熱電聯産【摘要】燃氣輪機是一種環境代價低、能源利用效率高、運行靈活、技術可靠、組合多樣化的能量轉換裝置，已為全世界廣泛采用。在電力行業，它不僅被用于基本負荷與調峰發電，更多地被用作為熱電聯産，并取得了極為理想的環境、社會和經濟效益。使用燃氣輪機熱電聯産工藝受到世界各國政府的普遍鼓勵與扶持，并通過制定相應的法律、法規予以保護。我國政府面向21世紀，在可持續發展戰略指導下，為有力配合西部大開發，正式頒布對發展燃氣輪機熱電聯産的扶持政策--《關于發展熱電聯産的規定》，對于我國的環境保護、提高資源綜合利用效率、加快城鎮現代化進程、改善人民生活品質将具有十分深遠的意義。

如何确定燃氣輪機熱電聯産的技術指标，将直接影響到這一技術能否健康推廣。訂立技術指标的基點應該是國家、社會的長期利益，并結合我國的實際情況，同時參考各國及地區政府已經實旋的法律、法規和技術标準。

燃氣輪機熱電聯産的工藝方式

燃氣輪機熱電聯産一般主要有四種工藝方式：

1．燃氣輪機一蒸汽輪機聯合循環熱電聯産：這是世界各國最為明令鼓勵的工藝方式。

此種工藝首先由燃氣輪機對燃料進行首次能源利用，燃燒燃料産生熱膨脹功推動動力透平渦輪葉片來驅動發電機發電。其高溫乏氣通過餘熱鍋爐将煙氣轉換中溫中壓以上參數蒸汽，再推動蒸汽輪機作功發電，并将功後乏汽用于供熱。這種工藝發電比率高，有效能量轉換率高，及煙的轉換率高，因此經濟效益也較好。後置蒸汽輪機可以是抽汽凝汽式，也可以是背壓式，但背壓式汽輪機受制約比較大，不利于電網、熱網和天然氣管網的調節，除非是企業自備的熱電廠，用汽、用電穩定，一般在世界上極少采用。燃氣輪機一蒸汽輪機聯合循環熱電廠往往采用兩套以上的燃氣輪機和餘熱鍋爐拖帶1-2台抽汽凝氣式汽輪機，或使用餘熱鍋爐補燃，以及雙燃料系統提高對電網、熱網和天然氣管網的調節能力及供能可靠性。

2．燃氣輪機-侖熱鍋爐直供熱電聯産：它與前一工藝方式的區别為隻有燃氣輪機和餘熱鍋爐，省略了蒸汽輪機，因此，也有将其稱為"前置循環"。由于餘熱鍋爐不需要生産能夠推動蒸汽輪機的高品位蒸汽，因而工藝系統投資較低。為提高供能可靠性和熱、電、天然氣的調節能力，國際上往往采用兩套以上機組同時加補燃工藝，以及蒸汽回注等技術，所采用的機組一般也比較小。與前一方式比較，燃氣輪機更像一個燃燒器。由于燃氣輪機實現了對天然氣的預熱，使之燃燒更充分，其效率大大高于燃氣鍋爐。其熱效率比前一方式高，但發電比率低導緻煙的利用率明顯降低，因此經濟效益也不及前者。

3．煤氣-燃氣輪機一蒸汽輪機整體化聯合循環熱電聯産(ICCC)：它将原煤在煤氣發生裝置中轉換為高溫煤氣煙氣，并在煤氣煙氣降溫時轉換一部分蒸汽，将淨化、脫硫的煤氣供給燃氣輪機發電，再将燃氣輪機煙氣通過餘熱鍋爐轉換高品位蒸汽與煤氣發生器的蒸氣共同推動蒸汽輪機發電、供熱。4．燃氣輪機輔助循環熱電聯産：将較小的燃氣輪機加入到傳統的燃煤或燃油後置循環熱電聯産系統中，将燃氣輪機的動力用于驅動給水泵或發電，将高溫煙氣注人餘熱鍋爐用于改善燃燒，提高鍋爐效率，穩定低功況條件下的系統運行狀況。

熱效率與熱電比

無論采用上述哪一種工藝方式，應由建設單位根據燃料資源配置情況，熱力、電力市場的實際需求，及環境排放的容量空間等因素來決定。總體而言，發展燃氣輪機熱電聯産應該堅持适度規模的原則，以環境、社會：經濟效益定規模，以強調提高資源綜合利用效率，特别是提高煙的轉換率和降低環境代價為核心來确立有關指标。尤其是那些肩負環境污染治理、具有社會公益性質和燃氣調節任務的區域性燃氣輪機熱電廠，應該積極采用對氣、熱、電均有較好調節能力，經濟效益較佳的第1種工藝方式。由于煙的轉換、利用率難以确定計算标準，所以将第1種工藝方式的熱效率和熱電比指标作為政策底線标準應是合理的。

根據對南京汽輪電機廠引進GE公司技術生産的容量39MW等級的MS6561B燃機(聯合循環容量56MW，編号STAGl06B)和GE公司生産的容量123Mw等級的陽9171E燃機(聯合循環容量170MW，編号STAGl09E)，及Sob公司1MW-12MW燃氣輪機聯合循環熱電聯産機組的研究分析，參考原國家四委部計交能[1998]220号文件對燃煤熱電聯産機組的有關技術指标，結合國内配套設備生産企業産品的技術現狀。确定燃氣輪機熱電聯産年平均熱效率55％，年平均熱電比30％。

1．220号文件将燃煤熱電廠的年平均綜合熱電效率确定在45％，這對于超大型超超臨界燃煤火電機組或煤氣-喘氣一蒸汽整體化聯合循環發電機組是一個極限效率值，如果後置循環凝氣運行的機組全年平均效率要超過45％，造價将大幅度攀開，經濟上将無可行性而言。所以，對于那些容量較小的中溫中壓後置循環供熱機組，如果不大量供熱，45％的效率是根本不可能達到的。從節能角度出發，如果燃煤凝氣機組能夠達到45％的熱效率即使不供熱，也應該鼓勵其多發電。

對于燃氣輪機使用三壓再熱聯合循環系統的發電機組，年平均效率55％也是目前的一個極限值。雖然新研制的一些機組效率可達到58％-60％，但這是在ISO功況條件下的一個瞬間值，即：15℃，海平面，空氣濕度60％。在中國絕大多數城市達不到這一條件，加之啟動、調峰運行的出力變化，實際效率将明顯降低。如：S109B的理論效率可達52％，而深圳南山電廠S109E的實際效率僅42％。對于采用單壓或雙壓餘熱鍋爐和抽凝汽輪機的聯合循環熱電機組，不大量供熱也是不可能實現的。

2．TAGl06B熱電綜合效率要達到55％，需抽汽20噸，熱電比對應為30％，相當餘熱鍋爐換熱量的27％，蒸汽量的30％(見本文附表之1)；STAG109E熱電比達到30％時，熱效率要達到57％，需抽汽噸，相當餘熱鍋爐換熱量的28％，蒸汽量的35％(見本文附表之2)。世界大多國家對熱電聯産隻有鼓勵政策，多沒有制定考核标準，少數國家和地區雖然制定了标難，但條件非常寬松。我們建議的總熱效率55％，熱電比30％，遠遠高于美國政府對其國内熱電廠規定的熱電比15％時，總效率達到45％的考核水平。也高于我國台灣實行的總熱效率事50％和熱電産出比多20％的考核标準，在全世界應屬于最高一級标準。建議制定如此高的技術考核标準，并不是我國大陸地區的技術和管理水平比其他國家和地區更高，而是為現實利益格局所制約，不得已而為之，已經充分考慮了在電力市場相對飽和的現狀因素。但是，我們又不能違背全世界在努力提高能源利用效率時，特别鼓勵提高煙值的轉換效率，即多發電的趨勢，這也是節能的本質。

3．在制定計算方案時，我們采用杭州汽輪機廠引進德國西門子技術生産的68bM次高壓抽凝汽輪機為标準，鍋爐采用美國德爾塔公司将在中國合資生産的70bar次高壓補燃餘熱鍋爐為标準。大多數生産中溫中壓設備的國内配套廠家要達到這一标準還需要更多的努力，或者通過提高熱電比來達到熱效率要求。标準應該比照先進技術制定，這樣才有利于整體行業的技術進步。這也強迫熱電企業必須采用先進技術，否則将難以達到考核标難，即使通過提高熱電比達标，經濟上也難以實現平衡。

4．對于采用前置循環方式的燃氣一蒸汽聯合循環熱電廠，雖然輕而易舉可達上述熱電比和熱效率标準，但要在經濟上要實現收益平衡，必須大幅度提高熱效率，成倍增加供熱量(見本文附表之1、2、3)。以每度電0．45元／Kwh，熱價34元／GJ為條件比照分析，電價與熱價的差值和供電熱值與供熱熱值的平均差均是3．7倍。前置循環機組的供熱效率要達到48％時，收益才能達到聯合循環系統中蒸汽輪機13％凝汽發電效率時的水平。即：前置循環熱電聯産效率達80％時，才能達到燃氣輪機聯合循環凝氣發電機組45％時的收益水平，而這一收益比聯合循環熱電聯産效率在55％時的熱電綜合收益低7％。

5．對于采用煤氣一燃氣一蒸汽整體化聯合循環熱電廠，因為有兩組蒸汽發生裝置，發電、供熱的總熱效率達到55％技術上可以實現。由于它的發電效率大大高于傳統工藝的燃煤發電裝置，如果按220号文件對燃煤熱電廠熱電比限制，其供熱量必須大幅提高，如果其發電效率達到40％，50MW以下機組總效率需要達到80％，50Mw以上機組需達到60％，技術上根本無法實現。即使是55％的總效率，熱電比也需要達到37．5％。

6．對于将采用燃氣輪機輔助循環熱電聯産系統的熱電廠，由于燃氣輪機不承擔重要主要的能量轉換，僅僅是一輔助工藝系統，因此不應執行燃氣輪機熱電聯産的熱效率和熱電比标準，應按照《關于發展熱電聯産的規定》第七條第一款：常規熱電聯産指标執行。

燃氣輪機熱電聯産不設立容量等級考核标準

電力設施的高效化、分散化、小型化和功能多樣化是世界能源業的發展走向，是人類環境意識和可持續發展意識增強的必然産物，是技術進步的成果，是我介泌須面對的文明越勢。這一概念所建立的基礎在于：

A．首先是環境保護認識的不斷深化，一系列因生态環境破壞對人類生存産生了巨大壓力，特别是嚴重危害人類呼吸系統健康的氮氧化物和導緻全球變暖溫室氣體排放的加劇，使各國不得不采用更嚴格的标準和更有效的手段來保護、改善環境，必須以最低的環境、資源代價維持人類文明的延續與發展。

B．天然氣等新能源的開發利用為人類持續發展奠定了基礎，但是開發利用天然氣較高的投資成本，使我們又不得不盡可能通過擴大使用天然氣的效能，來提高其有效能源的利用效率和綜合經濟效益。

C．燃氣輪機聯合循環技術的不斷完善，為人類在較小的環境、資源、資金代價下，提高天然氣資源的利用效率和綜合經濟效益創造了條件。

a．由于燃氣輪機熱電機組的特殊工藝方式，綜合效率與容量規模大小之間的聯系甚小，使人們可以根據具體市場對于能源産品的實際需求、環境容量空間和天然氣資源配置條件，因地制宜地進行能源轉換；

b．燃氣輪機制造水平的提升，以及燃氣輪機對液體、氣體燃料的廣泛适用性，使其可靠性和可用性大為提高。大修周期從幾千小時增加到幾萬小時，在實現高效率、高效益的同時，進一步建立了更為可靠的能源安全保障體系；

c．控制系統自動化和電網輸配電技術的進步，使電網在容納這些較小的機組的同時，也增強了自身的安全性。為建立适度規模的，更為有效、可靠的新型能源體系創造了機會。

燃氣輪機熱電聯産設施的小型化、微型化已經成為各國能源工業的一種新潮流，通過小型燃氣輪機熱電聯産系統，為一個企業、一所醫院、一座辦公大樓直接提供電力、熱力、制冷和生活熱水，甚至飲用蒸餾水、樓頂花園和暖棚的二氧化碳。最大限度地減少能源轉換、運輸環節的損耗和污染物的排放，降低能源代價。目前國際上正在研究發展和積極推廣微酬燃氣輪機，這種燃氣輪機可以安裝在一家一戶，代替家用燃氣爐，在為家庭供暖、制冷和提供生活熱水的同時，解決家庭電力供應，實現全能量利用。

發展燃氣輪機熱電聯産必須以提高資源利用效率和經濟效益為前提，堅持适度規模的總體發展方針。因此，不需要向對待燃煤熱電機組那樣，設定一個與容量等級挂鈎的考核标準(見本文附表之3)。

餘熱鍋爐補燃

為燃氣輪機熱電機組的餘熱鍋爐加裝補燃裝置是國外較普遍采用的技術，主要為加強機組供熱與發電的綜合調節能力，提高系統的總熱效率。燃氣輪機煙氣中含有大量的氧氣未燃燒盡，一般超過15％，溫度在450-600℃之間。如果加入一定量的天然氣或其他燃料，将餘熱鍋爐内的溫度提高，最大可以增加8倍的蒸汽供應量。

由于餘熱鍋爐溫差的增大，使系統熱效率明顯增加，某些機組用于補燃的燃料效率甚至超過100％(見本文附表之4)。

關于備用電力保障

世界各國與地區為保護環境、節約能源鼓勵發展熱電聯産，"電網必須提供備用電力保障"是一條最核心的扶持政策。從社會道義和公共利益出發，各國均規定電網必須對符合标準的企業自備熱電廠和區域性直配熱電廠的電用戶，在熱電廠檢修和緊急事故停機時提供備用電力支援。在規定檢修和緊急停機期間，應按同類用戶供電價格供電或稍有加價。超出規定期間的備用供電，可以适當加價，一般多在25％之内。

在一個電網中有條件建設熱電聯産的企業和區域是有限的，由于熱電指标的限制，其單廠、單機容量很難大到對電網安全構成威脅的程度。分散電源點不僅可以提高電網供電可靠性、降低線損，還降低電網供電的責任風險。特别是熱電廠通過熱能直接制冷供暖，可以有效減少電空調對電網帶來的峰谷差壓力，提高系統内發電機的利用率和熱效率，減少環境污染，減低溫室氣體排放，保護臭氧層，實現電網作為公共設施專營者在環保、節能和提高人民生活品質方面的社會責任。

根據《中華人民共和國電力法》第二十六條："供電營業區内的供電營業機構，對本營業區内的用戶有按照國家規定供電的義務；不得違反國家規定對其營業區内申請用電的單位和個人拒絕供電。"規定，用戶無論是否建有自備電力設施，隻要該電力設施符合國家法律、法規和規定的要求，供電營業機構必須提供其備用或不足部分的電力、電量供應。

燃氣輪機熱電廠競價上網

各國在制定競價上網原則時，無一不考慮發電裝置的環境代價因素。我國在制定競價廁财也應該樹立環境保護和社會意識，因為環境保護是我國的基本國策。由于我國在環境評價工作中一直沿用了環境疊加法，因而所有已建成電廠，無論污染有多嚴重都應均屬達瓦但排放控制标準高的電廠的電價成本必然高于排放控制标準低的電廠，如果讓高标準電廠與低标準電廠競價上網，必然導緻環境污染的劇升，無益于改善環境。

各地、各級政府主管部門和國有控股電網調度部門應堅持代表先進生産力和廣大人民群衆的根本利益，積極參考各國先進經驗，對各電源點不同的環境代價和社會公益責任，以及資源利用效率實行分級制度，并制定按級競價的原則，努力減少環境污染和資源浪費。

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