，電能通過供電系統(tǒng)可供給離心式制冷機組或直接對外輸出。燃氣輪機排出的中溫?zé)煔庠谟酂徨仩t中通過與水熱交換產(chǎn)生蒸汽，供給溴化鋰吸收式制冷機組熱能或直接對外供汽。最后低品位的低溫?zé)煔獗慌欧牛~定工況排煙溫度148）。浦東機場能源中心“三聯(lián)供”系統(tǒng)的核心設(shè)備是一臺額定功率4000KW、輸出電壓10.5KV的燃氣輪機發(fā)電機組和一臺額定蒸發(fā)量9.7 T/H、供汽壓力0.9MPa的飽和蒸汽余熱鍋爐。此外系統(tǒng)中配備了與供熱相關(guān)的輔助燃

8、氣燃油鍋爐，配備了與供冷相關(guān)的溴化鋰吸收式制冷機組和離心式制冷機組。該系統(tǒng)具有如下主要優(yōu)點：（1）設(shè)備簡單，安裝方便投運快。（2）系統(tǒng)模塊化設(shè)計，配備了故障自動診斷、監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)備的維護檢修方便快捷。（3）系統(tǒng)輔助設(shè)備耗能少，自用電率低于2%。（4）設(shè)備能快速啟動，冷態(tài)啟動僅40min,能起到可靠的備用電源作用。（5）使用壽命長，保養(yǎng)適當(dāng)壽命可達2030年，同類機組有從70年運行至今。 燃料（天然氣/柴油） 對外供冷吸收式制冷機組燃氣輪發(fā)電機組余熱鍋爐對外供熱對外供電三、浦東機場能源中心三聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟性分析浦東機場能源中心三聯(lián)供系統(tǒng)1999年底完成安裝調(diào)試投入試運行后，由于并網(wǎng)點系統(tǒng)電負荷較低

9、（2000KW），系統(tǒng)的經(jīng)濟性差。通過試驗和對運行數(shù)據(jù)分析，制定了系統(tǒng)改造方案，調(diào)整了負荷。于2002年6月完成了并網(wǎng)點的調(diào)整改造工作，2002年7月起就能以70%80%的額定功率運行（30003200KW），系統(tǒng)的經(jīng)濟性明顯改善。（表1）燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行宏觀分析表（2001年712月）序號項 目耗 量單 價（元）小 計1能源消耗天然氣（Nm3）1656001.9314640.00柴油(t)424009600.00自用電（kwh）232800.716296.002支出合計（元）：340536.00項 目產(chǎn) 量單 價（元）小 計3能源產(chǎn)出蒸汽（t）54216589430.00峰時發(fā)電量（

10、kwh）000.00平時發(fā)電量（kwh）6694700.7284487641.95谷時發(fā)電量（kwh）000.004收入合計（元）：577071.955盈利（元）236535.95說明：用電負荷調(diào)整改造前。（表2）燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行宏觀分析表（2002年16月）序號項 目耗 量單 價（元）小計1能源消耗天然氣（Nm3）2396661.9455365.40柴油(t)26240062400.00自用電（kwh）311200.721784.002支出合計（元）：539549.40項 目產(chǎn) 量單 價（元）小 計3能源產(chǎn)出蒸汽（t）1558165257070.00峰時發(fā)電量（kwh）000.00平

11、時發(fā)電量（kwh）6730380.7284490240.88谷時發(fā)電量（kwh）000.004收入合計（元）747310.885盈利（元）207761.48說明：用電負荷調(diào)整改造前。（表3）燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行宏觀分析表（2002年712月）序號項 目耗 量單 價（元）小計1能源消耗天然氣（Nm3）11581161.92200420.40柴油(t)92224002212800.00自用電（kwh）1776800.7124376.002支出合計（元）：4537596.40項 目產(chǎn) 量單 價（元）小 計3能源產(chǎn)出蒸汽（t）143501652367750.00峰時發(fā)電量（kwh）28122550

12、.8892500094.70平時發(fā)電量（kwh）40495580.6322559320.66谷時發(fā)電量（kwh）34290.2941008.134收入合計（元）7428173.485盈利（元）2890577.08說明：用電負荷調(diào)整改造后。（表4）燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行宏觀分析表（2003年112月）序號項 目耗 量單 價（元）小計1能源消耗天然氣（Nm3）28022531.95324280.70柴油(t)12313213.53955800.00自用電（kwh）2348610.7164402.702支出合計（元）：9444483.40項 目產(chǎn) 量單 價（元）小 計3能源產(chǎn)出蒸汽（t）28015

13、1654622475.00峰時發(fā)電量（kwh）50325480.9434745692.76平時發(fā)電量（kwh）78784680.6324979191.78谷時發(fā)電量（kwh）1029400.26527279.104收入合計（元）14374638.645盈利（元）4930155.24說明：用電負荷調(diào)整改造后，發(fā)電量有較大的增加，但油價已從2400元/ t上漲到3213.5元/ t。（表5）燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行微觀分析表能源成本及盈利2001年712月2002年16月2002年712月2003年112月平均負荷（kw）2301173030913159平均每小時支出（元）117013872043

14、2292平均每小時收入（元）1983192133453489平均每小時盈余（元）81353413021197每kwh支出（元）0.510.80.660.73每kwh收入（元）0.861.111.081.11每kwh盈余（元0.350.310.420.38下面（表6）根據(jù)浦東機場能源中心“三聯(lián)供”系統(tǒng)實際發(fā)生的運行管理費用、維護維修費用、尚未大修的費用預(yù)提以及設(shè)備投資等作綜合分析。從浦東機場能源中心“三聯(lián)供”系統(tǒng)運行情況的分析，可以看到主要從以下幾個方面來提高“三聯(lián)供”系統(tǒng)的經(jīng)濟性，一、提高“三聯(lián)供”系統(tǒng)設(shè)備的負荷率，降低單位電量能耗，可以有效的提高系統(tǒng)的運行效率，降低維修成本。二、提高“三聯(lián)供

15、”系統(tǒng)設(shè)備的投運率，提高設(shè)備利用率，可以有效的降低管理成本，縮短投資回收期。四、燃氣輪機熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)投資綜合分析熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)投資不僅要從能源利用的多樣性、提高一次能源利用率、有利于環(huán)境保護、削峰填谷作用等社會效益，也要從企業(yè)能源供給的安全可靠性確定投資的必要性，更要從企業(yè)的經(jīng)濟利益角度進行綜合分析，以保證企業(yè)在滿足上述條件的同時，獲得必要的投資回報，因此必須從設(shè)施的整個生命周期的投資費用、能源費用、運行管理、設(shè)備的維修、投資回報等方面作出分析決策，下面就燃氣輪機熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)投資作綜合分析。投資項目的技術(shù)分析要使“三聯(lián)供”系統(tǒng)獲得較好節(jié)能經(jīng)濟性是有條件的，對于冷、熱、電不同的“三聯(lián)供

16、”系統(tǒng)，選取合適的系統(tǒng)方案設(shè)置、設(shè)備配置才能有節(jié)能效果，且有較大的節(jié)能空間，合理配置機組是成功與否的關(guān)鍵。因此，系統(tǒng)設(shè)計時就必須按各建筑物逐時電負荷、冷負荷、蒸汽熱負荷的測算，得到的負荷曲線并將它們分別疊加。根據(jù)負荷情況設(shè)計運行方案，系統(tǒng)方案設(shè)置、選擇合適的熱、電、冷比例，選擇合適的機型配置，或采用補燃技術(shù)以進一步提高燃料利用率（提高約10%）及增加蒸汽產(chǎn)量，或結(jié)合采用水蓄冷技術(shù)將電能移峰填谷并延長機組運行時間。熱電冷“三聯(lián)供”與熱電分產(chǎn)相比的節(jié)能條件計算式：式中：三聯(lián)供發(fā)電效率三聯(lián)供供熱效率常規(guī)發(fā)電裝置發(fā)電效率吸收式制冷系統(tǒng)能效比電動壓縮式制冷系統(tǒng)能效比熱電分產(chǎn)供熱效率吸收式制冷系統(tǒng)需要的熱

17、量Qc與燃氣輪機余熱量Q，的比值。=Q， 燃氣輪機余熱量吸收式制冷系統(tǒng)需要的熱量當(dāng)上列不等式成立時熱電冷“三聯(lián)供”與熱電分產(chǎn)相比才是節(jié)能的。該式對我們方案的設(shè)計和合理配置機組具有一定的指導(dǎo)作用。投資項目的財務(wù)分析投資項目財務(wù)方面要進行現(xiàn)金流量分析，現(xiàn)金流量是指企業(yè)在投資項目所引起的現(xiàn)金支出和現(xiàn)金收入的數(shù)量，現(xiàn)金流量的分析是投資項目經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)。投資項目經(jīng)濟分析主要指標及方法：（1）投資回收期（P.B）=（2）凈現(xiàn)值（NPV）投資項目的收益總現(xiàn)值與原始投資額的差額。凈現(xiàn)值用下列計算公式：I0項目原始投資；Ft項目第t 年現(xiàn)金流量i資金利率；n年限。（3）內(nèi)部收益率（IRR）。內(nèi)部收益率是投資項

18、目本身的投資報酬率。它是評價投資項目的重要財務(wù)指標。內(nèi)部收益率計算公式： 式中：i1試用的一個折現(xiàn)率，一般高于銀行折現(xiàn)率；i2試用的另一個折現(xiàn)率，要求i2i1，（i2- i1）5%NpV1通過i1計算出的投資項目的凈現(xiàn)值；NpV2通過i2計算出的投資項目的凈現(xiàn)值；從浦東機場能源中心的“三聯(lián)供”運行情況和上列計算公式可顯示出，要使“三聯(lián)供”系統(tǒng)獲得較好的經(jīng)濟效益，必須從系統(tǒng)的設(shè)計、運行管理上提高設(shè)備的負荷率，提高設(shè)備的投運率，必須加強設(shè)備管理提高維護保養(yǎng)水平，降低設(shè)備生命周期成本，提高投資回收率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。五、結(jié)論熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)投資不僅要從能源利用的多樣性、提高一次能源利用率、有利

19、于環(huán)境保護、削峰填谷作用等社會效益，對企業(yè)提供能源供應(yīng)可靠的保障作用。企業(yè)可并能獲得較好的經(jīng)濟效益。協(xié)調(diào)好各方關(guān)系確保電網(wǎng)公司、燃氣公司和用戶各方獲益達到雙贏多贏的局面。熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計時合理配置機組是成功與否的關(guān)鍵，必須對熱、電、冷負荷作精確的計算，提高設(shè)備負荷率和提高設(shè)備的投運率，能有效地提高設(shè)備運行效率和降低設(shè)備管理成本，獲得最大的投資經(jīng)濟效益。參考文獻：1 柳建華等 熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗分析. 上海市制冷學(xué)會2003年論文集2 忻奇峰 燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行經(jīng)濟性分析3 黃如竹 發(fā)展高效燃氣空調(diào)，促進上海經(jīng)濟，能源全面協(xié)調(diào)發(fā)展王偉軍個人信息單位：上海電力股份公司閔電實業(yè)有限公司

20、現(xiàn)擔(dān)任職務(wù)：上海泛電能源科技有限公司 總工程師上海閔行電力工程分公司付經(jīng)理、主任工程師中國制冷學(xué)會 第五專業(yè)技術(shù)委員會會員上海市制冷學(xué)會 空調(diào)、熱泵專業(yè)技術(shù)委員會委員上海市能源標準化技術(shù)委員會委員職業(yè)經(jīng)理人郵編：上海 200245 Tel021-64300261*2981 Mobile88557E-mail:wwj81610（表6）熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行成本綜合分析表項 目說 明2001年712月2002年16月2002年712月2003年112月1平均負荷（kw）23011730309131592平均每小時支出（元）11701387204322923每kwh支出（元）