关于燃机热电联产在国内发展的思考

1、DOI: 10 13622 / j cnki cn42 1800 / tv 1671 3354 2014 09 021关于燃机热电联产在国内发展的思考邵华国，熊昌全( 湖北能源东湖燃机热电有限公司，湖北 武汉 430074)摘要: : 随着国家对环境保护的日益重视，燃机热电联产机组以其良好的环保效益越来越受到重视。对燃机热电联产的基本原理、发展的必要性和存在的问题进行了分析，并就推进燃机热电联产的发展提出了相应的对策和建议。关键词: 燃机热电联产; 发展趋势; 热电冷联供; 稳健发展中图分类号: TM611 31文献标志码: A文章编号: 1671 3354( 2014) 09 0072 03

2、Discussion on the Development of Combined Heat and Power Turbines in ChinaSHAO Huaguo，XIONG Changquan( Donghu Turbine Thermal Plant，Hubei Energy Group Co ，Ltd ，Wuhan 430074，China)Abstract: With the increasing emphasis of the Chinese government on environment protection，combined heat and power turbin

3、es gain more attention because of their outstanding environmental benefit The basic principles，necessary of devel- opment and existing problems in the combined heat and power turbines are discussed Suggestions are then made on their further developmentKey words: combined heat and power; development

4、trend;combined heat power and cooling; steady development燃用清洁能源天然气的燃机热电联产机组，以其节能环保、能源利用率高、启动运行灵活等诸多优点， 已成为世界各国在城市中心解决环境保护问题、提供 清洁电力和蒸汽的首选方案。随着我国对环境问题的 日益重视和对天然气开发项目投入的不断加大，燃机 热电联产机组在城市负荷中心和工业园区迅速发展 起来。燃机热电联产技术原理1) 燃机发电。燃机发电又称为燃气 蒸汽联合 循环发电，由燃气发电和蒸汽发电两个热力循环系统 构成1。燃气发电的运行原理基于布莱顿循环，主要 设备是燃气轮机; 蒸汽发电的运行原理

5、基于朗肯循环， 常规燃煤机组均是蒸汽发电系统。将燃气轮机高达450 600 的排气引入余热锅炉进行回收，产生高温 高压蒸汽驱动汽轮机，带动汽轮发电机发电，这个工作 过程由于包含了燃气系统的布莱顿循环和蒸汽系统的 朗肯循环，故称之为联合循环( 见图 1) 。通过余热回收利用，联合循环的效率可比单纯的 燃气发电系统( 简单循环) 提高约 50% ，因此燃机发电1图 1 燃气 蒸汽联合循环机组工艺流程图机组比传统的燃煤机组具有更高的能源利用效率( 见 表 1) 。同时燃机发电还具有建设周期短、占地面积 小、启停灵活、清洁环保等众多优势。燃用天然气时机 组无粉尘及灰渣排放，SO2 排放量极低，NOx

6、只有燃煤 机组的1 /5，CO2 只有燃煤机组的 1 /2，用水量只有燃 煤机组的 1 /3。2) 热电联产。热电联产是将火电机组蒸汽轮机 中已发电的部分低品质蒸汽抽出加以利用，实现既发 电又供热的能源生产利用方式。热电联产能实现不同收稿日期: 2014 05 22作者简介: 邵华国，男，高级工程师，从事电厂管理工作。72邵华国，等: 关于燃机热电联产在国内发展的思考2014 年 9 月表 1燃机和燃煤机组效率对比表限制地烧煤，国家已确定的“十二五”规划中，2015 年全国总燃煤量封顶在 41 亿 t。因此，减少燃煤比重，增 加天然气等其他清洁能源的供应已势在必行。采用天然气作为燃料的燃机发电

7、特别是燃机热电联产，能源利用率高，环保效益明显，可在负荷中心建 设，是当前我国优化电力布局、调整电源结构、保障供 电安全、实现可持续发展的重要举措。同时，燃机机组 超强的调峰能力也是发展太阳能、风能等新能源的重 要“推手”3。2) 燃机热电联产是城市燃煤机组升级换代的需效率/ %折合供电煤耗/ ( g / ( kW·h) 1 )类别简单循环32 3550 55351 384224 246E 级燃机联合循环简单循环联合循环36 4056 60307 341205 220F 级燃机最好水平2013 年 平均水平45276燃煤机组38321要。目前 我国热电联产装机容量已达到 16655注

8、: 申能上海外高桥第三发电厂 2 × 1 000 MW 机组，2011 年商业运行供电煤耗世界纪录; 2013 年中电联公布火电机组平 均供电煤耗。品位热能的分级利用，降低发电机组的“冷源损失”， 大幅度提高能源利用效率。目前，国内的热电联产机 组绝大多数以燃煤机组为主，燃机热电联产是在天然 气大力开发利用和环保要求不断提高的背景下逐步发 展起来的。燃机热电联产将燃气 蒸汽联合循环和热 电联产技术有机结合起来，实现天然气热能在燃气轮 机发电、余热蒸汽在汽轮机发电以及汽轮机抽汽对外 供热三次能源利用过程，极大地提高了能源利用效率。3) 燃机热电联的产应用范围。燃机热电联产分为区域性大中

9、型热电联产和小微型分布式热电( 冷) 联产。根据热负荷大小不同，大中型热电联产机组的 能源利用效率一般超过 60% ，小微型分布式热电联产 机组能源利用效率甚至可以达 80% 90% 。燃机热 电联产机组容量可根据区域电力、热力需求规模和结 构灵活进行选择。大中型燃气 蒸汽联合循环热电联 产机组一般由燃机、余热锅炉和抽凝( 背压) 式汽轮机 组成，适用于联片供热( 冷) 地区和产业园区。小微型分布式燃机热电( 冷) 联产机组主要由燃气轮机、余热万 kW，占同容量火电机组的 24 02% ，占全国发电机组总容量的 17 23% ，其中绝大部分为燃煤供热机组。对于处在城市中心的现有燃煤( 热电)

10、机组，逐步采用 清洁环保的燃机( 热电) 机组进行替代升级，是既保证城市中心电力和热力供应安全，又满足环保需要的最好选择。如北京的太阳宫、郑常庄、高碑店等燃机热电 厂均处在城市中心，由于其环保标准高、造型美观，已 成为北京市节能减排的亮点工程，其中北京太阳宫燃 气热电厂还吸引了不少外国政要的参观访问。3) 发展燃机热电是满足国内热电冷联供需求的 最好选择。2012 年住建部统计的全国城市集中供热蒸汽总 量 51万 GJ，热 水 243万 GJ，合 计609818295 427 万 GJ，其中热电厂供应 189 614 万 GJ。近几十年来，我国的热电联产集中供热主要应用 在城市工业园区工艺生产

11、用汽和北方冬季采暖。随着 我国经济的发展、人民生活品质的提高以及产业结构 的不断调整，近些年，国内特别是南方地区对冷暖联供 的需求越来越强烈。以中部城市武汉为例，由于其独 特的地理位置和气候条件，武汉夏季热、冬季冷，全年 采暖、制冷周期为全国之最( 近 8 个月) ，已超过哈尔 滨全年的供暖周期，实施集中冷暖联供具有得天独厚 的条件，而且随着大量高新技术产业的发展，工业园区 也从以往造纸、化工等产业单纯的生产蒸汽需求拓展 到高新技术产业的恒温恒湿等冷暖联供需求。在生态 环境保护已成为全社会共识的情况下，解决城市中心 热电冷联供需求，因地制宜地发展不同规模的分布式锅 炉及制冷设备组 成“CCHP

12、 ”( CombineCoolingHeatingPower) ，也可以根据容量大小灵活配置抽凝式汽轮机实现热电冷三联供，适合于中小型企业、商业 区和居民小区使用2。2 发展燃机热电联产项目的意义1) 燃机发电是能源结构调整的发展趋势。我国 的产业结构是以重工业为主，美国是以高新技术和第 三产业为主。在燃料构成中，美国是油气占近 90% ， 煤炭占 10% ，而我国是煤炭占 70% ，油气只占 28% ， 因而我国的能源利用率仅为 36 8% ，比世界平均 50% 低 13 个百分点。2013 年我国耗煤量已占全世界的48 3% ，燃煤发电量约占总发电量的 74% ( 装机容量 约为 68%

13、) 。由于气候变化因素的制约，我国不可无4燃机热电冷联产无疑是目前最好的选择。发展面临的问题533 1 燃机发电行业面临的困难1) 燃机电厂的供气可靠性存在风险。2013 年国 内天然气总消费量为 1 847 亿 m3 ，进口量( 缺口) 421 亿 m3 ，预计 2020 年将突破 4 000 亿 m3 ，进口量( 缺口)1 500 亿 m3 。现阶段我国天然气资源量总体不足，需73水 电 与 新 能 源2014 年第 9 期求增长迅猛，峰谷差巨大而调峰能力有限，用气高峰期燃机电厂供气的可靠性和稳定性无法完全得到保证。2) 现有市场条件下燃机发电的经济效益无法保 障。我国天然气价格相对燃煤价

14、格偏高，而燃机发电 上网电价没有考虑计入环保成本( 效益) ，燃机电厂在 经济效益上没有竞争力。3) 燃机发电可操作性政策缺失。燃机发电由于 涉及天然气和电力两个行业，缺乏类似风电、生物质发 电等新能源有针对性的扶持政策，燃机电厂面临电价 “竞价上网”与气价“照付不议”的双重压力。目前几 乎所有燃机电厂都依靠政府定价并给予补贴。各个地 方的经济发展水平不同，补贴数量和来源没有统一标 准，而天然气分布式能源发展的政策也不明朗，面临着 电网接入、并网运行、上网电价形成机制及运行机制等 一系列体制问题。3 2 城市发展燃机热电联产存在的问题1) 燃机热电机组供热成本更高。天然气作为优 质的清洁能源，

15、目前单位热量的价格是煤炭的 3 4 倍，在不考虑环保折价和没有政府补贴的情况下，燃机 热电供热成本远远高于燃煤热电供热成本。2) 冷热联供负荷峰谷差异明显。对热电冷联供 需求较大的高新技术园区受生产班制和气候变化的影 响，热负荷一般都具有明显的季节性、昼夜时段性峰谷 差异，对机组的安全性和经济性有较大影响。3) 能源价格不合理，制冷市场打不开局面。据统 计，在我国的总能耗中，建筑能耗占 30% 左右。建筑 耗能主要包括采暖、空调、热水、照明、电器、炊事等，其 中采暖与空调的能耗占 60% 左右。据华中科技大学 制冷与低温工程系研究数据，产生相同的制冷量，集中 供热蒸汽溴化锂制冷比电制冷可节约一

16、次能源 27% 。 而实际上，由于政府给予企业电价优惠政策较大，出现 “用电省钱不节能，用热节能不省钱”的局面，以致被 业界称为电网上“肿瘤”的电空调大量消耗了高品位 的电能，挤占了溴化锂中央空调制冷的蒸汽价格和生 存空间。场和政策条件下，可以考虑以下上网电价确定方式。按照分时电价原则确定燃机电站上网电价。国家发 改委颁布的发改价格2003141 号文对分时电价提出 了明确要求，为燃机发电争取较合理的上网电价提供 了政策依据，需要政府部门支持落实。实现两部制 电价。考虑燃机电站在电网中的调峰功能和安全支撑 作用，由国家确定并批准容量电价，电量电价部分参与 市场竞争。研究并制定上网电价环保折价标

17、准。天 然气发电的上网电价应将环保成本( 效益) 货币化计 入，力求在发电竞争中合理体现环境效益，实现公平竞 争。近期可先计入 SO2 的环保折价，并适时推行以市 场为导向的 CO2 、粉尘、NOx 等排污权交易机制。同时，正在进行的阶梯电价以及工业、商业统一定 价等电价改革措施也是消化燃机发电上网电价的有效出路。3) 地方政府部门给予支持。 政府部门应该对 燃机发电项目的热电产品给予适当的补贴，提高产品的市场竞争力。对于冷暖联供需求潜力较大的区域特别是中部地区，要适当调整电价优惠政策，引导更多 用户使用热电冷三联供，缓解电网和输配电压力，实现较大区域的宏观节能减排。4) 适度稳健发展燃机热电

18、联产。在天然气资源 有限、燃机发电配套政策没有完善、市场竞争力没有形成之前，燃机发电应适度稳健发展。近期应主要发展燃机热电联产项目，促进天然气分布式能源健康成长， 解决大型城市的能源供应和环境保护问题，要注意将大中型区域热电联产和小微型分布式热电冷联供有机 结合，合理布局，好钢用在刀刃上。结语5随着我国面临的环境问题越来越突出，政府部门和相关企业应该提前谋划，合理布局，引导燃机热电联 产良性发展，使其在能源结构调整和节能减排工作中 更好地发挥作用。参考文献:1清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热 电股份有限公司 燃气轮机与燃气 蒸汽联合循环装置建议4M北京: 中国电力出版社，20071) 采取有效措施，提高天然气供应保障水平。在多渠道开源( 包括大力开发页岩气) 的同时，加大储气 库建设力度、增强调峰能力是避免季节性“气荒”的当 务之急。同时，燃机发电企业应