1、燃氣輪機熱電冷聯供系統的應用及投資經濟性分析王偉軍（上海閔行電力實業有限公司 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“三聯供”系統運行數據的經濟分析，對投資的條件和收益的經濟性作出分析，介紹燃氣輪機對實現能源的綜合利用及環境保護所起的作用，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.關鍵詞:燃氣輪機熱電冷聯供系統 “三聯供” 余熱鍋爐 經濟性分析Keywords: Gas turbine heating, electric and cool sup

3、ply system; Tri-supply; surplus heat boiler Economy analyze一、熱電冷三聯供系統發展背景隨著我國經濟快速、持續的發展，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，危及電網安全。據統計數據顯示，從99年到03年上海地區電力消耗量從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。應對夏季用電高峰的挑戰,已成為全國乃至世界性問題。2004年我國拉閘限電地區擴大到24個省級電網,今年我國最大電力缺口將達2500萬千瓦。在美、加、英、意、俄等國,都曾出現大面積停電, 損失巨大, 停電給社會經濟、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問題。我們如果不高度重視節約能源和改善能源消費結構，屆時將面臨難以克服的障礙，經濟發展將受到嚴重的影響。我國的電力供應以煤電為主，煤電生產對環境有較大的影響，由此引發的環境保護問題須投入了大量的資金進行環境

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約有許多課題值得研究。從能源的消費現狀及發展趨勢，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向和戰略方向之一。夏季用電高峰恰恰是用氣低谷, 運用燃氣三聯供技術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資源浪費。自年起施行能源法第三十九條明確國家鼓勵發展推廣熱電聯產、集中供熱，提高熱電機組的利用率，發展熱能梯級利用技術，熱、電、冷聯產技術和熱、電、煤氣三聯供技術，提高熱能綜合利用率。把對一種技術、一種生產方式的鼓

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

7、,但發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。系統的工作原理是：燃料的化學能在燃氣輪機的燃燒器中通過燃燒，產生高溫、高壓煙氣推動透平葉輪作功帶動發電機發電，電能通過供電系統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煙氣在余熱鍋爐中通過與水熱交換產生蒸汽，供給溴化鋰吸收式制冷機組熱能或直接對外供汽。最后低品位的低溫煙氣被排放（額定工況排煙溫度148）。浦東機場能源中心“三聯供”系統的核心設備是一臺額定功率4000KW、輸出電壓10.5KV的燃氣輪機發電機組和一臺額定蒸發量9.7 T/H、供汽壓力0.9MPa的飽和蒸汽余熱鍋爐。此外系統中配備了與供熱相關的輔助燃

8、氣燃油鍋爐，配備了與供冷相關的溴化鋰吸收式制冷機組和離心式制冷機組。該系統具有如下主要優點：（1）設備簡單，安裝方便投運快。（2）系統模塊化設計，配備了故障自動診斷、監測系統，設備的維護檢修方便快捷。（3）系統輔助設備耗能少，自用電率低于2%。（4）設備能快速啟動，冷態啟動僅40min,能起到可靠的備用電源作用。（5）使用壽命長，保養適當壽命可達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供系統經濟性分析浦東機場能源中心三聯供系統1999年底完成安裝調試投入試運行后，由于并網點系統電負荷較低

9、（2000KW），系統的經濟性差。通過試驗和對運行數據分析，制定了系統改造方案，調整了負荷。于2002年6月完成了并網點的調整改造工作，2002年7月起就能以70%80%的額定功率運行（30003200KW），系統的經濟性明顯改善。（表1）燃氣輪機熱電聯供系統運行宏觀分析表（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 量單 價（元）小 計3能源產出蒸汽（t）54216589430.00峰時發電量（

10、kwh）000.00平時發電量（kwh）6694700.7284487641.95谷時發電量（kwh）000.004收入合計（元）：577071.955盈利（元）236535.95說明：用電負荷調整改造前。（表2）燃氣輪機熱電聯供系統運行宏觀分析表（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 量單 價（元）小 計3能源產出蒸汽（t）1558165257070.00峰時發電量（kwh）000.00平

11、時發電量（kwh）6730380.7284490240.88谷時發電量（kwh）000.004收入合計（元）747310.885盈利（元）207761.48說明：用電負荷調整改造前。（表3）燃氣輪機熱電聯供系統運行宏觀分析表（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 量單 價（元）小 計3能源產出蒸汽（t）143501652367750.00峰時發電量（kwh）28122550

12、.8892500094.70平時發電量（kwh）40495580.6322559320.66谷時發電量（kwh）34290.2941008.134收入合計（元）7428173.485盈利（元）2890577.08說明：用電負荷調整改造后。（表4）燃氣輪機熱電聯供系統運行宏觀分析表（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 量單 價（元）小 計3能源產出蒸汽（t）28015

13、1654622475.00峰時發電量（kwh）50325480.9434745692.76平時發電量（kwh）78784680.6324979191.78谷時發電量（kwh）1029400.26527279.104收入合計（元）14374638.645盈利（元）4930155.24說明：用電負荷調整改造后，發電量有較大的增加，但油價已從2400元/ t上漲到3213.5元/ t。（表5）燃氣輪機熱電聯供系統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）根據浦東機場能源中心“三聯供”系統實際發生的運行管理費用、維護維修費用、尚未大修的費用預提以及設備投資等作綜合分析。從浦東機場能源中心“三聯供”系統運行情況的分析，可以看到主要從以下幾個方面來提高“三聯供”系統的經濟性，一、提高“三聯供”系統設備的負荷率，降低單位電量能耗，可以有效的提高系統的運行效率，降低維修成本。二、提高“三聯供

15、”系統設備的投運率，提高設備利用率，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供系統投資綜合分析熱電冷三聯供系統投資不僅要從能源利用的多樣性、提高一次能源利用率、有利于環境保護、削峰填谷作用等社會效益，也要從企業能源供給的安全可靠性確定投資的必要性，更要從企業的經濟利益角度進行綜合分析，以保證企業在滿足上述條件的同時，獲得必要的投資回報，因此必須從設施的整個生命周期的投資費用、能源費用、運行管理、設備的維修、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供系統投資作綜合分析。投資項目的技術分析要使“三聯供”系統獲得較好節能經濟性是有條件的，對于冷、熱、電不同的“三聯供

16、”系統，選取合適的系統方案設置、設備配置才能有節能效果，且有較大的節能空間，合理配置機組是成功與否的關鍵。因此，系統設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。根據負荷情況設計運行方案，系統方案設置、選擇合適的熱、電、冷比例，選擇合適的機型配置，或采用補燃技術以進一步提高燃料利用率（提高約10%）及增加蒸汽產量，或結合采用水蓄冷技術將電能移峰填谷并延長機組運行時間。熱電冷“三聯供”與熱電分產相比的節能條件計算式：式中：三聯供發電效率三聯供供熱效率常規發電裝置發電效率吸收式制冷系統能效比電動壓縮式制冷系統能效比熱電分產供熱效率吸收式制冷系統需要的熱

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需要的熱量當上列不等式成立時熱電冷“三聯供”與熱電分產相比才是節能的。該式對我們方案的設計和合理配置機組具有一定的指導作用。投資項目的財務分析投資項目財務方面要進行現金流量分析，現金流量是指企業在投資項目所引起的現金支出和現金收入的數量，現金流量的分析是投資項目經濟分析的基礎。投資項目經濟分析主要指標及方法：（1）投資回收期（P.B）=（2）凈現值（NPV）投資項目的收益總現值與原始投資額的差額。凈現值用下列計算公式：I0項目原始投資；Ft項目第t 年現金流量i資金利率；n年限。（3）內部收益率（IRR）。內部收益率是投資項

18、目本身的投資報酬率。它是評價投資項目的重要財務指標。內部收益率計算公式： 式中：i1試用的一個折現率，一般高于銀行折現率；i2試用的另一個折現率，要求i2i1，（i2- i1）5%NpV1通過i1計算出的投資項目的凈現值；NpV2通過i2計算出的投資項目的凈現值；從浦東機場能源中心的“三聯供”運行情況和上列計算公式可顯示出，要使“三聯供”系統獲得較好的經濟效益，必須從系統的設計、運行管理上提高設備的負荷率，提高設備的投運率，必須加強設備管理提高維護保養水平，降低設備生命周期成本，提高投資回收率，實現經濟效益的最大化。五、結論熱電冷三聯供系統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、于環境保護、削峰填谷作用等社會效益，對企業提供能源供應可靠的保障作用。企業可并能獲得較好的經濟效益。協調好各方關系確保電網公司、燃氣公司和用戶各方獲益達到雙贏多贏的局面。熱電冷三聯供系統設計時合理配置機組是成功與否的關鍵，必須對熱、電、冷負荷作精確的計算，提高設備負荷率和提高設備的投運率，能有效地提高設備運行效率和降低設備管理成本，獲得最大的投資經濟效益。參考文獻：1 柳建華等 熱電冷三聯產系統的能耗分析. 上海市制冷學會2003年論文集2 忻奇峰 燃氣輪機熱電聯供系統運行經濟性分析3 黃如竹 發展高效燃氣空調，促進上海經濟，能源全面協調發展王偉軍個人信息單位：上海電力股份公司閔電實業有限公司

20、現擔任職務：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理、主任工程師中國制冷學會 第五專業技術委員會會員上海市制冷學會 空調、熱泵專業技術委員會委員上海市能源標準化技術委員會委員職業經理人郵編：上海 200245 Tel021-64300261*2981 Mobile88557E-mail:wwj81610（表6）熱電聯供系統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）