利用火力发电站余热供热供冷商业模式的思考

[摘 要]目前火力发电企业经营面临着前所未有的压力。火电厂必须想方设法培养自身的竞争优势，在节能降耗方面，火电厂循环水余热的热能损失是影响火电厂效率的重要方面，且余热回收利用的技术难度较低，有成熟的吸收式热泵利用余热供热供冷技术可供利用，投资小、成本低。大力推进火电厂循环水余热利用具有重大的节能减排意义。但在技术上可行且节能减排的情况下，火电厂循环水余热利用并没有得到普遍推广肯定有其现实障碍。文章试图通过分析循环水余热利用的重要性、技术可行性和商业模式设计，来扫除火电厂循环水余热利用道路上的障碍。

[关键词]余热；利用；技术；商业模式

目前火力发电企业的经营面临来自三方面的压力：一是电力需求增长缓慢，电厂产能利用明显不足，火电厂年均发电利用小时数下降很快。二是环境保护压力增加，烟尘、硫化物、氮氧化物等污染物减排压力增大，碳排放也面临越来越大的社会压力，未来碳排放有可能指标化约束，环保成本呈上升态势。三是正在推广的竞价上网会推动电价水平下降。在压力面前争取“能活、活好”就必须练好内功。

1 火力发电能源利用效率现状及余热利用的重要性

火力发电系统错综复杂，在发电过程中存在多种能源损失。从火力发电的流程来看，可以将火力发电的能源损失归纳为以下6种主要渠道：燃料燃烧损失；锅炉散热损失；温差传热损失；汽轮机级内损失；余热排放损失；厂用电。

从目前电厂运行的整体来看，燃煤电站的发电效率普遍处于40%左右，最先进水平不超过49%，燃气电站的发电效率普遍处于50%左右，最先进水平不足60%。而冷热电三联供电站由于充分实现了能源的梯级利用，能源使用效率可高达80%。因此，根据上述分析可知，作为能源梯级利用的一部分——余热的再利用是提高火力发电能源使用效率的重要途径之一。

从余热利用节能潜力量化评价来看，余热利用也非常有价值。火电厂的循环水系统是一个庞大的动力系统，从国內目前运行的机组来看，循环水入口的平均温度约为环境温度，出口温度高于环境温度10℃左右，循环水量一般为汽轮机排汽量的50-70倍。以一台1000MW的机组为例，蒸汽量约为2950t/h，循环倍率为60，温差为10℃，则蕴含的余热量可达5.95×106MJ/h，相当可观。

2 目前余热利用主流技术及其工业可靠性和经济可行性考察

2.1 余热利用的主流技术——热泵

热泵作为一种回收和利用低位热能的有效手段之一，既可以在夏季制冷，又可以在冬季制热，同时还具有高效、节能、环保等优点，所以在暖通空调工程中的应用也日益增多。从20世纪90年代开始，国内的热泵发展呈现出一派欣欣向荣的景象。其中，地下水源热泵主要采用地下水作为热源，水温不受四季变化的影响，常年比较稳定，同时，与空气等其它热源相比，水的比热容最大，传热性能最好，所以在诸多热泵种类中地下水源热泵的能效比是最高的。正由于此，地下水源热泵在国内得到了广泛的推广和应用，技术非常成熟。

火力发电的循环水中虽然蕴含着大量的热量，但由于水温过低，其利用长期不受重视。从热源条件来看，电厂循环水的水温约高于环境温度10℃，水温稳定、水量相对恒定，水质较好，非常适合作为水源热泵系统的低位水源，是比地下水更有利用价值的含能介质。且余热利用避免了地源热泵对地下水环境的干扰，更有利于环境保护。随着热泵技术，尤其是吸收式热泵技术的发展，可以通过电驱动或者抽汽驱动吸收式热泵回收循环水中的余热，用于建筑物的制冷、采暖、生活热水供应。一方面提高了热电厂的能源综合利用效率，另一方面满足了住宅小区的舒适性要求，同时还能节约电能等其他能源的消耗，减少夏季空调造成的用电高峰，缓解夏季用电紧张的情况。

对于集中供冷过程，通过热网的方式将热水输送至用户侧的溴化锂吸收式制冷机，产生的冷量用于集中供冷，然后进入溶液调湿型空气处理机，以调节空气湿度，放热后循环水返回至热泵继续加热，以进行循环。其中，溶液调湿型空气处理机只需要热水进口温度在70℃以上即可，并可将回水温度最低降至50℃左右；而吸收式制冷机由于产生17℃的高温冷水，其热水出口温度也可降至60～70℃左右，因此该系统在满足用户对室内空气降温除湿要求的前提下，可使一次网回水温度降低到50℃左右，并且系统综合COP可达到1.0左右。

综上，从技术上分析，回收火力发电的循环水余热进行集中供热、供冷、供热水是可行的。在上海、北京、广州已经有一些案例，原北京一热也曾有一段时间利用吸收式热泵技术为国贸地区的写字楼提供集中供热供冷服务。

2.2 利用火力发电余热供冷的应用热经济性分析

从技术可行性分析可以看出，利用火力发电余热进行集中供冷共包括两个主要环节。一个是热泵回收循环水余热的过程，这个过程中的热源来自于循环水，仅需要消耗部分抽汽或者电力。根据目前热泵的运行实践来看，这部分的耗电或者耗气不到产生热量的8%。另一个是制冷过程，这个过程主要由热水驱动，由于这部分热水的能量来自于循环水的余热，因此，这个过程的耗能也主要是维持制冷机运转的小部分电力，这个占比也不会高于2%。

综合这两个环节可以粗略的计算出，在整个制冷过程中，消耗的电能不足产生热量的10%，而纯电力驱动的制冷机，COP约为4。可见利用火电厂循环水的余热进行集中供冷具有良好的热经济性。

3 利用火力发电余热供冷项目实施需要注重商业模式创新

为什么火力发电厂余热利用的比例还是很低呢？先来看看利用余热提供集中供冷供热项目需要考虑的五个主要因素：一是冷、热需求的客户源和需求量的集中度；二是包括供应端改造在内的项目投资；三是冷、热产品的计量和计价；四是需求的有效半径。客户最好分布于火电厂附近；五是系统的运维保障。

在考虑商业模式设计时，各个项目不可千篇一律，要结合项目所在地的实际进行合理化设计，目的都是调动各相关方积极性，推动项目成功落地。商业模式设计时应该考虑以下几个方面：

（1）以项目成功落地为目标，从影响落地的主要因素出发，寻找具体项目的利益相关方。

（2）用统一的理念和共同的利益吸引项目相关方。在大家共同讨论如何推动项目之前，各方一定要在为什么要建设这个项目达成共识。

（3）根据各方对项目落地的贡献，确定各方参与的深度和广度，确定合作份额和参与方式、利益分配方式。

在考虑以上因素的情况下，可以灵活确定具体项目的商业模式，有紧密型和相对松散型两种：

紧密型商业模式是所有利益相关方在自愿的前提下共同出资成立公司开展利用余热集中供冷、供热、供生活热水等服务，项目营业所得根据出资额的比例进行分配。设计这种模式是希望将项目相关方真正变成项目利益相关方，通过项目利益分配促使相关方积极为项目实施创造条件。这种商业模式下余热利用项目的资产要从电厂资产中剥离出来，独立核算运营。

相对松散型商业模式是将项目合理划分为几个独立的业务单元，比如以集中管网与小区管网的连接点为界，之前是电厂方负责，之后是物业公司负责。确定各自的责任。从用户手中收取的供暖费和供冷费、热水费以合理比例在电厂和物业公司间进行分配。这个模式中，火电厂我们希望鼓励物业公司加强和用户的沟通，积极取得用户支持，引导用户的使用习惯，积极为电厂扩大需求量。这种商业模式下不改变资产的所有权现状，只是通过引进战略合作方，通过利益分配引导合作伙伴完成各自的任务、扮演各自在项目中的角色。

4 结 论

目前在北京、上海、广州等城市已经有一些热泵利用余热技术的项目，原北京一热曾利用余热为相邻的国贸地区写字楼供冷供热，取得了良好的效果。所以在技术层面上，循环水余热的回收利用已经取得突破。作为火电厂不能坐等社会各相关方来主动支持余热利用项目，应该主动出击、想方设法积极争取需要的支持。创新商业模式就是我们重要的争取支持的工具。一个好的商业模式可以有效地调动相关方的积极性，推动项目成功，并且能实现所有的参与者共赢。

作者简介：王志辉（1986—），男，汉族，甘肃武都人，新疆投资发展（集团）有限责任公司党群工作部副部长，高级政工师，工商管理硕士，研究方向：工业经济。