以冷熱電三聯供燃氣蒸汽聯合循環機組為基礎建設城市智能電網淺析

李新興

（北京京能高安屯燃氣熱電有限責任公司,100120）

0 引言

自從美國電力科學院自2001年首次提出智能電網的概念之后，這一理念馬上成為全世界人們關注的焦點，各國都把建設智能電網加入國家戰略發展的進程中來。而大型城市用電負荷集中，對環境質量和電能質量要求高，是發展智能電網的理想場所。目前，中國為治理城市污染，滿足城市供熱需求，已經引進能源利用率更高并且可以大幅降低污染的燃氣蒸汽聯合循環機組取代城市中的燃煤機組，來為城市供電供熱。燃氣蒸汽聯合循環冷熱電三聯供機組可以高效的利用能源進行集中式的供電、供熱、供冷，非常適合城市的需求。以采用清潔能源的燃氣蒸汽聯合循環冷熱電三聯供機組為基準建設城市智能電網是現代城市的發展趨勢。

1 智能電網和燃氣蒸汽聯合循環冷熱電三聯供機組的概述

1.1 智能電網的概念

智能電網就是將信息技術、通信技術、計算機技術和原有的輸、配電基礎設施高度集成而形成的新型電網，它具有提高能源效率、減少對環境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少輸電網的電能損耗等多個優點。它具有以下功能和特點：

自愈：無需人為干預，自主排除故障，保證系統穩定。

安全：有效抵御外部攻擊。

兼容：兼容分布式電源。

交互：電網與用戶的不間斷交流。

協調：市場與電網的無縫銜接。

高效：提高資源利用率，降低維護成本。

優質：提高電能質量。

集成：實現信息的集中匯總處理，分散控制。

1.2 燃氣蒸汽聯合循環冷熱電三聯供概述

燃氣蒸汽聯合循環是指將燃氣輪機的布雷登循環和汽輪機的卡諾循環兩個熱力循環有效的結合起來，是實現減小排熱損失提高能源利用率的良好方法。燃氣蒸汽聯合循環的過程是將氣體燃料（例如天然氣）和經壓氣機加壓的空氣預混后在燃燒室里點燃，產生的高溫高壓煙氣推動燃機透平做功帶動發電機發電，做功后的余熱煙氣到余熱鍋爐里進行換熱，加熱余熱鍋爐里的水產出高溫高壓水蒸氣去到汽輪機做功發電。簡單的單循環發電效率只有30%～40%，而聯合循環的發電效率一般可達58%～ 60%。

余熱利用產出的熱蒸汽除了可以推動汽輪機發電外，還可以對外供熱。汽輪機中間抽汽或是背壓運行所提供的熱蒸汽可以去熱網換熱，給用戶提供熱水，也可以直接供到有需求的工廠。在此基礎上增加相應的吸收制冷裝置，就可以達到冷熱電三聯供的目的。

2 智能電網和燃氣蒸汽聯合循環的國內外發展現狀

2.1 智能電網的國外發展現狀

美國很久之前就已經開始智能電網的研究與建設，美國的智能電網計劃稱為統一智能電網，它想要將分布式的智能電網聯合成統一的全國性的智能網絡體系。美國現任總統奧巴馬直接把智能電網的建設提高的國家戰略的高度，2009年1月25日美國白宮最新發布的《復蘇計劃報告》宣布：將鋪設或更新部分路段輸電線路，并未美國4000萬家庭安裝智能電表。3月12日美國能源公司宣布將耗資一億美元打造全美第一個智能電網城市。美國期待依靠智能電網可以將大量的分布式可再生能源導入到大電網之中。美國的智能電網正經歷著一個高速發展的時期。

歐洲發展智能電網成為超級智能電網，它主要是想完成歐洲電網的互通性，吸收歐洲分布式電源入網。由于歐洲的資源比美國更加匱乏，歐洲將大力發展風力發電、太陽能發電等可再生能源，加強環境保護和地區電源整改的同時，利用智能電網將這些分散的可再生能源并入電網迫在眉睫。歐美于2005年成立“智能電網技術論壇”，促進智能電網研究，為大量接入可再生能源掃除障礙。歐洲的智能電網研究和應用已經取得了很大的進展，提高了用戶與運營商的交互性。

2.2 智能電網國內發展現狀

2009年5月21日，中國國家電網公布了“智能電網”的發展計劃，并初步披露了其建設時間表。該計劃提出了全面建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，以信息化、數字化、自動化、互動化為特征的統一堅強智能電網計劃。并針對此計劃國家電網做出了三步走的規劃，2009～2010年為規劃試點階段，2011～2015年為全面建設階段，2016～2020年為引領提升階段。

2009年8月21日，國家電網公司智能電網工作座談會在北京召開。會議布置了公司統一堅強智能電網建設第一階段（2009年至2010年）的重點工作，印發了《統一堅強智能電網第一階段重點項目實施方案》，標志著公司統一堅強智能電網建設第一階段工作全面啟動。

2010年2月，全國各省市開始全面啟動智能電網示范性項目的實施工作。目前全國已經安排了80多個智能電網小區試點、450多個電動汽車充電站試點、70多個智能變電站試點，經過今年的試點，明年將全面推開。

2010年3月5日，溫家寶總理在政府工作報告中首次提出“加強智能電網建設”。

2010年3月9日，中國西電集團與中國華電集團簽署戰略合作框架協議，雙方一致認為應在電力工程技術、智能電網建設、新能源建設、海外市場開發等領域加大合作力度，并不斷探尋新的合作模式和領域。

2010年4月19日發布的《國家電網公司綠色發展白皮書》顯示，國家電網公司預計在2020年基本建成堅強智能電網，全力提升消納清潔能源能力，助力電力系統提升能源利用效率，積極推動電力裝備業和全社會節能，加快電動汽車發展。

一系列的事件表明我國智能電網的發展緊隨世界腳歩，并正在不斷的加快前進步伐。我國智能電網建設事業正在多方面研究與試驗，將會有更多的新技術應用在這個項目之中。

2.3 燃氣蒸汽聯合循環的發展現狀

由于燃氣蒸汽聯合循環可以得到更高的能源利用率，國外很早就開始了相關技術的研究工作。到90年代，燃氣技術得到突飛猛進的發展，發達國家的燃機裝機容量大幅上升。目前發達國家每年新增的聯合循環總裝機容量約占火電新增容量的40%～50%，所有世界生產發電設備的大公司至今年生產的發電設備總容量中聯合循環都占50%以上。燃氣蒸汽聯合循環將成為世界發電產業的主力軍，向著大功率、多燃料、低污染、高性能的方向不斷發展。

中國一直十分關注燃氣輪機的發展，不斷從國外引進先進的技術，現在全國已經建成多個燃氣蒸汽聯合循環發電廠。中國緊隨世界腳步，先后建設了多個9F級燃機機組，而且為滿足能源供應，中國自建設海上進口天然氣管線、中亞天然氣管道、中緬天然氣管道之后，新建的中俄天然氣管道即將打通。加上西氣東輸一線與二線，以及川氣東輸工程，中國天然氣開發形成了可持續發展的大規模的全國網狀戰略布局。這為燃氣蒸汽聯合循環機組的發展提供了更堅實的基礎和更廣闊的舞臺。中國燃氣發電事業將得到快速發展，預計不久的將來可以取代燃煤機組成為中國發電領域的第一支柱。

3 經濟性和環境分析

智能電網憑借它自愈、安全、兼容、交互、協調、高效、優質、集成的優勢，可以同時提高供電的經濟效益和質量水平，整體提高能源的利用率，降低損耗。

燃氣蒸汽聯合循環的電廠整體效率要比燃煤電廠高，超臨界的600MW燃煤機組其發電效率大約為40%，而燃氣蒸汽聯合循環機組的發電效率可以達到58%～60%，它很大程度的提高了能源的利用效率。而且燃氣蒸汽聯合循環的電廠無需煤場、輸煤系統、除灰系統等，占地面積要比燃煤電廠小很多，在寸土寸金的城市之中這點尤為重要。并且燃氣蒸汽聯合循環機組還有建廠周期短，自動化程序高，降低人員成本等優點。

冷熱電三聯供在燃氣蒸汽聯合循環發電的基礎上，進一步提高了能源的利用率，與傳統的發電、集中供熱、電供冷相比較，燃氣蒸汽聯合循環的冷熱電三聯供機組，可節約集中供熱的鍋爐房和大量的用電空調，節省了建設投入。同時冷熱電三聯供進一步完成能源的梯級利用，高品位能源用于發電，低品位能源用于供熱和制冷，能源綜合利用率可達80%以上，對節約我國能源和促進國民經濟發展具有重要意義，而且可以降低電能、熱能、冷氣的消費成本，提高城市居民的生活質量。

在環境方面，燃氣蒸汽聯合循環機組的污染程度很小，它主要以天然氣為燃料，天然氣為清潔能源燃燒效率極高，而且天然氣燃燒時沒有二氧化硫排放，污染程度大幅降低。同等功率下，燃氣蒸汽聯合循環機組比常規燃煤機組燃燒時所排出的氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳排放量也大幅下降。中國面臨著環境污染和限制二氧化碳的排放量的巨大壓力，逐步用清潔能源替代高污染的煤炭資源可以有效的改善國家的環境污染問題。

4 前景展望

智能電網已經在國外發展了很長時間，其中智能大廈、智能家庭、智能機場等設計理念層出不窮，有的已經取得實質性的成果。智能城市是很多科研學者看好的發展方向，建設城市智能電網是一條必經之路。

城市是全世界人民居住的地方，是每一個城市居民共同的家，它代表著我們的文明傳承發展，它代表著我們的文化科技進步。城市的環境和文化越來越受到每一位居民的關注，節約資源、綠色環保是每一個城市發展的方向。對于城市來說水資源是寶貴的，土地資源是寶貴的，空氣資源也是寶貴的。燃氣蒸汽聯合循環機組可以大程度的節省水資源、土地資源而且利用清潔能源污染很小，是適合城市發展的動力源。

在將來的城市規劃中，可以用燃氣蒸汽聯合循環冷熱電三聯供機組為電源、熱源、冷源來建設工業區、商業區、居住區等，實現負荷與需求的穩定供求，這些區域如同一個個模塊，鑲嵌在城市當中。智能電網負責對這些分布式的模塊進行分開治理與統籌管理。每個模塊可以實現自己的孤島運行，自給自足，最大程度的節約能量的傳輸成本，依靠智能電網和燃機的快速響應能力保證冷熱電的需求與供應平衡。智能電網可以最大程度的整合分布式電源，這些城市模塊可以由智能電網協調管理，提高電能質量和能源利用率，同時也與大電網相連，燃機機組的快速啟動和調整能力可以為大電網削峰填谷。

5 結束語

城市是人類文明發展的重要組成部分，依托于智能電網安全、交互、協調等優點和燃氣蒸汽聯合循環的低污染、高效能源利用率，以冷熱電三聯供燃氣蒸汽聯合循環機組為基礎建設城市智能電網是城市可期的發展途徑。在環境和資源問題日益凸顯和智能電網、清潔能源利用、燃機機組高速發展的當下，研究和試驗這條途徑擁有足夠的社會推動力和科技條件。

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