CCHP技術(shù)應用方向.pdf

【提綱 】 熱電冷三 聯(lián) 產(chǎn) 的應用 方向 1 什么是熱電冷三聯(lián)產(chǎn) 熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是利用 使用燃料的 發(fā)電機 在發(fā)電同時， 回收 燃燒過程 產(chǎn)生 的廢熱 （包括尾氣 中的廢熱 ） ， 以及利用回收的熱能進行制冷的系統(tǒng)設(shè)備。 在 農(nóng)業(yè)上應用時，一般還會增加尾氣二氧化碳回收和純化設(shè)備。 熱電冷 聯(lián) 產(chǎn) 系 統(tǒng) 實際上 就 是 是 在 熱 電 聯(lián) 產(chǎn) 系 統(tǒng) 基 礎(chǔ) 之 上 加 入 吸 收 式 制 冷 設(shè) 備 ， 使之可以制冷。 系統(tǒng)在產(chǎn)生電能的同時， 還會產(chǎn)生熱能、 冷能 和二氧化碳氣肥 ， 歐洲設(shè)施農(nóng) 業(yè)從業(yè)者利用較為廉價的天然氣資源， 電力自發(fā)自用， 減少昂貴的電網(wǎng)電力 購買量， 并將多余電力售給電網(wǎng)， 從而降低用電成本甚至以此盈利。 于此同 時， 從業(yè)者還會利用回收的熱能和二氧化碳供應給自己或銷售給周邊的溫室 設(shè)施，提高作物產(chǎn)量。 本文 以歐洲設(shè)施 農(nóng)業(yè)中常見的燃氣發(fā)電機組熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。 2 CCHP 系統(tǒng) 12.1 系統(tǒng)組成 及工作方式 2.1.1 燃氣發(fā)電機組 2.1.2 尾氣脫硫 、除雜和純化裝置 由于尾氣中含有雜質(zhì) （ 即使某些技術(shù)先進廠商的產(chǎn)品已經(jīng)可以將 尾 氣 中雜質(zhì) 和有害物質(zhì)的含量降到很低， 但這些 微量的有害成分 仍會 對 作 物 生 長構(gòu) 成 威脅 ，尤 其 是 在 長期 施 用的 情況 下 ） ， 如果 要應用 于 溫室 環(huán)境中，應當對尾氣進行除雜。主要 是過濾和脫硫設(shè)備 。 2.1.3 熱交換器 將尾氣 中的廢熱交換出來的設(shè)備。 1熱電聯(lián)產(chǎn) 英文 是 Combined Heating & Power ， 縮 寫為 CHP ，熱 電冷 聯(lián)產(chǎn) 英 文是 Combined Cooling Heating & Power ，縮 寫為 CCHP 。 2.1.4 變電裝置 包括升降壓、 穩(wěn)壓 以及 控制等設(shè)備， 如果需要并網(wǎng)， 變電裝置 則是 關(guān)鍵一環(huán)。 2.1.5 吸收式制冷設(shè)備 2.2 燃氣發(fā)電機 組簡介 2.2.1 常見品牌： 顏巴赫 （GE Jenbacher ） 本部： 奧地利； 通用 電氣旗下品牌； 產(chǎn)品 代表色：草綠色。 產(chǎn)品型號命名規(guī)則：J+ 系列+ 氣缸 數(shù)。J 是顏 巴赫 （Jenbacher ） 的 縮寫； 系列有 2 、3 、4 、6 和 9 系， 數(shù)字越大 相對機型越大， 技術(shù) 含量越高，產(chǎn)品越 高級。例如：J612 ，代表 6 系 12 氣缸 款。 曼海姆 （MWM ）本部 ：德國；代表色：產(chǎn)品藍色。 產(chǎn)品型號 命 名 規(guī) 則 ：TCG+ 系列+ 氣 缸 排 布 形 式 和 氣 缸 數(shù) 。 系列有 2016, 、2020 和 2032 ，其中 2016 系列最大 氣缸數(shù)是 16 氣缸， 2020 系列最大氣缸數(shù)是 20 氣缸 ，不過 2032 最大氣缸數(shù)是 16 氣 缸。 同樣是 數(shù)字越大越高級； 氣缸形式和數(shù)量則標示為 V8 、 V12 、 V16 等 ，代表 V 型 8 缸、V 型 12 缸或 V 型 16 缸，這一點與汽車 發(fā)動機的標示形式近似。 例如：TCG 2020 V12 ，代表 2020 系列 V 型 12 氣缸款。 瓦克夏 2 （Waukesha ） 本部： 美國； 通用電氣旗下品牌； 產(chǎn)品代表 色：橘紅色。 瓦克夏 各系列產(chǎn)品命名規(guī)則都不大一樣， 具體需要參考其網(wǎng)站或咨 詢 GE DP 的銷售工程 師。 卡特彼勒 （Caterpillar ）本部：美國；產(chǎn)品代表色：黃色。 和瓦克夏一樣， 卡特彼勒產(chǎn)品的型號命名規(guī)則 也比較復雜， 有的和 氣缸缸徑有關(guān)， 有的則和其他參數(shù)有關(guān)， 具體需要 參考其網(wǎng)站或咨2瓦克夏 和 顏巴 赫均 為 通 用 電氣發(fā)電 與 水處 理集 團 分 布式能 源 （GE DP ）部 門 旗下品牌 ， 按 GE DP 的工 程師 的說 法 ，瓦克 夏產(chǎn)品 強 調(diào)高 可靠 性和高 原適 用性 ，較 適合 偏遠油 田等 惡劣地 區(qū)， 顏巴 赫產(chǎn)品 則 具有較 高的 效率 和雙 燃料 的優(yōu)勢 。所 以用 在 CCHP 中，一 般采 用 顏巴赫 而非 瓦克 夏。 詢卡特彼勒 的銷售工程師。 康明斯 （Cummins ）本 部：美國；產(chǎn)品代表色：青藍色。 康明斯 的產(chǎn)品型號分為機組型號和發(fā)動機型號兩部分。 其 數(shù)字部分 代表產(chǎn)品特性。 機組型號中的數(shù)字代表 最大連續(xù)電功率 （單位 kWel）， 發(fā)動機型號中的數(shù)字則代表排氣量 （ 單位： L ） 。 例如： QSK60G C995 N5C 型 ， QSK60G 是 發(fā)動機型號， 代表排氣量 60L； C995 N5C 是 機組型號，代表最大連續(xù)電功率 995kWel 。 2.2.2 其中顏巴赫和曼海姆產(chǎn)品常用于農(nóng)業(yè)CHP 項 目中。 如腳注2 所述， 即使在 GE DP 內(nèi)部， 不同品牌產(chǎn)品有著不同的設(shè)計方向，其適用 范圍是和設(shè)計目的相關(guān)的。 有些燃氣 發(fā)電機設(shè)計上可能更注重 發(fā)電效率， 有些則更強調(diào) 嚴苛環(huán) 境下的 可靠性， 有些可能比較在意尾氣排放， 有些可能偏向于海洋 和船舶應用， 而 有些則 出于移動式目的 進行開發(fā)。 所以， 并非任何 一臺燃氣發(fā)電機都 適用于 CCHP/CHP 項目上。 這一點是 必須要明 確的。 對于農(nóng)業(yè) CCHP/CHP 項目而言， 尾氣中 CO2 的回收以及 與生物沼 氣聯(lián)合 是我們比較在意的方向。 系統(tǒng)尾氣有害成分含量 （ 如未能完 全燃燒的燃氣、 含硫 含硝廢氣、 燃燒產(chǎn)生的碳氫化合物 以及 其他有 機毒物 分子等） 會影響到后續(xù)尾氣純化凈化工藝的難度和效率， 也 會影響最終輸入溫室的 CO2 的 品質(zhì)。長期使用較差品質(zhì) 的 CO2 會 對作物 產(chǎn)生有害影響。 另外，如 與 畜牧畜禽業(yè)聯(lián)合形成循環(huán)農(nóng)業(yè) （ 抑 或是為了獲得 某些政策性扶持） 都需要設(shè)備支持生物沼氣發(fā)電 。 基 于以上 兩點，市面上可選擇的設(shè)備就非常有限了。 2.2.3 燃氣發(fā)電機組 最大連續(xù)額定電功率 3 從 300kWel 到數(shù) MWel 甚至十 數(shù) MWel 不等， 絕大多 數(shù)產(chǎn)品在 5MWel 以下， 應用于農(nóng)業(yè)的產(chǎn)品一 般不大于 2MWel 。 2.3 吸收式制冷 設(shè)備簡介 3廠商一般 都給 的是 最大 連 續(xù)額定 電功 率， 因為 發(fā)電 機電輸 出功 率和 燃料 熱值 等參數(shù) 相 關(guān)，因 此某 些條 件下 并不 一定能 夠達 到標 稱值 （特 別像生 物沼 氣這 種甲 烷含 量不穩(wěn) 定的 燃 氣） 。 2.3.1 特點 吸收式制冷設(shè)備的 特點是利用熱進行制冷， 因此這種設(shè)備廣泛應用 于工業(yè)廢熱回收項目。 常見的是溴化鋰吸收式制冷設(shè)備。 因 為 季 節(jié) 原 因 ， 一 般 設(shè) 施 園 區(qū) 項 目 不 會 出 現(xiàn) 冷 熱 同 時 需 求 的 情 況 （除非有冷庫， 但其冷需求有限） ， 所以， 實際生產(chǎn)中， 熱電聯(lián)產(chǎn)和 冷電聯(lián)產(chǎn)可以視作是以年為周期交替進行的。 2.3.2 吸收式 制冷原理： 冷水在蒸發(fā)器內(nèi)被來自冷凝器減壓節(jié)流后的低溫冷劑水冷卻， 冷劑 水自身吸收冷水熱量后蒸發(fā)， 成為冷劑蒸汽， 進入吸收器內(nèi)， 被濃 溶液吸收， 濃溶液變成稀溶液。 吸收器里的稀溶液， 由溶液泵送往 熱交換器、 熱回收器后溫度升高， 最后進入再生器， 在再生器中稀 溶液被加熱， 成為最終濃溶液。 濃溶液流經(jīng)熱交換器， 溫度被降低， 進入吸收器， 滴淋 在冷卻水管上， 吸收來自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽， 成 為稀溶液。 另一方面， 在再生器內(nèi)， 外部高溫水加熱溴化鋰溶液后 產(chǎn)生的水蒸汽， 進入冷凝器被冷卻， 經(jīng)減壓節(jié)流， 變成低溫冷劑水， 進入蒸發(fā)器， 滴淋在冷水管上， 冷卻進入蒸發(fā)器的冷水。 該系統(tǒng)由 兩組再生器、 冷凝器、 蒸發(fā)器、 吸收器、 熱交換器、 溶液泵及熱回 收器組成， 并且依靠熱源水、 冷水的串聯(lián)將這兩組系統(tǒng)有機地結(jié)合 在 一 起 ， 通過 對 高溫 側(cè)、 低 溫 側(cè) 溶液 循 環(huán)量 和制 冷 量 的 最佳 分 配 ， 實現(xiàn)溫度、 壓力、 濃度等參數(shù)在兩個循環(huán)之間的優(yōu)化配置， 并且最 大限度的 利用熱 源水的 熱量，使 熱水溫 度可降 到 66。以上循環(huán) 如此反復進行，最終達到制取低溫冷水的目的。 2.3.3 常見運行方式 熱水運行、 蒸汽 運行和直燃運行。 CCHP 系統(tǒng)常用熱水或 蒸汽運行 方式，蒸汽 運行效率更高。 2.3.4 冷輸出 溫度 如果使用水 （制冷劑）/ 溴化鋰 （ 吸收劑） ， 可以獲得 6-12 的冷凍 水； 如果采用氨 （制冷 劑）/ 水 （ 吸收劑） ， 則 可獲得-60 甚至更低 的冷凍液 （這里只是舉例， 并非推薦氨， 業(yè)主應根據(jù)自身項目需求選擇合適的冷媒） 。 2.3.5 誤解 注意， 宏觀上， 雖然溴化鋰 系統(tǒng)制可以利用發(fā)電機組的廢熱， 但最 終這部分廢熱還是排放到大氣中。 另外， 任何制冷系統(tǒng)只是將溫室 內(nèi)的熱帶到室外釋放， 它不會憑空消滅能量。 因此溫室內(nèi)的熱最終 還 是 排 放 到室 外 。請 勿產(chǎn) 生 溴 化 鋰或 熱 電聯(lián) 產(chǎn)系 統(tǒng) 可 以 消滅 熱 量 ， 甚至有助于給地球降溫的誤解。 2.4 以采暖為考慮，燃氣發(fā)電機與燃氣鍋爐的區(qū)別 二 者 區(qū) 別 在 于 燃 氣 鍋 爐 的 熱 效 率 遠 高 于 燃 氣 發(fā) 電 機 （ 燃 氣 鍋 爐 可 以 產(chǎn) 生高達 95% 的熱效率，而燃氣發(fā)電機只能產(chǎn)生 35%45% 的 熱效率 。 根據(jù)能量守恒， 物質(zhì)在 反應中釋放能量， 其總 能量是一定的， 燃氣發(fā) 電 機在產(chǎn)生熱能量 的同時， 還產(chǎn)生了電能量， 其總的能量轉(zhuǎn)化效率 大約在 80%90% 之間） ， 但燃 氣發(fā)電機可以產(chǎn)生 更高價值的商品 電 （即每 kWhel 的價格要高于每 kWhth 的價格 4 ） 。 可以說 ， 燃氣發(fā)電機項目應用 的核心目的是發(fā)電，而非產(chǎn)熱。熱是副產(chǎn)品。 在我國大部分地區(qū)， 出于 CCHP 供暖 能力和造價的考慮，CCHP 項目 應考慮鍋爐+CCHP 模式 ，且供暖以鍋爐為主 （如 3.2 所述） 。 2.5 二氧化碳利用 燃 氣 發(fā) 電 機 尾 氣 中 的 二 氧 化 碳 可 以 被 回 收 ， 純 化 后 可 作 為 溫 室 氣 肥 施 放。 根據(jù)研究數(shù)據(jù)， 溫室內(nèi)二氧化碳濃度的增加能夠有效提高作物 光合 作用效率， 從而提高作 物產(chǎn)量和品質(zhì) （ 光照、 氣溫和水肥的補充 也需要 相應提高） ， 但考慮到溫室密封性 （ 二氧化碳滲透泄露） 和人員安全性 5 ，一般二氧化碳 氣肥施放濃度在 300-1000ppm 之間，最高則控制 在 2000ppm 以下 6 。 由于密植作物的高二氧化碳吸收率， 如若保持較高的 室內(nèi)二氧化碳濃度，其氣肥施放量還是相當大的 7 。 4以民用采 暖和 民用 電為 例 。 北京 地區(qū) 的民用 采 暖熱 計量收 費標 準 是 0.20 元/kWh th ，居 民 第一階 梯電 價 是 0.4783 元/kWh el 。數(shù)據(jù) 來 源于 北京 熱力集團 和 國網(wǎng) 北京 公司 。 55000ppm 以上 的 二 氧化 碳濃度 可能 對人 產(chǎn)生 致命 危險 。 6 室外 大 氣中 二氧 化碳 濃度 大約 是 300ppm ，近 年 有 報道聲 稱地 球大 氣二 氧化 碳平均 濃度 將 突破 400ppm ，2000ppm 以上的 二氧 化碳 含量 會使 人 不適 且 昏 昏欲 睡 。 7并非所有 作物 對二 氧化 碳 都有較 高需 求， 例 如 CAM 循環(huán) 植物 則對 二氧 化碳 含量不 敏 感。具 體需 向農(nóng) 藝師/ 園藝 師咨詢 。 2.6 燃料來源 2.6.1 天然氣 包括油田氣、 氣田氣、 泥火山氣、 煤層氣和生物生成氣等 。 主要成 分是甲烷， 并還有其他低分子烷烴以及含硫氣體和 一些不可燃氣體 等。 2.6.2 生物沼氣 以生物發(fā)酵工藝生產(chǎn)的以甲烷為主的 可燃氣體。 發(fā)酵底物 不同， 氣 體成分 差別較大。 本文主要考慮以 處理畜禽糞污為目的而 生產(chǎn)的生 物沼氣。 其甲烷含量普遍低于天然氣。 2.6.3 其他燃氣 垃圾填埋場 產(chǎn)生的垃圾填埋氣、 煤焦化廠產(chǎn)生的焦煤氣 等。 2.6.4 顏巴赫聲稱其產(chǎn)品為目前市場上唯一的雙 氣燃料產(chǎn)品線 （既支持天 然氣，又支持 生物沼氣，但二者不得混合使用） 。 2.7 燃氣預處理和尾氣處理 為了保護設(shè)備， 供給燃氣發(fā)電機組的氣體須經(jīng)過脫硫除雜工藝處理。 因 為燃氣中的雜質(zhì)和含硫氣體 會對發(fā)電機組壽命產(chǎn)生不良影響。 3 CCHP 可以考慮的應用方向 3.1 發(fā)電 自用或上網(wǎng)。 目前 ， 依我國國情， 發(fā)電除了自用或上網(wǎng)之外， 供給周邊 用電單位的方法 并不可行。 因為用電戶除非在你隔壁， 否則電力就必須 上網(wǎng)。 理論 上而言， 只要你供電的價格 比工業(yè)或商業(yè)用電價格 有一定優(yōu) 惠， 就會有客戶需求。 但是， 若想實現(xiàn)這一想 法， 并非易事， 需要諸 多 條件支持。 3.2 為溫室、小區(qū)用戶 以及各類潛在用戶 供熱（包括生活熱水） 溫室的 熱 需 求 具 有 日 照 條 件 下 基本 無 需 熱 供 應 和 夜間熱 負 荷 巨 大 （是 當?shù)孛?用 建 筑 的 數(shù) 倍 ） 這 兩 個 特 征 。 我 國 北 方 地區(qū)仍應 以 鍋 爐 為 主 ， CCHP 作為 輔助供熱設(shè)備存在。 對于 熱負荷不大的地區(qū)， 可以考慮單純 的 CCHP 供熱。 相對而 言， 居民 建筑 及各類工廠的熱需求則比較穩(wěn)定， 可以視作較為理想的熱用戶。 如附近沒有居民區(qū)， 農(nóng)場周邊的農(nóng)產(chǎn)品加工廠也可能是潛在的 穩(wěn)定熱用戶（如 谷物烘干廠或公共設(shè)施 ） 。 3.3 為溫室、冷庫 、小區(qū)用戶以及各類 潛在用戶供冷 在夏季， 民用建筑 和溫 室對熱的需求均非常低， 如果有， 可能也僅局 限 于生活或生產(chǎn)用熱水 這一范圍內(nèi)。 但 其對冷的需求是巨大的。 一般情況 下， 溫室仍然推薦使用濕簾 等蒸發(fā)制冷設(shè)備， 以降低投資和運營成本 ， 除非溫室有密閉 要求， 不適用濕簾這種需要通風的溫室 8 。 和供熱 一樣， 很多工業(yè)、民用 、商用以及公共建筑都能能是 CCHP 的潛在冷需 求用 戶，包括農(nóng)業(yè)園區(qū)的預冷庫和冷凍庫。 3.4 為溫室供應二氧化碳 9技術(shù)上， 鍋爐 廢氣也可以為溫室提供二氧化碳 。 如 2.3 見上方 所述，其 區(qū)別僅在于是否能夠發(fā)電。 對于 夏季 應用而言， CCHP 的熱排放要遠小 于鍋爐（或溴化鋰 直燃機）的熱排放 （參見 3.5 見下方） 。 根據(jù)顏巴赫 提供的資料， 在每 kWh el 輸出時， 會伴隨產(chǎn)生大約 0.2kg 的 CO2 氣體。 經(jīng)催化轉(zhuǎn)換凈化及換熱器降溫后，氣體溫度被降至 55 左 右，供給溫室使用。 顏巴赫給出的參考 建議是 1 公頃以上溫室規(guī)模 才可 有可能有效運行 10 。 3.5 處理附近畜禽場的 生物廢棄物 這實際上是生物沼氣廠的作用。 沼液 （須 經(jīng)過 濾 ） 和沼渣可以 作為附 近 農(nóng)田的有機 肥料。 該項作用的前提是將沼氣廠生產(chǎn)的沼氣消耗掉， 降低 沼氣系統(tǒng)的工程投資 11 ，避免沼氣的長距離輸送 的工程投資 12 。 理論上， 依 就近布局方 式運作， 可以 形成畜禽 場 （糞污） 沼氣 工廠 （ 沼 氣） CCHP （熱、 電 、 冷、 二氧化碳 ） 作 物 （農(nóng)產(chǎn)品） 的 循環(huán)農(nóng) 業(yè)8例如某些 檢疫 溫室 、高 二 氧化碳 氣肥 濃度 溫室 、科 研溫室 等。 當然 ，除 了技 術(shù)可行 性， 項目是 否應 當使 用 CCHP 的冷能 也要 符合 項目 經(jīng)濟 性的要 求。 9需要相應 的快 速探 測裝 置 保證氣 體成 分正 確和 溫室 內(nèi) CO2 濃度 和濃 度分 布正 常。 10顏巴赫在 宣傳 資料 上也 給 出了溫 室 用 CHP 系 統(tǒng)的 面 積電功 率參 數(shù)， 如氣 肥+ 供 熱： 0.5MW el/ 公頃 ，氣 肥+ 供熱+ 照明：0.35MW el/ 公 頃。 但筆者 認為 該參 數(shù)意 義不 大，具 體還 應該根 據(jù)作 物生 產(chǎn) 中 CO2 吸收速 率、 滲漏 速率 以及 溫室 內(nèi) CO2 施放 濃度 等參 數(shù)計 算 CO2 需求量 。 11沼氣如果 要并 入當 地天 然 氣管網(wǎng) ，需 經(jīng)過 嚴格 的提 純、凈 化、 脫硫 、混 合氣 味劑以 及加 壓等工 序， 對系 統(tǒng)投 資影 響較大 。而 供給 附 近 CHP 系統(tǒng)， 則只 需經(jīng) 過脫 硫和 除雜工 藝 （而這 一部 分投 資， 往往 是由 CHP 業(yè)主 方投 資的 ） ，相對 而言 ，投 入成 本較 少。 12從沼氣廠 到居 民區(qū) 之間 的 管線敷 設(shè)也 是較 大的 工程 ，其維 護費 用也 是巨 大的 。 模式。 注意， CCHP 系統(tǒng)和燃氣鍋爐系統(tǒng)相比 ， 消耗 等量燃氣的條件下， CCHP 系統(tǒng)向大氣中排放的熱比 燃氣鍋爐少很多（ 大約少 50% ，因為能量守 恒， 亦可參見設(shè)備參數(shù)表，如 2.3 所述 ） 。 可以 認為 CCHP 比 燃氣鍋爐 更加環(huán)保。 4 與沼氣系統(tǒng) 的聯(lián)合 134.1 如3.5 見上方 所述， CCHP 系統(tǒng)理論上可以 循環(huán)農(nóng)業(yè)的模式進行運作， 如此運作的核心 便是沼氣的利用。 4.2 沼氣系統(tǒng)與 CCHP 系統(tǒng) 的匹配有一定的要求，在 項目規(guī)劃階段應當做 好溝通和銜接。 沼氣項目 、 CCHP 項目均應 本著就近獲取原料， 就近銷 售產(chǎn)物的原則進行規(guī)劃設(shè)計， 其 產(chǎn)能 和需求均應和上下游產(chǎn)業(yè)匹配， 避 免 二 者 任 何 乙 方 出 現(xiàn) 產(chǎn) 能 過 剩 或 供 應 不 足 的 情 況 出 現(xiàn) 。 項 目 籌劃階段 須杜絕好大喜功思想，以嚴謹認真的態(tài)度對待項目籌劃。 4.3 CCHP 在冬季需要為沼 氣系統(tǒng)回供熱量 （沼氣系統(tǒng)啟動時需熱量較大， 持續(xù)運行時， 由于微生物自身發(fā)熱， 需熱量相對較小 ） ， 以保證微生物 活性，進而 保證沼氣產(chǎn)量。這點在 項目規(guī)劃時應考慮到。 4.4 如 4.2 所述 ，沼氣廠與 CCHP 的距離不宜 過遠，最好近鄰。否則 沼氣 的輸送成本將影響 CCHP 的盈利能力。 對于沼氣廠和畜禽場 （以及能 源作物 14 產(chǎn)地 ）的距離、CCHP 到農(nóng)業(yè)園區(qū)的距離 問題亦是如此 。 4.5 沼氣系統(tǒng)的產(chǎn)能 和其所屬的畜禽項目規(guī)模相關(guān)。 沼氣系統(tǒng)如欲盈利， 除 了政策補貼、 收取治污 費用、 銷售沼氣外， 還 應考慮 發(fā)酵底物中動物糞 污和能源作物的混合比例，因為單純的動物糞污 產(chǎn)氣率較低。 5 環(huán)境保護 5.1 筆者認為， CCHP 項目 是清潔能源項目， 這一點是無可挑剔的。 但 CCHP13沼氣系統(tǒng) 具有 其獨 立的 專 業(yè)性， 其項 目規(guī) 劃和 生產(chǎn) 同樣面 臨 與 CCHP 近 似的 問題。 但 本文受 主題 所限 ，暫 不就 此討論 ，具 體可 參看 文后 所列的 參考 資料 。需要 注 意的是 ，沼 氣 系統(tǒng) 的 供給 和 CCHP 系統(tǒng) 的消耗 并不 能 總 保持 平衡 ，二者 之間 除了 需要 一定 的供銷 緩沖 以 減少浪費 （ 為了 儲氣 系統(tǒng) 安全， 需要 燃燒 掉多 余燃 氣， 如 石化 廠的 火炬 ）外 ，項目 之間 的 供銷比 例是 前期 規(guī)劃 中需 要引起 重視 的。 14能源作物 ：以 獲得 生物 質(zhì) 能源為 目的 而培 育和 栽培 的作物 。例 如某 些用 于生 產(chǎn)工業(yè) 酒精 的的玉 米或 馬鈴 薯品 種。 這類作 物的 特點 是口 感差 ，不適 合作 為食 物甚 至飼 料，但 卻具 有 極高的 產(chǎn)能 和能 量轉(zhuǎn) 化效 率。目 前我 國大 部分 地區(qū) 沒能有 效普 及 能 源作 物 概 念，仍 然使 用糧食 作物 生產(chǎn) 工 業(yè) 品， 筆者認 為這 是一 種嚴 重的 浪費。 項 目 不 建 議 視 其 為 新 能 源 項 目 或 環(huán) 保 項 目 。 因 為 其 總 體 是 產(chǎn) 生 熱 和 二 氧化碳排放的 ，較之自然農(nóng)業(yè)，其對土地、大氣的影響不應被忽視 。 5.2 對于生物沼氣項目而言， 將沼氣燃燒再排放比直接將沼氣排入大氣， 除 了 能 消 除 硫 化 氣 體 排 放 氣 味 的 作 用 外 ， 二 氧 化 碳 的 溫 室 效 應 要 弱 于沼 氣中甲烷的溫室效應， 而且 生產(chǎn)過程中 會產(chǎn)生附加效益。 這一處理方式 可視作 兩害相權(quán)取其輕 的方法，屬于相對而不是絕對的環(huán)保應用。 5.3 與直接燃燒相比，較少的熱排放（ 參見 3.5 見 上方） 。 5.4 分布式能源 以小區(qū)為單位的冷、 熱和電能源供應 。 減少小區(qū)內(nèi)對電能和化石能源的 依賴。與集中式能源供應相比， 管線 工程更少，產(chǎn)能調(diào)度更 靈活。 5.5 大型畜禽場、垃圾填埋場、 釀酒廠 、煤焦化廠的環(huán)保設(shè)施 用于處理其產(chǎn)生的廢棄物 （畜禽場的糞便， 填 埋場產(chǎn)生的可燃氣體， 釀 酒廠產(chǎn)生的 酒糟酒渣， 煤焦化廠產(chǎn)生的可燃廢氣 ） ， 減少 （ 注意 ， 是 減 少而不是消除） 這類設(shè)施對環(huán)境的 破壞。 6 我國 CHP/CCHP 應用面臨的問題 6.1 項目經(jīng)濟性 6.1.1 原料的供應 天然氣 ： 我國的天然氣具有明顯的 地域分布特征， 靠近氣田的地區(qū) 天然氣價格低廉 （0.50 元/Nm 甚至更低） ， 遠離氣田的地區(qū) 氣價較 高（2.50 元/Nm 甚至 更高， 其中 主要是輸送成本） 。 靠近 氣田地區(qū) 往 往 偏 遠 ，對 電 力的 需求 往 往 也 低（ 有些 甚 至就 是 電 力 外送 地 ） ， 電 、冷 、 熱能 量 除了 自用 幾 乎 無 法外 售 。 限制 了 項 目 的 盈利 能 力 。 即使項目 產(chǎn)能可以自我消化， 由于 地處偏遠， 其高技術(shù)人力資源需 求仍難以滿足。 沼氣： 沼氣則需要附近有 大型的畜禽場和配套的沼氣工廠， 沼氣工 廠的規(guī)模需要和 CCHP 項目相匹配， 理想情況是畜禽場、 沼氣廠、 CCHP 、 設(shè)施園區(qū)、 露天有機農(nóng)場 及周邊地區(qū)聯(lián)合規(guī)劃。 但這種項 目非常大，非一般機構(gòu)可以主導。 焦煤氣 或垃圾填埋氣： 由于這類項目周邊環(huán)境較差 、 污染較重， 不宜進行 農(nóng)作物生產(chǎn)，因此這一方向暫不作為本文考慮對象。 6.1.2 產(chǎn)品供求 關(guān)系 此種投資額度較大， 產(chǎn)品 潛在用戶 具有一定波動性的項目， 前期的 供求關(guān)系調(diào)研是非常重要的， 只有預先發(fā)現(xiàn)潛在用戶， 并 且潛在用 戶有需求意向時， 才可 認為項目 具有一定的營收能力。 包括 項目供 給能力， 潛在用戶 需求 量以及未來需求趨勢， 都需要納入調(diào)研分析 的范圍。 如果能將多余冷熱能量銷售給周邊工民建筑， 理論上可以 獲得更高 的利潤 15 ，周邊是否有這方面的需求，是需要前期調(diào)查的。 CCHP 或鍋爐產(chǎn)生的二氧化碳必然遠高于作物需求， 多余的二氧化 碳能否銷售給周邊其他 溫室設(shè)施或二氧化碳需求方， 是項目獲利 能 力的一個點。 由于我國存在農(nóng)電優(yōu)惠， 其 電價 低于上網(wǎng)銷售電價， 如果 CCHP 項 目是農(nóng)業(yè)園區(qū)的附屬， 其余電上網(wǎng) 后， 不確定農(nóng)業(yè)園區(qū)還能否 享受 低廉的農(nóng)電優(yōu)惠。 如果 想規(guī)避這個風險， 可以將發(fā)電 項目 設(shè)立為獨 立法人 。 6.1.3 同業(yè)競爭 在電力方面， 附近的 CCHP 和 其他類型電廠都是 CCHP 項目的同 業(yè) 競 爭 對 手， 畜禽 規(guī)模 養(yǎng) 殖 污 染防 治 條例 規(guī) 定 ， 電 網(wǎng)應 全 額 收 購沼氣發(fā)電剩余電力， 這 可以保護沼氣發(fā)電企業(yè)因受 電網(wǎng) 調(diào)度而產(chǎn) 生的損失。 在其他方面，如果附近有其他 CCHP 項目存 在， 冷熱能量的銷售 則會發(fā)生 競爭。 6.1.4 周邊規(guī)劃配合 本條內(nèi)容與 6.1.2 息息 相關(guān)。 如果 周邊規(guī)劃沒有對 CCHP 產(chǎn)品的需 求， 則 CCHP 項目無法產(chǎn)生綜合 效益 （無法達到效益最大化， 甚至15比如溫室 夏季 采用 更廉 價 的濕簾 降溫 ，CCHP 的冷 量就可 以銷 售給 周邊 工民 建筑。 但這 個需求 量也 肯能 會出 現(xiàn)季 節(jié)性或 氣象 性的 較大 波動 。對于 外售 能量 而言 ，采 購方對 足量 供 應這一 點都 會比 較重 視， 在大需 求壓 力下 ，無 法足 量供應 能量 ，可 能會 導致 合同違 約， 這 點應值 得注 意。 無 法 產(chǎn) 生 效益 ） 。這 方面 工作 不 僅僅 需 要和 政府 協(xié) 調(diào) ， 還需 要 和 周 邊項目的開發(fā)商協(xié)調(diào) ， 其協(xié)調(diào)難度可想而知。 在 CCHP/CHP 項目 普及的 國家， 如果開發(fā)商 了解到其規(guī)劃項目周邊有 CCHP/CHP 項 目 ， 他 們 會主 動 與你 洽商 ， 以 便 獲得 更 為廉 價的 冷 、 熱 、電能源 。 與此不同 ， 我國開發(fā)商的市場調(diào)研工作 比較片面， 為了規(guī)避 受制于 人的風險，傾向于自給自足 或與國有企業(yè)簽訂能源協(xié)議。 6.1.5 投資資金和 固定投資折舊 單就 CCHP 項目而言， 500kWel 級別的項目投 資可能在幾百萬元 上 下， 如果包含上下游產(chǎn)業(yè)鏈， 投資額可能高達上億。 資金 來源可能 是項目 按整體意識實施的最大障礙。 如果 分期建設(shè)， 可能導致產(chǎn)業(yè) 鏈缺失，或項目間銜接不當 的問題。 由于多數(shù)設(shè)備需要進口， 受稅收 和運費影響，我國的 CCHP 系統(tǒng) 采購價格本身就比歐洲高， 使得我國 CCHP 項目折舊較高。 6.1.6 投資回報率 由于較高的 成本攤銷、 不可確定的原料供應問題 、 上網(wǎng)電價以及補 貼問題 、 能源銷售問題等等， 目前 來看， 我國 CCHP 系統(tǒng) 的投資回 報率不容樂觀。 但 不排除 未來國家對清潔能源 、 分布式能源 以及可 對廢棄物進行 低 污 染 化 處 理 的 鼓 勵 政 策 的 出現(xiàn)會大幅度推進 CCHP 系統(tǒng)的普及率， 進而降低 CCHP 的初 期 投資額（ 設(shè)備價格 或設(shè)備國產(chǎn)化方面） 。 6.2 政策問題 6.2.1 法律政策 層面 依 中 華 人民 共 和國 電力 法 ， 成立 具 有獨 立法 人 資 格 的電 力 生 產(chǎn) 企業(yè)是允許的， 開放的。 但應當符合相關(guān)規(guī)定要求。 電力法 也明 確了國家鼓勵采用可再生能源和清潔能源生產(chǎn)電力。 6.2.2 電網(wǎng)層面 國網(wǎng)和南方電網(wǎng) 是我國電網(wǎng)的運營 企業(yè)， 處于壟斷地位。 電力能否 上網(wǎng)需要經(jīng)過 電網(wǎng)的審核， 上網(wǎng)所需的附屬設(shè)施 實際上也 需要服從 電網(wǎng)的報價和安排。 電網(wǎng)方面給出的上網(wǎng)電價是衡量項目能否帶來收益的核心要素。 6.2.3 補貼 以德國為例， 利用沼氣發(fā)電的項目可以獲得多種電價補貼， 在補貼 的支持下， 一般 350kWel 級別的項目 （該假想 項目先決條件是 2011 年入網(wǎng)； 發(fā)酵底料是 30% 糞污+70% 能源作物； 項目可以銷售熱能、 電能、 沼肥， 并收取治 污費） 可以獲得較為理想的收益， 沼氣發(fā)電 項目的成本回收期大約是 7 年。 國內(nèi)的補貼目前沒有見到以法律形 式明確 的， 國家層面和地方層面的補貼也不一樣， 這個具體要咨詢 當?shù)氐碾娏χ鞴懿块T。 補貼可能會決定項目是否可能盈利。 目前公 開報道中可查的有 一篇在 2010 年報道蒙牛位 于黑龍江的牛糞污沼 氣發(fā)電項目 的 文 章 ， 當 時 的 報 道 是 蒙 牛 的 度電成本為 1.4953 元 /kWhel ，含稅上網(wǎng)電價 是 0.507 元/kWhel 每年 大約虧損 800 萬元。 6.3 技術(shù)問題 6.3.1 項目籌劃 項目業(yè)主需要具有宏觀規(guī)劃 思路 ， 聘請的市場調(diào)研、 規(guī)劃和設(shè)計機 構(gòu)能夠通力協(xié)作， 實事求是 ， 嚴謹認真 ， 對項目可行性做出合理判 斷。 避免 “為 上馬而報 告” 的情況 出現(xiàn)。CCHP 項目上下游涉及內(nèi) 容廣泛， 包括上下游產(chǎn)業(yè)鏈 ， 可能 涉及數(shù)億元甚至幾十億元 的總投 資。 這樣 大規(guī)模的投資項目， 如果不對整個產(chǎn)業(yè)鏈進行詳細嚴謹?shù)?考察和評估， 一旦在任何一個 小 的環(huán)節(jié)上出現(xiàn)問題， 都可能 導致整 個項目失敗， 造成項目虧損甚至上億元的投資浪費。 6.3.2 人力資源 CCHP 及其 上 游 和 下 游 產(chǎn) 業(yè) 均 需 要 大 量 的 富 有 經(jīng) 驗 的 專 業(yè) 技術(shù) 人 才 （包括 畜禽養(yǎng)殖、 沼 氣生產(chǎn) 、CCHP 運營維 護、 園藝和農(nóng)藝、 項 目規(guī)劃等 ） ， 這 些人 才在 大 城 市 相對 集 中， 但大城市卻 有著 土地配 給和原料價格的問題， 使得這類人才難以在較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈中 真 正發(fā)揮作用。 而天然氣或沼氣相對集中的地區(qū)則比較偏遠， 招募人 才的難度比較大。 6.3.3 技術(shù)普及度 目前燃氣分布式能源 系統(tǒng)在我國的應用 非常有限， 只有少數(shù)的低功 率項目在運營， 真正結(jié)合上下游產(chǎn)業(yè)形成成熟盈利模式的項目十分 難覓。 但隨著技術(shù)的發(fā)展和廠商的 宣傳， 想必在不就的將來， CCHP 技術(shù)會吸引更多的目光。 6.3.4 生產(chǎn)調(diào)度和 管網(wǎng)調(diào)度 依法， 沼氣發(fā)電企業(yè)無需考慮 電網(wǎng) 調(diào)度問題， 但使用天然氣的發(fā)電 企業(yè)則會遇到 電網(wǎng)調(diào)度迫使產(chǎn)能浪費的情況出現(xiàn)。 不同 于 純粹的發(fā) 電企業(yè)。 純粹 的發(fā)電企業(yè) 只涉及原料供應和電力銷售兩個方面。 當 電網(wǎng)不接收電力時，可以停產(chǎn)。但 CCHP 項 目涉及 的下游用戶很 多， 需求各有不同。 冷/ 熱、 二氧化碳 、 電任何 一個用戶在有需求時 均不應當停產(chǎn)， 容易發(fā)生 即產(chǎn)即損 的情況。 因此， 如何有計劃的生 產(chǎn)，如何 向沼 氣 廠提 出用 氣 計 劃 是項 目 得以 順利 運 行 的 重要 保 證 。 7 CCHP 系統(tǒng)造價與運行成本 根 據(jù) 顏 巴赫 工 程 師給 出的 參 考 數(shù)據(jù) （ 他 以顏 巴赫 J624 16 雙 渦輪 增 壓機型 為 參考） ，熱電聯(lián)產(chǎn)機組的全套設(shè)備大約在 6000 元人民幣/kWel ，熱電 冷聯(lián)產(chǎn)項目 大約在 7000 元人民幣/kWel 。設(shè)備維護費用大 約在 0.10 元人民幣/kWhel 。但這 里不包括 廠房建 設(shè)費用 、電氣開 關(guān)柜、 上網(wǎng)（ 變電）設(shè) 備費用 。廠房 面積不大， 大約在一兩百平米規(guī)模， 造價占比不大。 電器柜的成本大約在幾十萬元規(guī)模。 上 網(wǎng)設(shè)備費用視接線長度、 是否占用第三方土地等諸多因素影響， 大約在百萬到數(shù) 百萬元規(guī)模上。 如果是其他機型， 應當向廠商咨詢。 CCHP 系統(tǒng)的折 舊年限一般 按 35 年計算。賬面 可 按照直線折舊法或殘值直線折舊法計算 ，可按 5% 設(shè)定殘 值率。 顏巴赫系統(tǒng) 支持遠程管理， 業(yè)主不必雇傭?qū)ｉT的系統(tǒng)管理人員， 維護也可 以交由顏巴赫負責 ， 不過這一切都需要付費。 8 CCHP/CHP 項目 案例（僅以顏巴赫為例 ） 17德國 ，lamping 農(nóng)場。1 臺 J208 ，總電功率 330kWel ，糞污+ 玉米 秸 稈發(fā)酵16顏巴赫 J624 是一 款 24 氣缸的 燃氣 發(fā)電 機， 其雙 級渦輪 增壓 款是 顏巴 赫的 明星產(chǎn) 品。 其 電輸出 功率 在顏 巴赫 品牌 內(nèi)，僅 小 于 J920 機 型。 其 連續(xù)輸 出電 功率 高 達 4.4MW el ， 其他 競品一 般 為 4.3 MW el 。 一 般農(nóng)業(yè) 項目 不會 用到 這么 大的機 型， 這里 工程 師也 只是以 此為 例。較 小的 機型 相對 而言 ，單位 功率 經(jīng)濟 性會 相對 差一些 。 17因筆者僅 與 GE DP 的 工 程師進 行了 溝通 ，所 以相 關(guān)案例 均以 顏巴 赫為 例， 這并不 代表 筆者 的 品牌 傾向 性 。 制沼氣 。 中國 山東， 民和牧業(yè)。3 臺 J320 ， 總電功率 3189kWel ， 年處理 18.25 萬噸 雞糞。 荷蘭 ，Richard van Schie 菊花溫室。2 臺 J416 ， 總電功率 2260kWel ，以 天 然氣為燃料 ，菊花生產(chǎn)。 電能/ 熱能/CO2 氣肥 自用和外銷。 中國 上海， 老港鎮(zhèn)垃圾填埋場。7 臺 J420 ， 總 電功率 9863kWel ，以 垃圾填 埋氣為燃料 ，通過碳交易每年可獲得 額外約 300 萬美元碳減排收益 。 德國 ，SBR 生物 沼氣工廠。1 臺 J420 ， 總電功 率 1413kWel，以 當?shù)?廚余垃 圾 18 和食品工業(yè)廢物進行發(fā)酵制備沼氣， 同時 生產(chǎn)蒸汽用于無菌有機肥 殺菌工藝。 該 項目采用 集裝箱解決方案 。 中國 河南， 天冠沼氣電廠。 4 臺 J620 ， 總電功 率 10956kWel ， 利用 乙 醇生產(chǎn) 廢液發(fā)酵制備沼氣發(fā)電。 荷蘭 ，Van der Arend 玫瑰溫室。2 臺 J616 ，總電功率 4376kWel ，以天然 氣為燃料，玫瑰生產(chǎn)。 電能/ 熱能/CO2 氣肥自用 和外銷。 法國 ， Serres Vinet 園藝 溫室。 2 臺雙級渦輪增 壓 J624 ， 總電功率 8800kWel ， 以 天然氣為燃料，番茄和萵苣生產(chǎn)。 電能/ 熱能/CO2 氣肥自用和外銷。 18需要執(zhí)行 嚴格 的垃 圾分 類 制度。 參考資 料 董仁杰 ， 奧 伯 恩哈 特 藍寧 閣. 沼氣 工程 與技 術(shù)： 第 4 卷M. 北京： 中國 農(nóng)業(yè) 大學 出 版社.2013.5. GE 發(fā)電 與 水處 理集 團 分布式能 源. 顏 巴赫 燃氣 內(nèi)燃 機宣傳 資料Z.2015. 中華人 民共 和國 全國 人民 代表大 會. 中 華人 民共 和國 電力法Z.2015-4-24. 中華人 民共 和國 國務 院. 畜 禽規(guī)模 養(yǎng)殖 污染 防治 條例Z.2014-1-1. xjf. 蒙 牛 沼 氣 發(fā) 電 廠 ： 虧 損 也 要 探 索 前 進 EB/OL. (2010-2-27)2016-10-13. http:/bbs.bbioo.com/thread-54446-1-1.html 單位說明 kW ： 千瓦 kW el ： 千瓦 電 功率 kW th ： 千瓦 熱 功率 kWh el ： 千瓦時 電力 （ 即 習慣 上的 電 度 ） kWh th ： 千瓦時 熱力 MW ： 兆瓦（ 千千瓦 ） MW el ： 兆瓦 電 功率 MW th ： 兆瓦 熱 功率 Nm ： 標準工 況 立 方米 氣體 ， 即 1 標準 大氣 壓，20 下 立 方米氣體 體積 L ： 升 參考網(wǎng)站 通用 電 氣分 布式 能源 部門 （顏巴 赫 和 瓦克 夏） http:/www.ge-distributedpower.com.cn/0-5-mw 曼海姆 http:/www.mwm.net/mwm-chp-gas-engines-gensets-cogeneration/gas-engines-power- generators/ 卡特彼 勒 http:/www.cat.com/zh_CN/products/new/power-systems/electric-power-generation.html 康明斯 （康 明斯 怡和 能源 ） http:/cumminsjec.com/kmsrqfd/list_17.aspx