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1、1,“华能北京热电有限责任公司”热电冷联产示范项目工程,华能北京热电有限责任公司2010-7-14,2,热电冷联产示范项目工程 7/14/10,1 背景与意义,2 热电厂运行参数分析模型,4华能北京热电厂热电冷三联产示范工程评价,3 制冷系统耗能分析模型,5华能北京热电厂热电冷三联产推广工程评价,6结论,3,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,华能北京热电厂安装有4台德国Babcock公司和武汉锅炉厂合作制造的830t/h带飞灰复燃的液态排渣塔式直流锅炉；4台俄罗斯供货的供热式汽轮发电机组。4台机组已于1999年全部投产发电，装机总容量770MW。电厂于2003年完成了后置机改
2、造工程，使全厂最大发电能力达到849MW。2004年完成了燃油尖峰热水炉改天然气工程，使电厂供热能力达到4856GJ/h（1160Gcal/h），可满足北京市约2500万平方米的冬季采暖要求。,4,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,华能北京热电厂,5,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,6,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,冬季我厂各台机组处于高效运行状况，为北京市输送电力、工业蒸汽和采暖热水三种产品；而在夏季，由于城市采暖系统的停运，工业蒸汽量需求减少，采暖热水量需求也急剧减少，机组几乎在纯凝工况下运行，发电能力受到影响。同时，夏季空调电力
3、负荷急速增加，市场需求电量增大，而城市热网系统闲置，形成了季节性的电力供需矛盾。,7,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,可见，和冬季相比，在用电负荷较高的夏季，热电厂一方面要增加发电量，另一面又处于高发电煤耗条件下发出该电量，使所消耗的燃煤量会大大增加，从而带来更大的大气污染物和生态污染物排放。同时，电厂夏季热水用户极少，夏季约1800-2000吨/小时，有大量的热水资源被闲置。因此，在夏季热电厂存在突出的节能增效的问题。,8,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,如何充分合理的利用闲置资源，提高机组效率、增加夏季发电量、改善机组经济指标，是摆在我厂面前的一个课
4、题。,9,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,实现热电厂夏季节能增效的关键是增加夏季对外供热。虽然夏季各种用户对热的直接需求很少或者没有，但是却对冷有很大的需求，因此增加热电厂夏季对外供热的关键是实现以热制冷。与传统的电空调相比，吸收式溴化锂制冷系统能够以热源作为输入能源获得冷输出，显然其为热电厂夏季热负荷提供一种可行的途径。,10,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,基于热电厂的吸收式溴化锂制冷系统称之为热电冷联产系统，是一种能源综合利用技术，与热电联产冷分产相比，基于热电厂的热电冷联产在节能减排等方面具有很多优势：(1)能够缓解夏季电力供需矛盾。随着社会发展
5、和人民生活水平的提高，夏季制冷需求也进一步增加。目前人们夏季制冷主要采用消耗电能的压缩机空调系统，从而导致夏季电网很大的用电负荷，据统计，在夏季电力负荷中，空调几乎占用电负荷的1/4。因此，热电冷三联产能够降低制冷用电负荷，从而缓解夏季供需矛盾。,11,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,(2)提高热电厂的设备利用率及经济效益。冬季居民采暖需求量大，热电厂的热负荷较大，而夏季，处于热负荷低谷，设备利用效率低。在北京，冬季采暖期为4个月，夏季供冷期为4个月，显然采用热电冷联产，机组高效率运行期几乎可以增加一倍。可见，热电冷联产可增加热电厂的夏季热负荷，平衡冬季和夏季热负荷的峰谷差
6、，这样就提高了热电厂的设备利用率，相应地提高了热电厂的经济效益。,12,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,(3)节省能源。热电厂在夏季没有对外供热的情况下，其热效率一般为3540，而热电冷联产系统由于实现了能源的梯级综合利用，其热效率可以达到70以上，从而可以带来能源的节约。(4)减少了排放。热电冷三联产系统由于提高了能源利用率，因此获得同样的电量和热量(冷量)，消耗的能源减少了，从而排放的大气污染物NOx、SOx和颗粒物以及生态危害物二氧化碳也会减少。,13,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,基于这样的考虑，为充分利用热电厂夏季闲置的热水资源，2008年，
7、华能北京热电有限责任公司在本厂生活区（包括单身楼、外招楼、食堂及多功能厅、体育馆、生产库、警队及消防队驻地、小车库）建筑面积约2.2万平米的建筑物实施了热水溴化锂制冷机组提供冷源项目，即基于热电厂的热电冷三联产项目。目前，该项目已经平稳正常运转了两个供冷季，表明基于热电厂的热电冷三联产具有可实现性。,14,热电冷联产示范项目工程 背景与意义 7/14/10,本项目旨在通过将示范工程中采用的热电冷三联产系统与传统的热电联产冷分产系统进行比较，开展该示范项目以及进一步的推广工程项目的经济性和社会效益方面的评价和分析，为实施基于热电厂的热电冷三联产工程提供一定的参考依据。,热电冷联产示范项目工程 热
8、电厂运行模型 7/14/10,冷,煤,煤,冷,电,热、电、冷这三种不同品质的能，为了能对这两个系统进行比较，需要将不同品质的能量折合成一次能源消耗，即需要把热量、电能、冷量都折算为一次能源消耗量，这正是比较分析的关键。,15,热电冷联产示范项目工程 热电厂运行模型 7/14/10,冷,煤,煤,冷,电,可见，对两个系统进行比较的关键是把不同品质的能量折合成一次能源，而把不同品质的能量折合成一次能源的关键是电厂的能量转化特性，为此需要对电厂的能量转化过程建立模型。,输电过程,16,热电冷联产示范项目工程 热电厂运行模型 7/14/10,基于能量转化过程的不同品质的能量折合成一次能源模型,抽汽口处蒸
9、汽焓,所抽蒸汽的饱和水焓,汽轮机进口蒸汽焓,汽轮机排汽焓,锅炉给水焓,对外供热量,17,热电冷联产示范项目工程 热电厂运行模型 7/14/10,基于热电厂运行参数的的不同品质的能量折合成一次能源模型 确定电厂的运行参数的关联关系,反映热电厂运行工况的核心参数有：供热比、发电量P、发电煤耗率b、耗煤量m0、对外供热量qout、热电厂总热效率h。,18,热电冷联产示范项目工程 热电厂运行模型 7/14/10,热电厂运行状态预测过程,19,热电冷联产示范项目工程 热电厂运行模型 7/14/10,热电厂运行参数预测模型输入条件与适用性,所建立的热电厂运行参数预测模型所需要的输入参数,这些需要输入的参数
10、对任何热电厂而言，都是容易获得的，因此所建立的模型具有广泛的适用性。,热电冷联产示范项目工程 制冷系统耗能分析模型 7/14/10,基于热水的溴化锂制冷系统,加热热水,21,热电冷联产示范项目工程 制冷系统耗能分析模型 7/14/10,基于热水的溴化锂制冷系统,制冷需求量,因制冷需要供热量,溴化锂机组耗电量,热制冷系数,溴化锂机组电功率,溴化锂机组耗电每制冷季每平米电费,热电冷联产示范项目工程 制冷系统耗能分析模型 7/14/10,基于电空调的制冷系统,电空调制冷系统,电量输入,冷量输出,制冷需求量,因制冷需要电量,制冷电量折合标煤热量,电制冷系数,23,热电冷联产示范项目工程 制冷系统耗能分
11、析模型 7/14/10,取户式空调机制冷功率W1=2Kw/台，价格约1000元/台，寿命10年，每冷季单位面积成本,电制冷每冷季单位面积电费,24,25,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,华能北京热电厂热电冷三联产示范工程评价,为充分利用夏季闲置的热水资源，2008年，华能北京热电有限责任公司在本厂生活区（包括单身楼、外招楼、食堂及多功能厅、体育馆、生产库、警队及消防队驻地、小车库）建筑面积约2.2万平米的建筑物实施了热水溴化锂制冷机组提供冷源项目。,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,在示范工程中，2.2万平方米制冷面积需要制冷功率为Qc=0.1kw/m2，
12、而#l、#2增压风机变频室最大需制冷量取为320 kw，二者相加获得该示范工程的需求制冷量。制冷时间按三个月共90天计算。,示范工程面积采用热电厂热电冷三联产系统时，选用2台125104kcal/h热水溴化锂制冷机组。,示范工程面积采用热电联产冷分产系统时，制冷需求量与三联产系统相同，取电制冷系数取为2.6，制冷平均负荷 取为0.7。,26,27,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,示范工程溴化锂机组性能参数,28,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,示范工程面积热电联产冷分产系统运行特性与参数,copc,29,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10
13、,示范工程面积热电冷联产系统运行特性与参数,cope,30,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,示范工程二联产系统与三联产系统运行参数比较,31,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,示范工程节能减排分析,在示范工程中，三联产系统与二联产系统相比，其社会效益体现为发电煤耗的降低所带来的节能和减排。以三联产系统的发电量为基准发电量，三联产系统发出该电量所消耗的燃煤与二联产系统发同样电量所消耗的燃煤相比的减少量为节煤量，该节煤量所对应的二氧化碳、颗粒物、NOx和SOx排放量为减排量。,32,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,节煤量t,三联产系统热电厂
14、的发电功率万kwh,制冷时间h,二联产系统热电厂发电煤耗率g/kwh,三联产系统热电厂发电煤耗率g/kwh,33,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,示范工程三联产系统相对二联产系统的节能减排,34,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,小结,按我厂目前实际使用情况分析：目前我厂只运行一台溴化锂机组，机组及供水系统电气设备功率140KW，盘管风机功率28.8KW，增压风机变频室风机功率20KW。合计189KW。按我厂发电煤耗285克/千瓦时，折合标煤量0.054吨/小时。根据目前实际运行情况，单台机组平均流量约为90吨/小时，机组温差平均为15-20，每小时消耗热
15、量为7.54吉焦，按供热煤耗37公斤/吉焦折合标煤量0.27吨/小时。机组共耗标煤0.324吨/小时。如采用电空调耗电量965KWh。折合标煤量0.386吨/小时（供电煤耗按等价值400克/千瓦时折算）。两项比较直接效益为节约标煤量0.052吨/小时。,35,热电冷联产示范与推广项目评估示范工程评价 3/16/10,目前我厂夏季对外供热水量为1800T/H-2000 T/H，假如夏季我厂对外供热量增加10000T/H（大约可为89台125*104kcal/h热水溴化锂机组提供热源，产生127237KW/h制冷量，满足98万平方米制冷面积），由于夏季供热量增加供热比由9%提高到18%，降低煤耗2
16、7g/kwh，对外供热量增加后机组真空度可提高2KPa，降低煤耗5g/kwh（真空度变化1%影响煤耗2.5g）；共降低煤耗32 g/kwh，3个月发电量按13亿度计算共节约 4.1万吨标煤，减少CO2 排放量11万吨。,36,热电冷联产示范项目工程示范工程评价 7/14/10,目前溴化锂机组运行一台已经基本满足现有设备及建筑物的制冷需求。设备已运行两个制冷季时间，运行调整工作量小，设备运行稳定，运行费用较低不设专人管理，维护量很少。运行结果表明基于溴化锂制冷机组热电厂热电冷三联产系统是可行的。,37,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,在示范工程中，比较了三联产系统与二联产系统
17、热电厂的节能减排特性以及热电厂的收益。可以看出，与二联产系统相比，三联产系统确实能够获得节能减排的社会效益。但由于在示范工程中没有考虑二联产时电制冷耗电成本以及三联产热制冷用热的收益，因此两种系统比较所显示的热电厂的收益差别并不明显。,38,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,同时，由于示范工程规模很小，对热电厂供热比影响不大，所以热电厂运行参数改变也不明显，节能减排也不很显著。因此，为了考虑电制冷耗电成本支出以及热制冷用热收益，以及显示三联产时热电厂节能减排和好的经济性的规模效应，进一步对一系列冷需求的情况下，比较了三联产和二联产系统热电厂的运行特性，分析了相对于二联产系统，
18、其经济性、热效率、社会效益随供冷面积的变化。并从热电厂侧分析了制冷供热的临界成本，从冷用户侧分析了其可接受的热制冷支出限额。,39,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,热效率对比,对三联产系统，随着供冷面积增大，热电厂对外供热比增加，热效率提高。纯凝工况下=0，热效率=32.54%；当供热比=62.19%时，热效率 已高达83.82%。随着供热比的提高，不同品质的能源综合利用程度的提高，可以大大改善热电厂的热效率，有利于实现热电厂高效运行和节能减排。,40,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,冷用户成本分析,*在额定负荷下，热电厂有制冷供热条件下电与热的收益与无
19、供热时电的收益相等情况下，可以确定热电厂供热的临界成本：9.33元/冷季.,41,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,热电厂收益分析,二联产系统热电厂收益分析：二联产系统热电厂收益为其发电收益减去煤耗支出。热电厂对外供电功率为 74.45万kwh，上网电价为0.3元/kwh，标煤价格取640元/吨。由此算得热电厂不对外供热时在供冷季的总收益为4093万元/年，并把该收益作为三联产时热电厂收益的参考数，以确定对外供热价格的临界成本。,42,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,三联产热电厂收益分析,三联产系统电厂收益为其发电收益与供热收益之和再减去煤耗支出。其收益应
20、该不低于二联产时热电厂的收益，由此可以计算出临界供热价格，即：低于该价格时热电厂的收益低于纯供电时的收益。同时其收益不能使冷用户采用热制冷是支付的冷费高于电制冷时，由此可以确定出热电厂上限供热价格。,43,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,三联产热电厂收益分析,*未考虑热网费用,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,44,45,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,基于发电三联产系统热电厂节能减排的社会效益分析,二联产系统热电厂没有对外供热，处于高耗煤率发电状态，而三联产由于有对外供热，所以其发电耗煤率大大降低。由此，二联产系统热电厂发出三联产系统
21、热电厂的电量时所消耗的一次能源，相对三联产系统热电厂发出该电量时所消耗的一次能源为多，该多出的一次能源称为基于发电三联产系统热电厂节能量，即：,46,热电冷联产示范项目工程推广工程评价 7/14/10,基于发电和供冷的三联产系统节能减排的社会效益分析,发电量,制冷量,热电厂,溴化锂机组,热电厂,电网,电空调,电网,一次能源,一次能源,一次能源,一次能源,热电冷联产示范项目工程结论 7/14/10,结论,基于日常运行参数，建立了供热比、热电厂供热量、发电量、发电耗煤、供热耗煤等运行状态进行描述的数学模型。基于该模型预测了华能北京热电厂发电煤耗率与供热比的关系，在供热比由0增加到62%时，发电煤耗
22、由377.5g/kwh 降低到183.9g/kwh，其与长期运行的大量统计结果完全吻合，表明所建立的描述热电厂运行状态的模型是合理的和可靠的。其所需要输入的参数对任何热电厂而言，都是容易获得的，因此所建立的模型具有广泛的适用性。,47,热电冷联产示范项目工程结论 7/14/10,在锅炉处于额定负荷工况下，即热电厂一次能源输入不变的情况下，和电空调冷分产系统相比，采用热电冷三联产系统，随着供热制冷面积的增加(由0m2增加到1140万m2)，供热比增加(由0增加到62.19%)，热电厂的发电量有所减小(由84.6万kw减少到65.94万kw)，但对外供热量增加(增加了152.00万kw)，发电煤耗
23、显著降低(由377.5 g/降低到183.1 g/)，热电厂热效率显著增加（由32.54%增加到83.82%）。,48,热电冷联产示范项目工程结论 7/14/10,在锅炉处于额定负荷工况下，热电厂处于有制冷供热负荷运行状态时，其总收益与没有制冷供热负荷(即热电二联产)运行时相同条件下所确定的供热价格称之为临界热费，为9.21元/GJ。即：在锅炉处于满负荷工况下，热电厂有制冷供热负荷(即热电冷三联产)运行时，若热价大于9.21元/GJ，则热电厂的收益大于同在锅炉满负荷工况下但没有制冷热负荷运行时的收益。当热价大于9.21元/GJ，随着供热制冷面积的增加，热电厂的收益不断增加。,49,热电冷联产示
24、范项目工程结论 7/14/10,以三联产发电量为基准，二联产发出该基准电量所消耗的燃煤与三联产发出该基准电量所消耗的燃煤的差值称为三联产系统的节煤量，随着供冷面积的增加(由0m2增加到1140万m2)，节煤量增加(由0吨/冷季到276896吨/冷季)，相应的二氧化碳减排量增加(由0吨/冷季到74.76万吨/冷季)，颗粒物减排量增加（由0吨/冷季到39.43吨/冷季），氮氧化物减排量增加（由0吨/冷季到197.15吨/冷季），硫氧化物减排量增加（由0吨/冷季到98.58吨/冷季）。,50,热电冷联产示范项目工程结论 7/14/10,在实现相同发电量和供冷量条件下，三联产系统比二联产系统节能，且随
25、着供冷面积的增加，节能量越大，减排量也越大，即：随着供冷面积的增加(由0m2增加到1140万m2)，节煤量增加(由0吨/冷季到119267吨/冷季)，相应的二氧化碳减排量增加(由0吨/冷季到32.20万吨/冷季)，颗粒物减排量增加（由0吨/冷季到16.98吨/冷季），氮氧化物减排量增加（由0吨/冷季到84.92吨/冷季），硫氧化物减排量增加（由0吨/冷季到42.46吨/冷季）。,51,热电冷联产示范项目工程结论 7/14/10,从冷用户侧来看，采用电空调制冷，其成本约为34.08元/m2.冷季，而采用基于热电厂的热电冷三联产系统制冷时，不计热力管网的费用，其成本为16.9元/m2.冷季。可见，
26、即使考虑热力管网的收益，三联产制冷系统具有一定的价格竞争力。,52,热电冷联产示范项目工程结论 7/14/10,采用传统的电空调制冷系统时，开发商几乎在夏季用户制冷方面没有前期考虑和投入，而采用吸收式溴化锂制冷系统时，前期设备和建安投入较大(以10万m2小区为例，制冷功率为1万kw，对热水溴化锂制冷机组按800元/kwh，则仅溴化锂制冷机组的投入就需要800万元，尚不包括机组建安、换热站和用户管网的投入)，因此对开发商而言，其并没有使在建小区采用吸收式溴化锂制冷系统的自然驱动力。这是基于热电厂三联产系统在推广过程中会遇到根本障碍，因此冷用户、热电厂、热网和社会均可以收益的热电厂三联产系统并不能自然而然的形成市场驱动力而变为现实，需要制定相应的保障性政策，培植热制冷需求，从而才能把预期的节能减排转变为现实生产力。,53,热电冷联产示范项目工程结论 7/14/10,另外一个可行的冷需求用户，是在热力管网范围内的大型商业中心、写字楼、宾馆等集中空调的使用场所率先推广热制冷方式，增加热电厂夏季热负荷，提高能源利用效率。,54,热电冷联产示范项目工程 7/14/,谢 谢！,
