发展小型分散热电联产的研究与探讨

1　引　言
　　“热电联产、集中供热”具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应、提高人民生活质量等综合效益。所以，我国历来都鼓励要健康发展。热电站的规模，要因地制宜，依据热力市场和电力市场的发展需求，大、中、小型并举。本文介绍1980年以来，西方发达国家利用天然气（油）燃机热电联产，采用中、小型分散供能系统的成因、特点等。同时，针对我国近年来不少城市有了天然气，目前正在搞“西气东输”和进口液化天然气（LNG），许多城市已经有条件用天然气作燃料建设小型分散热电（冷）联产这一情况作出分析，以供参考。
2　小型分散热电联产的特点
　　从电力工业100多年的发展历史看，汽轮发电机由小型发展到大型，要提高能源利用率（降低供电煤耗、线损等）、降低成本似乎已趋尽头。而从电力工业发展的趋势来看，“城市各个工厂、企业、学校、军营、单位的小型分散、高效、清洁发电（小型热电〈冷〉电厂），将替代边远地区的大型电
厂。”传统大型集中远距离输电占统治地位的模式，被新技术、自由交易能源（竞价上网）分散小型竞争者所改变。
　　所谓“小型分散”动力是相对“传统大型、集中输电”而言，其主要特点有：
　　小型：电站、机组容量小，一般单机容量（燃机0．5～20MW，汽机＜50MW），电站容量小于100MW，属小型机组，小型电站。
　　高效：小型机组单机供电效率达24％～35％，联合循环供电效率可达45％～50％，热电（冷）联产能源利用率可达80％以上，比汽机单纯发电效率高15％～20％，能源利用率约高10％。
　　分散：各中小城市，各个工厂、大学、大医院、大单位、居民小区、商业中心、军事基地等可建立分散小型动力。
　　清洁：燃用油、气清洁燃料，没有灰尘排放，SO2几乎接近零排放，比常规燃煤电厂NOX排放减少90％，CO2排放减少60％，环境效益十分诱人。
　　经济：没有远距离高压输电线路，没有大管径　　长距离热网（冷网）管道，少用水，占地少，基建快，低成本。据悉，大型燃气联合循环发电站，基建投资并不贵，每千瓦造价约700美元，而小型天然气热电（冷）电站，每千瓦单位投资仅350美元。美通用（GE）公司预测至2005年世界各国可兴建4亿kW燃气联合循环电站。
　　可靠：分散动力接近负荷中心、消费地区、无远距离输电网和长距离大型热网。依靠现代技术，设备十分可靠，自动化高；可应付突发事件。如中东战争，一个碳墨弹，就可瓦解整个电网，造成大面积停电。又如台湾的地震，台风造成高压输电铁塔倒地，几乎全岛漆黑一片。而分散动力—小型热电（冷）联产就可避免以上后果。
3　小型分散热电联产的主要型式
3．1　小型燃机热电（冷）联产
　　小型燃机热电（冷）联产其主要设备为一套燃气轮机发电装置，燃机排汽利用的余热锅炉供热（制冷）组成“CHP”（Combine Heat＆Power）。这种型式的燃机一般较小（＜13 MW）。适合于较小电热负荷的企业单位使用。
3．2　燃气－蒸汽联合循环发电，汽机热电（冷）联产　
　　其主要设备为一套燃气—蒸汽联合循环发电装置，而汽轮机是热电（冷）联产机组。也就是汽轮机组热电联产前置一套燃气轮发电机组，其排气入余热锅炉，余热锅炉代替了原蒸汽锅炉。
　　这种型式一般燃机功率较大些，属中小型机组（13～50MW）。其供电热（冷）负荷较大，适用于中型、大型企业和小联片供热（冷）地区。
4　小型分散热、电动力的成因
4．1　新技术发展已使凝汽燃煤电厂相形见绌
　　从热力学定律可知，经过100多年的发展，凝汽式汽轮发电效率的潜力，几乎已经挖尽，其供电热效率只能达到43％左右，再考虑远距输电，工业发达国家，输配电损失达10％，我国目前这个损失达15％～20％，所以，终端利用率不到30％；而今燃气－蒸汽联合循环的供电效率已达58％，即将达到60％，小型分散的CHP可达到85％。燃料电池发电效率可与燃气轮机媲美，达80％～90％，而且小型分散的热电动力几乎不存在额外的输配电和热网损失。
4．2　为提高供电质量，倾向于修建分散动力
　　高新技术企业和现代化信息技术的发展要求 提高供电质量和供电可靠性。它们无法忍受低劣的供电质量和低的供电可靠性，50Hz的电流波动0．5Hz，对居民生活用电没什么感觉，但对高新技术企业无法承受，可造成大量次品甚至事故、停产。在大电网供电的情况下，天灾人祸，突发事件：如暴风雨雾、山洪地震、卡车撞断电杆，树枝落在电线上，战争使用碳墨弹……都可能引起停电，要保证高度可靠性存在一定困难。因此高新技术企业为确保供电可靠性和供电质量，宁可自建小型分散动力。
4．3　全球和地区环境的压力使大机组燃煤火电厂受到了严格的限制　　
　　90年代以来，人类对地球的生态环境的认识逐步提高，认识到需要抓紧治理小环境、地区环境和全球环境，特别是1994年全球气候变化框架公约签订后，常规燃煤电厂受到了生态环境的严重挑战。工业化国家纷纷削减大型燃煤电厂的建设，我国一些大城市和经济发达地区也已经陆续宣布在本地区内不再修建大型燃煤电站，如北京市已明确不再修建大型燃煤电厂；上海市也提出要严格控制大型燃煤电厂的建设规模；珠江三角洲地区也提出不再修建常规燃煤电厂。
4．4　城市及其附近已不具备修建大型燃煤电厂的条件　　
　　电力工业发展的初期都是从建设城市中心电厂开始的，随着电厂规模的扩大，逐渐向城市郊区发展，城市进一步发展，郊区变成了城市，城市及其附近已经不具备修建大型燃煤电厂的条件，必须从外地远距离输入电源，使得大机组、大电厂、大电网的投资、电力损失和成本加大，不如在城市内修建小型、分散、高效、清洁的燃气－蒸汽联合循环热电（冷）联产机组。早在1994年日本电力研究所的专家指出：日本东京电力公司已不具备在东京湾沿海及地区修建大型火电厂的厂址，必须从外地输入电能，电厂加远距离输电工程投资，电力损失和电力成本加大，只好鼓励用户修建小型热电（冷）联产电站。
4．5　远离大电网的地方倾向修建小型分散电站　　
　　在一些国家的农牧区，无电小城镇边远地区，远离电网，如果国家不补贴电网建设投资费用，要由用户自己承担，靠大电网远距离供电，不如修建小型、分散电站来得便宜。有些工业发达国家，小 型、分散动力已推广到企业和社区。由于技术水平的提高，小型分散电站的投资越来越低，每千瓦单位造价在350美元左右，而大型火电机组则每千瓦单位投资为1000～1500美元，所以其经济效益具有很大的诱惑力。
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