第25卷，总第 145期
2007年 9月，第 5期
《节 能 技 术 》
ENERGY C0NSERVAT10N IECHN0L0GY
、 1．25，Sum．No．145
Sep．2007，No．5
天然气热电冷联供系统经济模型的建立与分析
曹 望 。苏 磊
(1．浙江海洋学院，浙江 舟山 316004；2．南京工业大学，江苏 南京 210009)
摘 要：本文通过对燃机配余热制冷机组的天然气热电冷三联产系统能量模型和经济模型的
建立，分析了系统发电效率、热电综合效率、电价、天然气价格、单位千瓦燃机造价对系统年净收益
和静态投资回收期的影响。得出当发电效率在24％～30％，热电综合效率在60％～77％，电价在
0．6～0．87元／kWh之间，天然气价格小于2元／m3，单位千瓦燃机造价不大于800元／kW时，项 目投资
可在4．5年内回收，经济效益良好。
关键词：天然气；热电冷联产；能量经济模型，经济分析
中图分类号：TK01 8 文献标识码：A 文章编号：1002—6339(2007)05—0446—04
System Economic Model Establishment and Analysis on Natural
Gas Heating，Power and Cooling Coo peration
CAO Wang ，SU Lei
(1．Zhejiang Ocean University，Zhoushan 316004，China；2．Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China)
Abstract：The energy economic system model of gas turbine and surplUS heat cooling crew cooperation of heat—
ing and power and cooling of natural gas is established in the paper．Influences of system generate electricity
efficiency，thermoelectricity integration efficiency，electricity price，natural gas price and cost of gas turbine
per kw to net profit and static state investment callback are analyzed．Wh en generating electricity efficiency at
24％ ～30％ ，thermoelectricity integration efficiency at 6O％ ～77％ ，electricity price at 0．6～0．87 yuan per
kwh，natural gas price less than 2 y-nan per cube，cost of gas turbine per kw less than 800 yuan pe r kw，the
item investment could callback in four an d half a year．Economy benefit is wel1．
Key words：natural gas；coope ration of heating an d power and cooling；model of energy and economy；econo—
my analysis
1 引言
天然气是一种高热值、优质的环保燃料，西气东
输使国内许多城市使用上天然气，但天然气的成本
较高，且随输送距离的增加而增加。因此如何使用
天然气，如何提高天然气的使用品质，提高天然气的
能源利用率和经济效益，已成为现在急需研究的课
收稿 日期 20O7—04—29 修订稿日期 2007—08—31
作者简介：曹 望(1968～)，男，硕士，讲师。
· 446 ·
题。
天然气热电冷三联供系统是利用天然气同时供
电、供热、供冷和提供生活热水的总能系统；发电提
高了天然气的使用品质，余热供热和供冷提高了能
源利用效率，符合能源梯级利用的使用原则，因此是
一 种极有前景的用能系统u J。
天然气三联供适用于区域和楼宇的热电冷联供
系统，现主要通过燃气轮机 +余热制冷机完成。但
系统的经济效益受到天然气价格，燃气轮机和制冷
维普资讯
机价格，热价、冷价、电价的合理确定及使用者能否
接受等条件的限制l2J。
本文通过建立天然气热电冷联供系统的能量和
经济模型，探讨发电效率、热电综合效率、燃机成本 ，
天然气价格，热电冷价格对系统静态投资回收期的
影响。为天然气的合理使用提出一定的理论依据。
2 热电冷三联供系统模型
2．1 能量方程
系统因春秋季热负荷需求较少，设备停运，故能
量方程为供暖期和制冷期的热电冷总量和能源消耗
的平衡方程
供暖期：BQYdw· Id=qd+gr／ gr，
qd=BQYdw·叩d
g =BQ ( Id一 d)。 gr
制冷期：BQYdw·叩ld=gd+ql／cop，
qd=BQ 。叩d
ql=BQ (叩ld一 d)·cop
年燃耗量：B =B· ，
热电比： =qr／qd[。J
式中 B—— 小时耗气量 ，m3／h；
Q —— 天然气低位发热值，kJ／m3；
gd—— 供电量，kw；
g广 供热量，kw；
gl—— 制冷量，kw；
— — 热电比，％；
叩Id——供热期热电综合效率，％；
叩d—— 发电效率，％；
叩 供热效率，％；
f —— 年工作时数。
2．2 经济模型
经济模型主要包括年净收益和项目静态投资回
收期的模型建立。
年净收益：
M = qd。Pd·td+ gr·Pr·tr+ gl·P1。tl—B
· P ·t 一 Ab— C
静态投资回收期：Tp=念，
热价：P = r d，
冷价：P ： · ，
设备投资成本：
K = Prj+ ．gl·
折旧费：(折旧费按等值折旧，残值 10％l_4])，
Ab = 0．9·K／n，
年运行费用 ：C =0．04·gd·t ，
运行时间关系：t =td=t +tl
式中 —— 年净收益 ，元 ／年；
K—— 设备投资成本，元；
b—— 年折旧费，元 ／年；
C —— 年运行费，元 ／年；
— — 静态投资回收期，年；
Pd—— 电价，元 ／kWh；
P，—— 热价，元 ／kWh；
P1—— 冷价，元 ／kWh ；
P —— 天然气价格，元 ／m3；
fd—— 年发电时数，h；
f —— 年采暖时数，h；
tl—— 年制冷时数 ，h；
— — 设备使用寿命，年；
P i—— 单位千瓦燃机成本，元 ／kW；
Pli—— 单位千卡燃机成本，元 ／kJ。
把能量方程代入经济方程可得如下公式：
M = d‘Pd t +( rd一 d) gr‘P 。t +( ld
)．cop·P ·tl一 a·P +
一 d)。cop’Plj]一Prq。tn／QYdw一0．04 × d。t
3 经济性能分析
经济模型显示 ：影响年净收益的因素有发电效
率、热电综合效率、电价、热价、冷价、天然气价格、单
位千瓦燃机成本、设备年运行时间。其中热价和冷价
由电价和热电比等决定。
本模型以长江中下游地区的气候条件为基准，
确定冬季供暖时间为72天，合计 1848小时；夏季供
冷 90天，合计 2160小时，春秋系由于热负荷太小，设
备运行余热浪费较大，故停运；全年合计运行4464
小时。系统以发电效率 d=24％，热电综合效率 叩Id
= 75％，电价 Pd=0．6元 ／kWh ，天然气价格 P ：
2元 ／m3，单位千瓦燃机造价 P ri=800元 ／kW为基
准；制冷机的制冷系数 cop取1．27，供热系数 叩 ：
92．5％，余热制冷机单位千卡造价 1元。
以下分别对发电效率、热电综合效率、电价、天
然气价格、单位千瓦燃机造价 5种因素对年净收益
和静态投资回收期的影响进行分析，得出静态回收
期小于4．5年的条件。
(1)发电效率 叩d
· 447 ·
维普资讯
⋯ ⋯ ⋯ ⋯ I JJ
一 一 一
’ 1 _— rI一
1 ．．—— 一
⋯ ． ． ． ． ． 。— _．． 一
一 ．-— 一 ⋯ l ’：： 一 ⋯ ⋯
：一 -r·r 一
=．0—蹬— 瓮 高 蛊 蛊
●
发电效率，％
— ●一热电比月日 一▲一年热电冷收益
一 ◆一设备投资成本寿延年 一一一年净收益
一 。一静态投资回收期(年)
图1 发电效率对经济性能的影响
在满足基准条件的情况下，随发电效率 从
8％提高到41％，热电比和投资成本 下降，年热电
收益和年净收益 增加。当粕<21％时，M <0，投
资无法回收；当叩d>21％ 时，随 叩d的提高，静态投
资回收期 减少，当 d≥24％时，71p≤4．3年。
(2)热电综合效率 叩rd
●● 一 ⋯ ⋯ ⋯ 一
． J
I-神
一
-— ●
—{ 鍪； ： ：：；：：： ：三：：：詈：：：= ；；；睾 秘
器 舞 2 霉 磊
热电综合效率，％
一 _一热电比月日 一▲一年热电冷收益
一 ◆一设备投资成本寿延年 一一一年净收益
一 。一静态投资回收期 (年)
图2 热电综合效率对经济性能的影响
在满足基准条件的情况下 ，随热电综合效率 叩
从30％提高到96％，热电比、年热电收益和设备投
资成本 相应增加，其中 增加幅度稍大，但年净
收益 略有下降，静态投资回收期 。逐渐从1．7年
增加到 6年。
当30％≤ rd<77％时，静态投资回收期 可
小于4．5年。
(3)电价 Pd
在满足基准条件的情况下，随电价 Pd从
0．3元／k 提高到1．32元 ／k ，热电比和投资成
本 保持不变，年热电冷收益和年净收益 增加；
当 Pd<0．5元 ／kWh，M <0，投资无法回收；当
Pd>0．5元 ／kWh时， 。随 Pd的升高而逐渐降低。
当 Pd≥0．6元 ／kWh时，T。≤4．3年。
(4)天然气价格 P
在满足基准条件的情况下，随天然气价格 Prd
从1元 ／m3升高到4．4元 ／m3，热电比、投资成本
· 448 ·
和年热电冷收益均保持不变，年净收益 降低 ；
当Prq>2．3元／m3，M <0，设备投资无法收
回。当 P <2．3元／m3时， 随P 的降低而逐渐
减少；当 PIq<2元 ／m3时，Tp<4．3年。
(5)单位千瓦燃机造价
电价，元／kWh
一 _一热电比月日 一▲一年热电冷收益
一 ◆一设备投资成本寿延年 一一一年净收益
一 。一静态投资回收期(年)
图 3 电价对经济性能的影响
f一 一
f
⋯ ⋯ 一⋯ 一一一1一⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一⋯ ⋯ 。
：：： ’’ 一J’’ ’ ’’’ ’一 ’’’’’’
’’ ，
n In _ n
---,~
In _ n
’ 。 ’
． !
天然气价格，元／m3
一 _一热电比月日 一▲一年热电冷收益
一 ◆一设备投资成本寿延年 一一一年净收益
一 。一静态投资回收期(年)
图4 天然气价格对经济性能的影响
莩量蠹毫善莩蚕甍量量莩蚕蠹量善莩奏
一 一 n n 寸 寸 寸 In In 、。
单位千瓦燃机比价，元／kw
一 _一热电比月日 一▲一年热电冷收益
一 ◆一设备投资成本寿延年 一l一年净收益
一 。一静态投资回收期(年)
图 5 单位燃机造价对经济性能的影响
，在满足基准条件的情况下，随单位千瓦燃机造
价 P i从200元／kW提高到7000元 ／kW，热电比和
年热电冷收益均保持不变，投资成本 增加，年净
收益 降低，静态投资回收期 逐渐从3．3增加到
21．5年。
当 P ≤800元 ／kW时，Tp≤4．3年。
从以上分析看到：
加 ∞舳 ∞ 柏 加 0 加 ∞
加 ∞ ∞ ∞ 柏 加 0 加柏 ∞
加 砷 如 柏 如 加 0
∞ 加 ∞ ∞ ∞ ∞ 加 0
维普资讯
．(a)燃机 +余热制冷机的热电冷三联供系统静
态投资回收期 随发电效率 '7d和电价 Pd的提高而
下降，而随热电综合效率 天然气价格P 和单位
千瓦燃机造价 P 的增加而增加。
(b)因冷热价主要由电价和热电比决定，年热
电冷收益受发电效率和电价影响较大，受热电综合
效率影响较小，不受天然气价格和燃机造价的影响。
电价及电效率提高，热电冷收益增加。
(c)随热电综合效率的提高 ，余热制冷机造价
增加，使年净收益下降，但对静态投资回收期影响较
小。
(d)当保证发电效率 30％ ≥ d≥24％，热电综
合效率60％≤ <77％，电价0．6≤Pd≤O．87(元
／kwh)，天然气价格 P ≤2元 ／m3，单位千瓦燃机
造价 P i≤800元 ／kW 时，可保证冷、热价维持在
0．2 0．4元 ／kWh，静态投资回收期小于4．5年。
4 结论
本文通过对燃机配余热制冷机组的天然气热电
冷三联产系统能量模型和经济模型的建立，分析了
系统发电效率、热电综合效率、电价、天然气价格、单
位千瓦燃机造价对系统年净收益和静态投资回收期
的影响。确定了保证三联供系统静态回收期小于
4．5年的各因素的范围。
结果显示，当发电效率在 24％ ～30％，热电综
合效率在 60％～77％，电价在0．6—0．87元／kWh之
间，天然气价格小于2元／m3，单位千瓦燃机造价不
大于800元／kW时，项 目投资可在4．5年内回收，经
济效益良好。
参考文献
[1]扬泽亮，王聪，扬承．天然气工业用户市场潜力及走
向分析[J]．天然气工业 ，2005(7)：128—130．
[2]鲁德宏，王领全，郝薇，等．基于燃气轮机的热电冷联
产的技术经济评价[J]．节能与环保，2005(10)：08—10．
[3]汤学忠 ．热能转换与利用[M](第二版)．北京：冶金
工业出版社，2002，82—85．
[4]赵建华，高风彦 ．工业技术经济[M]．北京 ：科学出版
社 ，2004，25—28．
(上接第434页)
中集箱(汇集集箱)出口实测流速：
Whj 1．425 m／s
汇集集箱两端压差：
Ap 2× ： 2030 Pa
侧下集箱(分配集箱)人1：3实测流速：
wfp： 1．057 m／s
分配集箱两端压差：
Apfp： 1× ： 554 Pa
计算得水力不均匀系数：
T]SL
~
／1(20
—
3
— — —
0
— —
-
— —
554)
= 0．685
4．3 水力不均匀系数的实际测量值
实测水冷壁中上升管的最低流速为
i = 0．46
实测水力不均匀系数：
： =
0．46
= o．664 sL u。
可见，在实际应用中水力不均匀系数的设计计
算值、实测计算值与实际测量值比较接近，说明水力
不均匀系数的计算方法正确。 ‘
5 结论
上述计算实例经过现场实际运行已经得以证
明，使用中系统运行稳定 锅炉本体未发生任何故
障，用户反映满意，认为水循环结构设计合理，设计
方法正确可行 ，安全可靠，具有使用价值。
参考文献
[1]刘培琴，王文生，韩殿营．双级串联引射技术中喷射
器设计的计算方法[J]．节能技术 ，2004，(2)17—19．
[2]李之光，李柏生，等．新型水火管锅壳锅炉开发十年
总结[J]．工业锅炉，1995，(2)2—7(3)2—15．
[3]李之光，王昌明．新型水火管锅壳锅炉技术问题综论
[J]．工业锅炉 ，1997，(1)5—13，35．
[4)JB／T 8659—1997．《热水锅炉水动力计算方法》标准
[s]．上海工业锅炉研究所，1998．
[5]阚润清．新型混合循环热水锅炉[J]．节能技术，1986，
(1)6—10．
[6]水火管锅壳锅炉水动力安全可靠性与简化计算方法
[R]．北京：北京之光锅炉研究所，1998．
· 449 ·
维普资讯
