燃氣空調是空調發(fā)展趨勢

PAGEPAGE4燃氣空調是空調發(fā)展趨勢燃氣空調概述以燃氣為能源的空調設備簡稱燃氣空調，是利用天然氣燃燒產生熱量的吸收式冷熱水機組。廣義上的吸收式燃氣空調有：燃氣直燃機、燃氣吸收式熱泵、燃氣鍋爐+蒸汽吸收式制冷機、燃氣鍋爐+蒸汽透平驅動離心機等。由于燃氣鍋爐+蒸汽吸收式制冷機和燃氣鍋爐+蒸汽透平驅動離心機效率低，在實際中很少采用，本研究不作討論。燃氣直燃機又稱直燃溴化鋰吸收式冷熱水機，是采用燃氣直接燃燒提供制冷、采暖和衛(wèi)生熱水。制冷劑是水，吸收劑是溴化鋰，對人體無毒，對環(huán)境無害。吸收式燃氣空調與電力空調相比具有如下優(yōu)勢：功能全、設備利用率高、綜合投資不高；設備能源利用率較高；天然氣為清潔能源，燃燒后產生的有害氣體少；機械運動部件少、震動小、噪音低、磨損小、使用壽命長；制冷工質為溴化鋰的水溶液，價格低廉，對環(huán)境危害小。最為重要的是推廣使用燃氣空調不僅有利于改善供電緊張狀況，而且對于提高電力負載率，改善電力峰谷平衡率都有十分可觀的效果，這不僅能解決能源綜合利用減少資源浪費的問題，而且對于提高電力設備運轉利用率和有效控制電力設備投資盲目增長，降低電力成本和穩(wěn)定供電能力都有顯著的經濟效益和社會效益；同時，推廣使用燃氣空調對于有效平衡燃氣季節(jié)峰谷、提高燃氣管網利用率、降低供氣成本，提高燃氣行業(yè)的經濟效益是十分有益的。國內外燃氣空調的發(fā)展情況20世紀60年代未，燃氣空調開始走向市場。隨著燃氣制冷空調技術的發(fā)展，開發(fā)出了大中小型吸收式燃氣空調、壓縮式燃氣熱泵和燃氣除濕空調設備?，F(xiàn)在城市天然氣事業(yè)發(fā)展非常迅速,已成為城市的主要能源之一。由于城市用氣負荷存在季節(jié)不均勻性,冬季用氣量大,夏季用氣量小,這樣夏季就有部分富余燃氣可供燃氣空調器使用。夏季電力十分緊張,電氣式空調器的發(fā)展受到限制，發(fā)展燃氣空調器將成為解決這一問題的關鍵途徑。各國政府和燃氣部門都采取措施鼓勵燃氣空調的發(fā)展，燃氣空調設備已經獲得了很大的市場份額。1．國外燃氣空調日本在20世紀60年代未，意識到了燃氣空調有消減夏季高峰電力、填補夏季低谷燃氣的益處，從政府到燃氣企業(yè)一致推動燃氣空調的發(fā)展，大約用了10年的時間，在燃氣消耗構成中，1995年日本總共銷售燃氣217億立方米，其中用于燃氣空調的燃氣高達34億立方米，其比率幾近16％。日本燃氣吸收式空調在1991年時只有1.94萬臺，到1998年發(fā)展到3萬臺。日本燃氣空調的迅猛發(fā)展主要得力于政府和燃氣公司實施的一系列切實有效的支持措施，政府方面主要實施政府貸款和免稅等措施；燃氣公司方面實行優(yōu)惠氣價鼓勵燃氣空調的大量應用，并直接投入大量人力、財力對燃氣空調枝術進行研究和開發(fā)工作。促進燃氣空調設備的開發(fā)與推廣應用。日本燃氣空調之所以發(fā)展如此迅速，其動力是日本政府及燃氣公司采取的推廣燃氣空調的相關政策與措施。日本政府于1997年制定了新能源法《促進新能源利用等措施法》，目的是促進新能源的開發(fā)利用，推廣使用節(jié)能技術，提高能源利用效率，減少大氣污染及溫室氣體排放。對燃氣空調和發(fā)電進行鼓勵，具體措施是：（1）對達到一定規(guī)模的高效天然氣熱電冷聯(lián)供設備使用單位進行資助，補助率為投資1/3到1/2。這極大刺激用戶采用燃氣空調。（2）政府撥款資助能源開發(fā)與節(jié)能的項目，對已建的工廠、事業(yè)單位引進和使用先進的節(jié)能技術和設備進行補助，補助率為1/3，但總額不超過2億日元。（3）優(yōu)惠稅制，在設備啟用期間及運行后一年內，采用以下優(yōu)惠辦法：一是扣除法人相當7％的稅額（啟用年不超過20％）；二是第一年獎賞設備投資的30％。使用燃氣空調設備的單位從二者選一。（4）低利率融資，日本開發(fā)銀行對發(fā)電及廢熱利用項目給予利率為1.8％的融資，融資限度為50％，融資年限為10年。日本中小企業(yè)金融公庫對中小企業(yè)投資燃氣項目，給予利率為1.8％的融資，融資限度為2.7億日元，融資期限15年。（5）建筑物補助金制度，對于10000m3以下的建筑使用吸收機組或燃氣熱泵（GHP）機組，國家給予一定的補助金。燃氣公司對不同燃氣空調用戶采用不同的供氣合同和不同的價格，對夏季空調用氣進行大幅優(yōu)惠，從而使燃氣空調技術在日本得到了非常迅速的發(fā)展，同時對填補夏季燃氣低谷發(fā)揮了至關重要的作用。美國在1982年以前天然氣的價格一直居高不下，1973年到1982年一直處于增長狀態(tài)，燃氣空調的發(fā)展在這段時間受到了制約。從1983年到1995年天然氣的價格下降了近50％，促使燃氣空調開始發(fā)展。1994年安裝了400臺大型燃氣吸收式空調，占當年安裝大型空調設備的9％，1995年安裝的大型燃氣吸收式空調達到20000冷噸。特別是1999年7月因連續(xù)高溫導致空調用電劇增，紐約地區(qū)14個電網中有6個陷于癱瘓，數(shù)十座城市發(fā)生拉閘限電。專家、政府充分認識到應大力發(fā)展燃氣空調解決電力在夏季的調峰問題。在2000年中央空調銷售市場中，燃氣空調份額迅速提高。美國天然氣年平均價格（換算為人民幣，元/m3）年月井口價城市門站價民用商業(yè)用工業(yè)用發(fā)電用19950.4540.8151.7761.4800.7940.59219980.5690.9001.9991.6060.9200.70319990.6360.9261.9611.5620.9090.76820001.0551.3782.2601.8111.3071.26620011.1791.5362.9062.3741.5011.41320020.8651.2032.5041.9211.1741.250從上表表可以看出美國的城市天然氣價格有這樣幾個特點：（3）火力發(fā)電設備利用小時與設備利用率逐年下降。1995年到1998年全國高峰負荷平均增長740萬千瓦，相對售電量增長率小，造成電網負荷率降低。幾個主要電網負荷率普遍下降，1995年至1998年華中電網下降9.3個百分點，四川電網下降8.2個百分點。（4）空調負荷對電負荷特性的影響越來越大，持續(xù)高溫、潮濕悶熱等極端氣候對負荷及負荷特性影響越來越顯著。如1999年7月京津唐連續(xù)高溫，空調負荷增加300萬KW，其中，北京空調負荷比1998年增加100多萬KW（因電空調的大量使用使7月28日電負荷601萬KW比1998年492萬KW高出109萬KW），天津空調負荷比1998年增加60多萬KW。1999年10月19日中國電力報刊登國家電力公司陸延昌副總經理在全國電力營銷會議上的講話中說：“1998有2000多萬千瓦裝機僅在高峰時段運行數(shù)百小時，發(fā)電資源浪費很大?！憋@然這與電力空調負荷有密切關系。通過上述分析可知，大力發(fā)展電力空調對電力工業(yè)經濟有很大的不利影響，使電力不均勻性的負荷特性加大，設備利用率進一步降低。發(fā)展燃氣空調，可有效地降低電網高峰負荷，相應降低峰谷差，提高電網負荷率和發(fā)輸配電設備利用率。下表為北京市2002年各月最大電負荷與各月的供氣負荷不均勻性曲線，可以看出夏季是燃氣負荷的低谷期，卻是電力負荷的高峰期，燃氣空調的推廣使用，可降低電網夏季高峰負荷，填補燃氣的低谷，實現(xiàn)電與燃氣資源的有效利用，降低供電與供氣成本。根據(jù)有關專家估算：每減少10％的空調峰電負荷，可提高電網負荷率9個百分點，而總發(fā)電量只減少1%，可使電力系統(tǒng)的設備利用率提高，降低供電成本，提高經濟效益。2.降低電力系統(tǒng)建設投資，提高燃氣供應的經濟性對中央空調來說，燃氣空調機的投資略高于電力空調機的投資，但電力空調機需要相應配置發(fā)電、輸電和配電設施，需要大量增加電力系統(tǒng)建設投資，可以說用戶每裝一臺電力空調，建電廠電網以保證供電需要的投資高于用戶購空調的投資。用戶使用1kw電負荷的電力空調投資約為3000元，每增加1kw的有效供電能力，發(fā)電設備投資為5500～6500元/kw，輸配電投資為1600～2200元/kw，總投資為7100～8700元/kw。如果增加100萬KW空調用電，供電系統(tǒng)建設投資為71～87億元。對于燃氣供應系統(tǒng)來說，一般是按高峰負荷設計的，由于冬季氣溫較低，用氣量較大，用氣高峰負荷都在冬季，特別是有燃氣采暖用戶的寒冷地區(qū)，冬夏負荷相差較大。而如果設法在夏季增加用氣量，不需增加主管網的投資，只增加少量用戶引入管道系統(tǒng)的投資即可。如果采用燃氣空調就可以節(jié)省大量的供電系統(tǒng)投資。對于燃氣直燃式冷暖空調機不僅在夏季可以空調制冷，在冬季還可以采暖及全年提供衛(wèi)生熱水，一機多用，降低采暖空調的成本。3.發(fā)展燃氣空調可降低供電成本由于空調負荷的波動非常大，最大負荷與最小負荷相差幾十倍甚至上百倍，最大負荷的運行時間很短，北京市的空調最大負荷利用時間僅為650多小時。如果全部采用電空調，會極大的增加峰值負荷。要解決這一問題需建設大量調峰電廠。主要調峰方式有燃油和燃氣機組調峰、燃煤機組調峰、水電站棄水調峰、抽水蓄能電站調峰。燃油和燃氣調峰機組的運行成本高；火電機組調峰使發(fā)電效率下降，造成單位發(fā)電煤耗的上升；水電站棄水調峰損失發(fā)電量，浪費水資源；采用抽水蓄能電站調峰成本高，不僅需要巨額投資，而且損失20％～25％的電量。我國現(xiàn)有的發(fā)電設備大多數(shù)為國產機組，調峰能力差，燃煤電站調峰有時還要用燃油，火電機組頻繁起停調峰會影響機組壽命。特別是南方空調負荷大的地區(qū)，水電比重大，夏季高峰負荷時期靠少量火電調峰困難更大。發(fā)展燃氣空調降低夏季電網高峰負荷，減少了發(fā)電成本最高的那一部分電網負荷，使終端用戶不必因空調用電造成負荷率下降和調峰困難承擔額外的電力投資和成本。以發(fā)電成本中固定成本和可變成本各占50％計算，供電負荷率每降低10％，發(fā)電成本就會上升5%。發(fā)展燃氣空調會使供電負荷率上升，降低供電成本，提高供電效益。4．發(fā)展燃氣空調減少環(huán)境污染使用天然氣與電能都直接或間接產生各種大氣污染物（CO2、SO2、NOx、懸浮顆粒物）的排放，目前我國的電有80％以上的是以煤為燃料生產的火電，電空調用電會通過電廠間接向環(huán)境中排放污染物。目前我國的燃煤電廠的平均有效供電為33％，電網的輸配電損失為上網電的10％左右，因此在終端用戶的有效供電一般平均在30％左右。天然氣按北京使用的陜西長慶天然氣計算，熱值為36Mj/Nm3，H2S含量為6.01ppm。根據(jù)《中國生態(tài)住宅技術評估手冊》推薦的我國建筑能耗大氣污染物排放指標計算作為計算依據(jù)，計算結果如下：各種常規(guī)能源的大氣污染物排放指標排放指標單位電天然氣燃油煤CO2kg/kWh0.950.19840.310.39SO2mg/kWh64009.5975.241702.8NOXmg/kWh3632576.21066.41238.4總懸浮顆粒物（TSP）mg/kWh88021.5139.2703在北京地區(qū)水冷電空調機組的COP平均在5以上，風冷電空調的COP平均在3以上。雙效燃氣直燃空調的COP一般在1.20到1.3之間，考慮到吸收式直燃機的循環(huán)水泵的電耗大于水冷式機組，實際的COP在1.1～1.2之間。根據(jù)空調機組的綜合COP與排放指標計算出的不同能源單位冷輸出的大氣污染物排放量如下：機組類型綜合COPSO2mg/kWhNOXmg/kWhTSPmg/kWhCO2kg/kWh水冷機組5～5.51280～1164726～660176～1600.19～0.17風冷空調3～3.52133～18291211～1037293～2510.32～0.27燃氣直燃機1.1-～1.28.6～7.5524～48020～180.18～0.17燃油直燃機1.1～1.2887～813969～889127～1160.28～0.26從上表看出，水冷式電空調與燃氣直燃空調比，SO2排放量高出100多倍，NOX高出34％～40％，TSP高出約9倍，CO2排放量基本相同。風冷式電空調與燃氣直燃空調比，SO2排放量高出200多倍，NOX高出2倍多，TSP高出13～15倍，CO2排放量高出58％～78％。此外電力空調機使用CFC及其替代物HCFC為制冷劑，由于CFC具有很強的對臭氧層的破壞能力和溫室效應，目前已經在大多數(shù)國家和地區(qū)被禁止使用。HCFC物質雖然對臭氧層的破壞能力比CFC物質小，但它也同時具有很強的溫室效應，它的使用也被限制，將來也屬于禁用物質。這些物質泄漏或廢棄后要破壞大氣臭氧層和產生很強溫室效應，會對大氣環(huán)境造成不利影響。直燃式空調機吸收劑是溴化鋰，對人體無毒，對環(huán)境危害小。采用直燃機有利于保護大氣臭氧層和減少溫室氣體排放量。四、燃氣空調的發(fā)展前景1．燃氣空調的氣源保證燃氣空調的發(fā)展首先取決于燃氣的發(fā)展，特別是天然氣的發(fā)展。由于天然氣使用方便、安全、供應可靠、熱值高、經濟、污染少、溫室效應指數(shù)低，是全世界公認的優(yōu)質潔凈燃料。而且天然氣的儲量巨大，可持續(xù)使用近百年。從二十世紀九十年代初開始，世界上大多數(shù)國家都制定鼓勵發(fā)展天然氣的能源政策，對天然氣工業(yè)進行大量投資，推廣使用天然氣。據(jù)國際天然氣聯(lián)盟1997年10月的一項調查，1995年全世界的天然氣消耗量約為20000億立方米，到2030年，世界天然氣的年消耗量幾乎增加一倍，達到41000億立方米。國際各權威機構預測2010~2020年間天然氣在能源結構中的比例將達到35~40%，天然氣將成為第一能源。我國從九十年代末期開始進行大規(guī)模的城市能源結構調整，天然氣的利用和發(fā)展拉開序幕。到2010年天然氣在整個能源結構中的比例可達到8％左右，天然氣將成為大城市的主要能源之一。因此發(fā)展燃氣空調符合國際能源發(fā)展趨勢和我國城市能源結構調整的國策。2．發(fā)展燃氣空調可優(yōu)化電力與天然氣的供應燃氣空調具有改善夏季電負荷特性，可減少電力、燃氣供應的峰谷差，降低電力系統(tǒng)建設投資，提高電力與燃氣供應系統(tǒng)的利用率，降低供電與供氣成本。因此，發(fā)展燃氣空調對國家來說使天然氣資源和電力資源得到有效合理的利用，具有很高的經濟效益，并符合能源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，有廣闊的發(fā)展前景。目前由于燃氣空調的初投資大，燃氣價格偏高，阻礙了燃氣空調的發(fā)展，所以國家應該參考國外發(fā)展燃氣空調的經驗，制定相關政策鼓勵燃氣空調發(fā)展。3．發(fā)展燃氣空調的環(huán)境與相關技術已經成熟我國已將快速發(fā)展城市天然氣事業(yè)作為一項非常重要的國策，充分認識到燃氣空調對提高電力和燃氣供應的效益有重大作用，政府和燃氣部門開始研究對策鼓勵燃氣空調的發(fā)展。國家在燃氣空調設備設計、制造、使用、安裝、運行管理、消防與安全等方面的支持性法規(guī)在逐步完善；各城市的政府和燃氣部門也開始研究燃氣空調的能源政策，渴望在不久的將來制訂出鼓勵推廣燃氣空調的金融、財政、稅收、投資、環(huán)保、城市建設等有關各方面的支持性政策和措施。電力部門也開始意識到目前鼓勵大力發(fā)展電空調對電力發(fā)展產生的負面影響，認識到燃氣空調的發(fā)展可對促進電力健康發(fā)展產生