燃气空调是空调发展趋势

PAGEPAGE4燃气空调是空调发展趋势燃气空调概述以燃气为能源的空调设备简称燃气空调，是利用天然气燃烧产生热量的吸收式冷热水机组。广义上的吸收式燃气空调有：燃气直燃机、燃气吸收式热泵、燃气锅炉+蒸汽吸收式制冷机、燃气锅炉+蒸汽透平驱动离心机等。由于燃气锅炉+蒸汽吸收式制冷机和燃气锅炉+蒸汽透平驱动离心机效率低，在实际中很少采用，本研究不作讨论。燃气直燃机又称直燃溴化锂吸收式冷热水机，是采用燃气直接燃烧提供制冷、采暖和卫生热水。制冷剂是水，吸收剂是溴化锂，对人体无毒，对环境无害。吸收式燃气空调与电力空调相比具有如下优势：功能全、设备利用率高、综合投资不高；设备能源利用率较高；天然气为清洁能源，燃烧后产生的有害气体少；机械运动部件少、震动小、噪音低、磨损小、使用寿命长；制冷工质为溴化锂的水溶液，价格低廉，对环境危害小。最为重要的是推广使用燃气空调不仅有利于改善供电紧张状况，而且对于提高电力负载率，改善电力峰谷平衡率都有十分可观的效果，这不仅能解决能源综合利用减少资源浪费的问题，而且对于提高电力设备运转利用率和有效控制电力设备投资盲目增长，降低电力成本和稳定供电能力都有显著的经济效益和社会效益；同时，推广使用燃气空调对于有效平衡燃气季节峰谷、提高燃气管网利用率、降低供气成本，提高燃气行业的经济效益是十分有益的。国内外燃气空调的发展情况20世纪60年代未，燃气空调开始走向市场。随着燃气制冷空调技术的发展，开发出了大中小型吸收式燃气空调、压缩式燃气热泵和燃气除湿空调设备。现在城市天然气事业发展非常迅速,已成为城市的主要能源之一。由于城市用气负荷存在季节不均匀性,冬季用气量大,夏季用气量小,这样夏季就有部分富余燃气可供燃气空调器使用。夏季电力十分紧张,电气式空调器的发展受到限制，发展燃气空调器将成为解决这一问题的关键途径。各国政府和燃气部门都采取措施鼓励燃气空调的发展，燃气空调设备已经获得了很大的市场份额。1．国外燃气空调日本在20世纪60年代未，意识到了燃气空调有消减夏季高峰电力、填补夏季低谷燃气的益处，从政府到燃气企业一致推动燃气空调的发展，大约用了10年的时间，在燃气消耗构成中，1995年日本总共销售燃气217亿立方米，其中用于燃气空调的燃气高达34亿立方米，其比率几近16％。日本燃气吸收式空调在1991年时只有1.94万台，到1998年发展到3万台。日本燃气空调的迅猛发展主要得力于政府和燃气公司实施的一系列切实有效的支持措施，政府方面主要实施政府贷款和免税等措施；燃气公司方面实行优惠气价鼓励燃气空调的大量应用，并直接投入大量人力、财力对燃气空调枝术进行研究和开发工作。促进燃气空调设备的开发与推广应用。日本燃气空调之所以发展如此迅速，其动力是日本政府及燃气公司采取的推广燃气空调的相关政策与措施。日本政府于1997年制定了新能源法《促进新能源利用等措施法》，目的是促进新能源的开发利用，推广使用节能技术，提高能源利用效率，减少大气污染及温室气体排放。对燃气空调和发电进行鼓励，具体措施是：（1）对达到一定规模的高效天然气热电冷联供设备使用单位进行资助，补助率为投资1/3到1/2。这极大刺激用户采用燃气空调。（2）政府拨款资助能源开发与节能的项目，对已建的工厂、事业单位引进和使用先进的节能技术和设备进行补助，补助率为1/3，但总额不超过2亿日元。（3）优惠税制，在设备启用期间及运行后一年内，采用以下优惠办法：一是扣除法人相当7％的税额（启用年不超过20％）；二是第一年奖赏设备投资的30％。使用燃气空调设备的单位从二者选一。（4）低利率融资，日本开发银行对发电及废热利用项目给予利率为1.8％的融资，融资限度为50％，融资年限为10年。日本中小企业金融公库对中小企业投资燃气项目，给予利率为1.8％的融资，融资限度为2.7亿日元，融资期限15年。（5）建筑物补助金制度，对于10000m3以下的建筑使用吸收机组或燃气热泵（GHP）机组，国家给予一定的补助金。燃气公司对不同燃气空调用户采用不同的供气合同和不同的价格，对夏季空调用气进行大幅优惠，从而使燃气空调技术在日本得到了非常迅速的发展，同时对填补夏季燃气低谷发挥了至关重要的作用。美国在1982年以前天然气的价格一直居高不下，1973年到1982年一直处于增长状态，燃气空调的发展在这段时间受到了制约。从1983年到1995年天然气的价格下降了近50％，促使燃气空调开始发展。1994年安装了400台大型燃气吸收式空调，占当年安装大型空调设备的9％，1995年安装的大型燃气吸收式空调达到20000冷吨。特别是1999年7月因连续高温导致空调用电剧增，纽约地区14个电网中有6个陷于瘫痪，数十座城市发生拉闸限电。专家、政府充分认识到应大力发展燃气空调解决电力在夏季的调峰问题。在2000年中央空调销售市场中，燃气空调份额迅速提高。美国天然气年平均价格（换算为人民币，元/m3）年月井口价城市门站价民用商业用工业用发电用19950.4540.8151.7761.4800.7940.59219980.5690.9001.9991.6060.9200.70319990.6360.9261.9611.5620.9090.76820001.0551.3782.2601.8111.3071.26620011.1791.5362.9062.3741.5011.41320020.8651.2032.5041.9211.1741.250从上表表可以看出美国的城市天然气价格有这样几个特点：（3）火力发电设备利用小时与设备利用率逐年下降。1995年到1998年全国高峰负荷平均增长740万千瓦，相对售电量增长率小，造成电网负荷率降低。几个主要电网负荷率普遍下降，1995年至1998年华中电网下降9.3个百分点，四川电网下降8.2个百分点。（4）空调负荷对电负荷特性的影响越来越大，持续高温、潮湿闷热等极端气候对负荷及负荷特性影响越来越显著。如1999年7月京津唐连续高温，空调负荷增加300万KW，其中，北京空调负荷比1998年增加100多万KW（因电空调的大量使用使7月28日电负荷601万KW比1998年492万KW高出109万KW），天津空调负荷比1998年增加60多万KW。1999年10月19日中国电力报刊登国家电力公司陆延昌副总经理在全国电力营销会议上的讲话中说：“1998有2000多万千瓦装机仅在高峰时段运行数百小时，发电资源浪费很大。”显然这与电力空调负荷有密切关系。通过上述分析可知，大力发展电力空调对电力工业经济有很大的不利影响，使电力不均匀性的负荷特性加大，设备利用率进一步降低。发展燃气空调，可有效地降低电网高峰负荷，相应降低峰谷差，提高电网负荷率和发输配电设备利用率。下表为北京市2002年各月最大电负荷与各月的供气负荷不均匀性曲线，可以看出夏季是燃气负荷的低谷期，却是电力负荷的高峰期，燃气空调的推广使用，可降低电网夏季高峰负荷，填补燃气的低谷，实现电与燃气资源的有效利用，降低供电与供气成本。根据有关专家估算：每减少10％的空调峰电负荷，可提高电网负荷率9个百分点，而总发电量只减少1%，可使电力系统的设备利用率提高，降低供电成本，提高经济效益。2.降低电力系统建设投资，提高燃气供应的经济性对中央空调来说，燃气空调机的投资略高于电力空调机的投资，但电力空调机需要相应配置发电、输电和配电设施，需要大量增加电力系统建设投资，可以说用户每装一台电力空调，建电厂电网以保证供电需要的投资高于用户购空调的投资。用户使用1kw电负荷的电力空调投资约为3000元，每增加1kw的有效供电能力，发电设备投资为5500～6500元/kw，输配电投资为1600～2200元/kw，总投资为7100～8700元/kw。如果增加100万KW空调用电，供电系统建设投资为71～87亿元。对于燃气供应系统来说，一般是按高峰负荷设计的，由于冬季气温较低，用气量较大，用气高峰负荷都在冬季，特别是有燃气采暖用户的寒冷地区，冬夏负荷相差较大。而如果设法在夏季增加用气量，不需增加主管网的投资，只增加少量用户引入管道系统的投资即可。如果采用燃气空调就可以节省大量的供电系统投资。对于燃气直燃式冷暖空调机不仅在夏季可以空调制冷，在冬季还可以采暖及全年提供卫生热水，一机多用，降低采暖空调的成本。3.发展燃气空调可降低供电成本由于空调负荷的波动非常大，最大负荷与最小负荷相差几十倍甚至上百倍，最大负荷的运行时间很短，北京市的空调最大负荷利用时间仅为650多小时。如果全部采用电空调，会极大的增加峰值负荷。要解决这一问题需建设大量调峰电厂。主要调峰方式有燃油和燃气机组调峰、燃煤机组调峰、水电站弃水调峰、抽水蓄能电站调峰。燃油和燃气调峰机组的运行成本高；火电机组调峰使发电效率下降，造成单位发电煤耗的上升；水电站弃水调峰损失发电量，浪费水资源；采用抽水蓄能电站调峰成本高，不仅需要巨额投资，而且损失20％～25％的电量。我国现有的发电设备大多数为国产机组，调峰能力差，燃煤电站调峰有时还要用燃油，火电机组频繁起停调峰会影响机组寿命。特别是南方空调负荷大的地区，水电比重大，夏季高峰负荷时期靠少量火电调峰困难更大。发展燃气空调降低夏季电网高峰负荷，减少了发电成本最高的那一部分电网负荷，使终端用户不必因空调用电造成负荷率下降和调峰困难承担额外的电力投资和成本。以发电成本中固定成本和可变成本各占50％计算，供电负荷率每降低10％，发电成本就会上升5%。发展燃气空调会使供电负荷率上升，降低供电成本，提高供电效益。4．发展燃气空调减少环境污染使用天然气与电能都直接或间接产生各种大气污染物（CO2、SO2、NOx、悬浮颗粒物）的排放，目前我国的电有80％以上的是以煤为燃料生产的火电，电空调用电会通过电厂间接向环境中排放污染物。目前我国的燃煤电厂的平均有效供电为33％，电网的输配电损失为上网电的10％左右，因此在终端用户的有效供电一般平均在30％左右。天然气按北京使用的陕西长庆天然气计算，热值为36Mj/Nm3，H2S含量为6.01ppm。根据《中国生态住宅技术评估手册》推荐的我国建筑能耗大气污染物排放指标计算作为计算依据，计算结果如下：各种常规能源的大气污染物排放指标排放指标单位电天然气燃油煤CO2kg/kWh0.950.19840.310.39SO2mg/kWh64009.5975.241702.8NOXmg/kWh3632576.21066.41238.4总悬浮颗粒物（TSP）mg/kWh88021.5139.2703在北京地区水冷电空调机组的COP平均在5以上，风冷电空调的COP平均在3以上。双效燃气直燃空调的COP一般在1.20到1.3之间，考虑到吸收式直燃机的循环水泵的电耗大于水冷式机组，实际的COP在1.1～1.2之间。根据空调机组的综合COP与排放指标计算出的不同能源单位冷输出的大气污染物排放量如下：机组类型综合COPSO2mg/kWhNOXmg/kWhTSPmg/kWhCO2kg/kWh水冷机组5～5.51280～1164726～660176～1600.19～0.17风冷空调3～3.52133～18291211～1037293～2510.32～0.27燃气直燃机1.1-～1.28.6～7.5524～48020～180.18～0.17燃油直燃机1.1～1.2887～813969～889127～1160.28～0.26从上表看出，水冷式电空调与燃气直燃空调比，SO2排放量高出100多倍，NOX高出34％～40％，TSP高出约9倍，CO2排放量基本相同。风冷式电空调与燃气直燃空调比，SO2排放量高出200多倍，NOX高出2倍多，TSP高出13～15倍，CO2排放量高出58％～78％。此外电力空调机使用CFC及其替代物HCFC为制冷剂，由于CFC具有很强的对臭氧层的破坏能力和温室效应，目前已经在大多数国家和地区被禁止使用。HCFC物质虽然对臭氧层的破坏能力比CFC物质小，但它也同时具有很强的温室效应，它的使用也被限制，将来也属于禁用物质。这些物质泄漏或废弃后要破坏大气臭氧层和产生很强温室效应，会对大气环境造成不利影响。直燃式空调机吸收剂是溴化锂，对人体无毒，对环境危害小。采用直燃机有利于保护大气臭氧层和减少温室气体排放量。四、燃气空调的发展前景1．燃气空调的气源保证燃气空调的发展首先取决于燃气的发展，特别是天然气的发展。由于天然气使用方便、安全、供应可靠、热值高、经济、污染少、温室效应指数低，是全世界公认的优质洁净燃料。而且天然气的储量巨大，可持续使用近百年。从二十世纪九十年代初开始，世界上大多数国家都制定鼓励发展天然气的能源政策，对天然气工业进行大量投资，推广使用天然气。据国际天然气联盟1997年10月的一项调查，1995年全世界的天然气消耗量约为20000亿立方米，到2030年，世界天然气的年消耗量几乎增加一倍，达到41000亿立方米。国际各权威机构预测2010~2020年间天然气在能源结构中的比例将达到35~40%，天然气将成为第一能源。我国从九十年代末期开始进行大规模的城市能源结构调整，天然气的利用和发展拉开序幕。到2010年天然气在整个能源结构中的比例可达到8％左右，天然气将成为大城市的主要能源之一。因此发展燃气空调符合国际能源发展趋势和我国城市能源结构调整的国策。2．发展燃气空调可优化电力与天然气的供应燃气空调具有改善夏季电负荷特性，可减少电力、燃气供应的峰谷差，降低电力系统建设投资，提高电力与燃气供应系统的利用率，降低供电与供气成本。因此，发展燃气空调对国家来说使天然气资源和电力资源得到有效合理的利用，具有很高的经济效益，并符合能源环境可持续发展战略，有广阔的发展前景。目前由于燃气空调的初投资大，燃气价格偏高，阻碍了燃气空调的发展，所以国家应该参考国外发展燃气空调的经验，制定相关政策鼓励燃气空调发展。3．发展燃气空调的环境与相关技术已经成熟我国已将快速发展城市天然气事业作为一项非常重要的国策，充分认识到燃气空调对提高电力和燃气供应的效益有重大作用，政府和燃气部门开始研究对策鼓励燃气空调的发展。国家在燃气空调设备设计、制造、使用、安装、运行管理、消防与安全等方面的支持性法规在逐步完善；各城市的政府和燃气部门也开始研究燃气空调的能源政策，渴望在不久的将来制订出鼓励推广燃气空调的金融、财政、税收、投资、环保、城市建设等有关各方面的支持性政策和措施。电力部门也开始意识到目前鼓励大力发展电空调对电力发展产生的负面影响，认识到燃气空调的发展可对促进电力健康发展产生