分布式燃氣輪機在工業(yè)、民用建筑的應用前景

王丹

（中機中聯(lián)工程有限公司，重慶400039）

分布式燃氣輪機在工業(yè)、民用建筑的應用前景

王丹

（中機中聯(lián)工程有限公司，重慶400039）

我國以火力發(fā)電為主，目前，在火力發(fā)電中使用最多的還是燃燒污染較大的原煤。這種原始的發(fā)電方式效率低下，環(huán)境污染大，后期節(jié)流減排投資要求高。天然氣在我國存量豐富，且充分燃燒后的產(chǎn)物為CO2和H2O，污染較少。利用天然氣作為一次能源的燃氣輪機是高效率、低污染的發(fā)電方式，主要具有供電效率高、投資低、建設周期短、啟停靈活、運行自動化程度高、污染少等優(yōu)點。

燃氣輪機系統(tǒng)；余熱鍋爐；冰蓄冷；建筑節(jié)能；天然氣

1　系統(tǒng)介紹

能源為我國西部地區(qū)儲量充足的天然氣，以天然氣為第一燃料，柴油為第二燃料，如果天然氣管線停氣檢修或短時氣壓不足，使用柴油作為備用燃料；燃料燃燒推動汽輪機，產(chǎn)生10kV電能，燃燒后的500°C尾氣進入余熱鍋爐，加熱軟水，產(chǎn)生蒸汽及熱水熱水可做生活熱水用，冬季可以制熱；換熱后150°C尾氣進入溴化鋰直燃機，產(chǎn)生冷凍水，夏季時，用于空調(diào)系統(tǒng)制冷。此為熱電聯(lián)產(chǎn)三聯(lián)供系統(tǒng)，即供電、供熱、供冷（圖1）。

圖1　熱電聯(lián)產(chǎn)三聯(lián)供系統(tǒng)圖

2　系統(tǒng)優(yōu)點

（1）峰谷差調(diào)節(jié)作用。燃氣負荷與電力負荷在季節(jié)上大致呈互補關系，運行期間用氣量穩(wěn)定，減少了兩方面各自的季節(jié)峰谷差。將夏季一部分電力高峰負荷轉移到燃氣上來，有利于季節(jié)調(diào)峰，改善能源供給結構。

（2）能源利用總效率高，冷、熱、電成本互攤，較為經(jīng)濟。

（3）可作備用電源，提高供電安全性。設備能快速啟動，冷態(tài)啟動時間段，能起到可靠的備用電源作用，在電網(wǎng)崩潰和意外災害（例如地震、暴風雪、人為破壞、戰(zhàn)爭）情況下，可維持重要用戶的供電。

（4）無輸配電損耗，同時節(jié)約了變電設備和電網(wǎng)建設費用。減少了輸熱損失和熱網(wǎng)費用。就近供電減少了大容量遠距離高壓輸電線的建設，不僅減少了高壓輸電線的電磁污染，也減少了高壓輸電線的征地面積和線路走廊及線路上樹木的砍伐，利于環(huán)保。

（5）資金密度低，建設周期短，正常情況下投資回收快。微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)應用于賓館、商業(yè)區(qū)及住宅區(qū)的保值回收期為3～6年。系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟可行性。

（6）可與市政10kV電網(wǎng)并列運行，有效提高了重要負荷的供電可靠性。

然而，每種技術都有其優(yōu)點，同樣的沒種技術也存在著相應的缺點，下面再簡要明確此系統(tǒng)的一些缺點。

3　系統(tǒng)缺點

（1）對熱負荷要求高。使用CCHP的先決條件是有較大的熱負荷，同時要求冷熱負荷穩(wěn)定。

雖然微型燃機發(fā)電效率己從17%～20%上升到當前的26%～30%，但以微型燃氣輪機作為動力的簡單的分布式供電系統(tǒng)的熱轉功效率依然遠小于大型集中供電電站。三聯(lián)供系統(tǒng)如果僅作為發(fā)電使用不考慮利用余熱的效益，則發(fā)電成本高于目前市電平均價格，單獨發(fā)電是不經(jīng)濟的。對于熱負荷變化較大的建筑物或者負荷率很低的場所，能源綜合利用效率一般很難達到期望的效果，并且發(fā)電機的使用壽命也會受到影響。

（2）系統(tǒng)成本的經(jīng)濟性受政府行為干預的影響大。

CCHP成本中燃料占67%～78%，其經(jīng)濟效益受市場燃料與用電價格（電價、氣價、熱價）的影響（希望的大趨勢是電價上漲、氣價下跌），這些與政府定價因素有關，在中國氣電比價高的特點下更是如此。從天然氣公司得到的供氣價格高于燃氣電廠價格，增加了發(fā)電使用成本。能否采用燃氣季節(jié)性差價等優(yōu)惠制度很重要。

CCHP的推廣要求一定的優(yōu)惠政策，使投資商在貸款準入、稅收方面給以優(yōu)惠。否則結果很可能是能源利用率上升了，財務上卻虧空了。投資商要求投資回收年限短。

4　與市電并網(wǎng)

根據(jù)發(fā)電機與市電的關系劃分，有發(fā)電機與市電并網(wǎng)運行方式和發(fā)電機與市電分列運行兩種方式。

根據(jù)系統(tǒng)運行時間不同劃分，有全年連續(xù)運行和季節(jié)性間歇運行兩種系統(tǒng)，前者發(fā)電機組全年運行，后者一般采暖季和制冷季運行，過渡季不運行。還有一些系統(tǒng)為每天間歇運行方式，后半夜電負荷低時，發(fā)電機組關機。

根據(jù)建筑物冷熱電負荷規(guī)律及數(shù)量，確定發(fā)電機是否與市電并網(wǎng)。一般情況下，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電機與市電并網(wǎng)運行所帶來的優(yōu)勢很多，如：發(fā)電機可在額定功率下運行，發(fā)電效率高，系統(tǒng)經(jīng)濟性優(yōu)，可利用的余熱穩(wěn)定，余熱利用簡便，建筑物供電穩(wěn)定等。

發(fā)電機與市電并網(wǎng)運行是提高熱、電、冷三聯(lián)供系統(tǒng)綜合效率的先決條件之一。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)消耗的燃料一般為天然氣，燃氣成本相對較高，只有當其產(chǎn)生的電能及冷、熱能大部分被利用時，熱、電、冷二聯(lián)供系統(tǒng)才能顯現(xiàn)出良好的經(jīng)濟性：但在實際應用中，由于用電負荷的波動性，很難保證發(fā)電機連續(xù)滿負荷獨立運行。因此，發(fā)電機只帶基本負荷，不足部分利用公共電網(wǎng)補充供電是熱、電、冷三聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟運行的需要。另外，發(fā)電機與市電并網(wǎng)運行可以提高用電系統(tǒng)的安全性，同時，又可以起到為市電削峰填谷的作用。但同時，如須并網(wǎng)運行，則對燃氣輪機的穩(wěn)定運行要求高，發(fā)電機發(fā)電的頻率、電壓、相位必須與電網(wǎng)的頻率、電壓、相位保持一致，才能并網(wǎng)發(fā)電。

5　典型的應用場合

用于人口稠密的城市商業(yè)中心、住宅小區(qū)、酒店商廈、快餐店、醫(yī)院等需要洗澡和生活熱水、除濕熱源的場合。機場、火車站、大學、機關等公用事業(yè)單位。這些單位用電、用冷、用熱負荷都非常集中，便于集中控制和管理。分布式能源站夏季以集中供冷為主，供冷時間長，單位面積負荷大，冷負荷主要為內(nèi)部負荷，伴有部分蒸汽和生活熱水需求，空調(diào)能耗季節(jié)性較強。冬季供暖時間也長，商業(yè)中心電價高，采用分布式能源站經(jīng)濟效益極好；而且相比于現(xiàn)有電網(wǎng)，分布式燃氣輪機系統(tǒng)在供電的可靠性上也有非常突出的表現(xiàn)，比如2008年南方暴雪，很多城市電網(wǎng)癱瘓，給生活生產(chǎn)帶來了很嚴重的損失，如果當時我國采用的是分布式燃氣輪機系統(tǒng)，可以很輕易地減輕這類災害的影響。

綜上所述，采用分布式供能系統(tǒng)是一條高效利用能源的好道路，是城市天然氣利用的良好途徑和城市能源建設的重要組成部分，可以緩解季節(jié)性電力短缺，改善生活環(huán)境。冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在很大程度上可以減輕我們所面臨的問題。因此在規(guī)劃、實施燃氣發(fā)電裝置時，應采取集中大型燃氣發(fā)電廠的建設與分散在各類建筑或建筑群的燃氣冷熱電聯(lián)供的分布式能源供應系統(tǒng)并舉的政策。實行這種政策，既可減輕建設大型集中燃氣發(fā)電廠的資金、環(huán)保和供水等方面的壓力，又可提高城市能源供應，特別是電力供應的安全可靠度。因此，分布式燃氣輪機值得在各大城市中廣泛推廣。

［1］李孝堂，侯凌云，楊敏，等.現(xiàn)代燃氣輪機技術［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2006.

［2］袁春，陳彬兵，陳兆海，等.微型燃氣輪機發(fā)電技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［3］翁一武，蘇明，翁史烈.先進微型燃氣輪機的特點與應用前景［J］.熱能與動力工程，2003（2）.

［4］Je-Chin Han，SandipDutta，Srinath Ekkad.Gas Turbine Heat Transfer and Cooling Technology［M］.程代京，譯.西安：西安交通大學出版社，2005.

責任編輯：孫蘇

Application Prospectsof Distributed Gas Turbine in Industry and Civil Building

Thermal power generation ismainly applied in China，and raw coalwith relatively heavy pollution isused presently.This original power generationmethod isof low efficiency，heavy pollution and high investment requeston emission reduction at later stage.Natural gas isin abundantstorage，and itsproduction afterburning isCO2 and H2Owith less pollution.Therefore，naturalgas，ahigh efficientpowergenerationmethod w ith low pollution，can beapplied in gas turbine，w ith thevirtuesofhigh power supply efficiency，low investment，shortconstruction period，flexible startand stop，high degreed operation automation aswellas lesspollution.

gas turbine system；neat recovery boiler；ice storage；building energy efficiency；naturalgas

TU996.9

A

1671-9107（2015）01-0007-02

10.3969/j.issn.1671-9107.2015.01.007

2014-02-25

王丹（1983-），男，天津人，本科，工程師，主要從事建筑設計工作。