深度丨分布式天然气冷热电联产经济性研究-undefined

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根据分布式天然气冷热电联产(CCHP)的系统特性，在国际通用的平准化发电成本(LCOE)基本计算方法基础上，将燃气轮机产生的电能与冷、热能量经过折算之后的能量之和视为CCHP系统的总能量产出，计算得出不同容量机组包含冷、热能量的全能量LCOE。以各省省会城市的商业电价作为比较基准，评价CCHP系统在该省份是否具有经济性，并对相关影响因素进行敏感性分析。分析表明，在中国中东部发达地区，CCHP系统具有一定经济性;CCHP平准化发电成本对能量输出量及燃料成本的敏感性较高。最后从电网、气价改革及供冷供热系统等方面提出相关建议，以促进CCHP系统在“十三五”期间的市场发展。

1 分布式天然气冷热电联产系统

相对于传统的集中式供电方式，分布式能源系统是指将适当规模、容量的系统以分散的形式布置在用户端，就近供应能源，多余的电力可以通过电力设备供应配电网的多连供系统。分布式天然气冷热电联产(Combined Cooling Heating and Power，简称CCHP)系统是一种新型的建于用户所在地或附近的能源系统，是建立在能量梯级利用的概念基础上，集制冷、制热和发电为一体的多联供总能系统。相比于其他分布式能源，CCHP系统技术较为成熟，在国际上得到广泛应用，是中国分布式能源发展的主要方向。

CCHP系统实现了对天然气燃烧后的热量进行阶梯利用的设想：高品位的热能推动燃气轮机进行发电，然后利用燃气轮机尾气中所含热量推动制冷、热设备制冷、热。所产生的冷、热能源直接就近供应，产生经济效益。CCHP系统既可以一台独立运行，也可以多台并联运行，以应对不同功率负荷情况下的用户需求。由于不需要远距离输送所产出的能源，以及对热能的充分利用，CCHP系统的能源综合利用效率高达80%以上。不仅能源利用效率高，而且CCHP系统具有节能减排、对电网和天然气管网双重削峰填谷的作用，能增强能源供应的安全性，具有较好的经济效益，同时节省社会公共成本。

随着社会发展和生活水平的提高，居民对冷、热能源的需求日渐增大，目前社会对冷、热能量需求的满足主要依靠电能。这种冷、热负荷不断增加的背后是煤电机组容量的不断增加，而燃煤电厂在提供电能的同时排放出了大量的大气污染物。相比而言，CCHP系统对环境较为友好，因此CCHP能源系统越来越受到政府重视。早在2000年，原国家计委等4部委印发了初步为分布式能源系统的发展铺平道路的文件，在文件中，国家鼓励在较分散的公用建筑发展热电联产。在随后的几年里，国家发改委、财政部、住房和城乡建设部、国家能源局、国家电网公司等相关单位先后联合或独立出台了促进CCHP能源系统发展的政策文件。从2010年8月住房和城乡建设部发布为CCHP发展建设提供相关建设技术指标参考依据的技术规程文件，到国家发改委、能源局、住房和城乡建设部联合颁发为分布式天然气能源示范项目提供相关激励和优惠政策的实施细则，这些文件为CCHP能源系统的初步发展奠定了基础。中国共产党第十八届中央委员会第五次全体会议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》中的相关建议，进一步明确了政府对发展CCHP能源系统的重视程度。

虽然有众多政策支持，然而CCHP能源系统在中国的普及速度并不快。为寻找原因，一些学者在政策的基础上做了很多探讨，大多数学者针对具体案例对CCHP能源系统经济性进行评价，由于CCHP能源系统在各个地区的运行环境、负荷均不同，这类探讨有一定的局限性。在能源互联网快速发展以及在《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》对分布式能源愈加重视、能源政策逐渐完善、分布式能源定位逐渐明确的政策环境下，这种比较方法所具有的参考价值有限。本文在现有分布式能源政策、其他学者研究成果的基础上，将CCHP能源系统所有的能量产出折算为电能，扣除能源损耗部分，计算出CCHP能源系统的全能量平准化发电成本(LCOE)，然后将商业电价与CCHP系统LCOE之差设定为经济性指标，通过这种比较方式可以较为直观地评价CCHP具有潜在经济性的地域分布情况。

2 分析框架

2.1 LCOE模型

美国国家可再生能源实验室(NREL)把LCOE定义为平准化发电成本(levelized cost of energy);弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer-ISE)把LCOE定义为度电成本(levelized cost of electricity)。对于分布式天然气冷热电联产而言，LCOE是指CCHP能源项目单位发电量的综合成本，即CCHP能源系统在运行期间所发生的所有成本与该项目供应出的所有能量的比值。在本文中，CCHP能源系统生命周期内所产出的能量不仅包括燃气轮机发出的电能，还包括系统提供的冷、热能量。为了计算LCOE，采用如下公式。

公式(1)代表的意义是收入的净现值等于成本的净现值，即LCOE的恒等式定义，其中LCOE与En的乘积是系统在生命周期内的总收益。将公式(1)进行恒等变形后得出公式(2)。

将公式(3)、(4)、(5)、(6)带入公式(2)，可得出在本文中计算CCHP系统LCOE的计算公式。

在上述公式中，各符号及其含义见表1。

2.2 系统能量去向解释

根据CCHP能源系统能够对天然气燃烧后的热量进行阶梯利用的特性，将天然气完全燃烧后的热量利用流向分为4个部分(见图1)。能量流向1，为利用高品位热量发出来的电能，其热量利用率为，即燃气轮机发电热效率。2、3能量流向为利用中品位热量所产生的冷、热能量，其利用率为，由于在CCHP系统实际运行过程中，这部分热量不太可能被全部充分利用，所以在本文中加入了Un、Dn两个比例参数，当这两个参数发生变化时，能量流向2、3的比例大小会随之发生相应变化。能量流向2即为CCHP系统产生且被消费者消费掉的冷、热能量，能量流向3是系统产生但是没有被利用的冷、热能量。在实际运行中，能量流向1、2表示被利用的能量;系统利用效率及消费市场不足，造成3、4能量流向，即散失的能量。

原标题：分布式天然气冷热电联产经济性研究

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