對分布式能源熱電聯(lián)產(chǎn)“以熱定電”的一些看法

摘 要：假如僅從熱效率的側(cè)面分析來看，分析式能源效率要低于氣體冷凝鍋爐。人們一定要充分利用分布式的能源，提升高質(zhì)量的電能。為了滿足熱泵電力分布系統(tǒng)的需求，其綜合效率還需達到200%以上，這為區(qū)域能源的優(yōu)化配置提供了行之有效的方案。

關(guān)鍵詞：分布式能源；熱電聯(lián)產(chǎn)；以熱定電

引言

世界范圍內(nèi)能源與環(huán)境問題日趨嚴重，我國等新興經(jīng)濟體正處在快速工業(yè)化和城市化的過程，對能源消費和需求的增長保持著旺盛態(tài)勢。我國以煤能源主要結(jié)構(gòu)導(dǎo)致環(huán)境污染日趨惡化，酸雨覆蓋區(qū)占國土面積40%。煤炭燃燒是我國硫化物、可吸入顆粒物和氮氧化物等大氣污染物的主要來源之一。最近十年，我國一些大城市開始推廣天然氣采暖鍋爐，以減少燃煤供熱引起的污染物排放。從2012年1月1日起，我國開始執(zhí)行更為嚴格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，在環(huán)渤海、長三角和珠三角等重點地區(qū)，新建燃煤發(fā)電廠和燃煤鍋爐氮氧化物、硫化物和煙塵的排放限值分別降低為100mg/m3、50mg/m3和20mg/m3。北京、天津和上海等大城市開始監(jiān)測PM2.5?！跋廾焊臍狻背蔀槲覈{(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保證能源供應(yīng)、實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施之一，也是我國城市供熱產(chǎn)業(yè)在不阻礙經(jīng)濟發(fā)展的前提下控制大氣污染、改善城市環(huán)境的重要趨勢。

1 分布式能源

采暖鍋爐熱效率可以超過90%以上，熱量損失較少。但采暖鍋爐高溫?zé)煔馀c供熱工質(zhì)的換熱過程中存在巨大溫差，產(chǎn)生很大的最大可用能損失，集中供熱“煤改氣”的做法，造成天然氣高能級清潔能源用于低能級供熱利用的嚴重問題。分布式能源系統(tǒng)和冷熱電多聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用可以推動能源高效的利用，降低能源傳輸距離和減少環(huán)境的影響，國際上發(fā)展迅猛，在我國天然氣分布式能源尚處于初級階段。我國天然氣能源的分布式相關(guān)規(guī)定，天然氣分布式能源的年平均能源綜合利用率要達到70%以上。目前全球燃機聯(lián)合循環(huán)電廠的平均發(fā)電效率約為45%。這就要求我國的分布式能源必須在發(fā)電以外提供相當(dāng)多的熱量，以達到政策要求的能源綜合利用率水平。另外，目前我國的發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)以大型燃煤火力發(fā)電為主導(dǎo)，電網(wǎng)不愿接受過多分布式能源機組的上網(wǎng)電量，以避免影響現(xiàn)有大型火力發(fā)電機組上網(wǎng)電量和降低大型火力發(fā)電機組的負荷率和效率。而分布式能源企業(yè)則希望多發(fā)電上網(wǎng)，以增加利潤。為解決此矛盾，我國相關(guān)政策除了要求分布式能源的年均能源綜合利用率達到70%以上之外，還要求年均熱電比不小于0.75。我國政府對熱電聯(lián)產(chǎn)機組發(fā)電上網(wǎng)有嚴格的能源綜合利用率和熱電比規(guī)定，從而奠定了分布式能源在我國的特殊性。

2 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)要以“以熱定電”為主

在低碳城市能源系統(tǒng)中，主要的分布式能源有三種，第一種是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的使用，第二種是可再生能源的分布式電源系統(tǒng)的利用，第三種是應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù)，利用熱泵的低品位未利用的能源供給，熱電聯(lián)產(chǎn)的一次能源利用率很高。之前的電力工業(yè)是以煤為燃料的火力發(fā)電，大型的發(fā)電廠一定要遠離城市的建設(shè)，以充分發(fā)揮效率高的優(yōu)勢，減少煤炭消耗和污染的重點。但這種樣的集中模式放電在產(chǎn)生熱量的過程中，不能充分利用，已排入大氣中，再加上長途傳輸過程中的損耗，使能源效率的電力終端的使用非常低?；痣姀S附近的城市建設(shè)，在余熱回收的時候，通過網(wǎng)絡(luò)向用戶可以很大程度提高一次能源的使用效率。隨著天然氣等一系列清潔能源的廣泛使用，甚至可以使得建筑小熱電廠建在社區(qū)，作為一個區(qū)域冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)建設(shè)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。發(fā)電機組體積小，效率很低。因此小型或微型渦輪機分布式能源系統(tǒng)，如果說僅僅為了去發(fā)電，其效率低于能源利用大的發(fā)電設(shè)備是較為不合理的情況。所以分布式能源的系統(tǒng)配置的需求要通過熱確定，以提高能源的效率。

3 分析熱電聯(lián)產(chǎn)的綜合熱效率

作為一種熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能減排技術(shù)，與單獨的熱電發(fā)電相比，提高了整體的熱效率。雖然發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)的生產(chǎn)效率減少，但是總熱效率達到了60%，火電生產(chǎn)能力更增加為21.5%。由熱力學(xué)第一定律可知，僅僅考慮熱效率，不考慮能源的水準(zhǔn)，這明顯功率比較大，熱效率高。由于遠程熱損失比較大，所以輸電半徑不會過大。對于一般情況下的發(fā)電廠高壓蒸汽加熱的半徑約為4公里（建筑采暖熱水供應(yīng)）不超過10km加熱半徑。加熱需要10公里半徑的限制，熱電機組容量不應(yīng)該太大。這使得火電廠的發(fā)電效率普遍不高?；痣姀S的發(fā)電機模型是一個背壓式汽輪機，所有這些都是用于加熱，熱效率高，兩個是蒸汽抽凝汽輪機，將從渦輪提取蒸汽完成動力部分送到用戶，在渦輪的作用下排入冷凝器凝結(jié)成水后，再返回鍋爐。為緩解供熱負荷與交通需求的壓力，煙氣冷凝機組抽汽可自行調(diào)整。背壓式汽輪機僅僅適用于工業(yè)熱負荷穩(wěn)定和城市供熱采暖和空調(diào)負荷的變化，這樣就會將帶來熱效率的“先天不足”。在加熱的高峰負荷將是提取蒸汽的進一步的提升，進而降低了發(fā)電效率。在我國的北方城市中的火力廠主要為城市供熱，依據(jù)城市對熱的規(guī)劃與設(shè)備的選取，即“以熱定電”?；痣姀S發(fā)電僅僅作為補充電網(wǎng)來滿足供電需求，主要不在國家電網(wǎng)的主要發(fā)電廠。由于以大電網(wǎng)為基礎(chǔ)，發(fā)電廠可以有盡可能多的電網(wǎng)的“水庫”。不可否認，火電廠的實施是根據(jù)火電的決定也是一個企業(yè)的考慮，因為火電廠發(fā)電的“競爭互聯(lián)網(wǎng)”是不是一個競爭優(yōu)勢，因此，大多數(shù)火電廠將管理集中的供熱。如果蒸汽的價格在100元/t之上，就會比用1t蒸汽發(fā)出的電上網(wǎng)的效益就更加的好。從一個角度上來看，由于城市供熱有很強的季節(jié)性，避免夏季的運營的虧損，在夏季熱電廠就會成為真正意義上的發(fā)電廠，具有比較高的煤耗發(fā)電。由熱力學(xué)第二定律可以很容易的發(fā)現(xiàn)，因為用戶端的熱媒溫度只有90℃（如果是空調(diào)供熱有60℃），這樣說來熱電廠的火用損失十分多。某一熱電廠得到的火用效率僅僅只有31%，低于純凝汽發(fā)電廠的火用效率的38%。如果再次提高蒸汽輸送的溫度降和壓力降，尤其是蒸汽冷凝水不可以回收的火用損和火電廠火電發(fā)電沒有節(jié)能優(yōu)勢可言。經(jīng)過計算可得出結(jié)論，火電廠火電機組熱功率比高，火用效率低，化學(xué)燃料可以轉(zhuǎn)化為高品位能源的比例較低，同時，提升了設(shè)備的熱效率，減弱了火用的效率。但是減少了小規(guī)模分布式能源電聯(lián)產(chǎn)的清潔能源的使用，這是因為天然氣（溫室氣體排放和污染物排放量相對較低）可以作為燃料安排在用戶區(qū)，甚至設(shè)置在建筑上。原動機也可以使用一個相對較低的熱功率比的內(nèi)燃機或燃氣輪機，它可以縮短運輸距離，并分配能量對其加熱，對熱水進行加熱，以減少損失。

4 結(jié)束語

分布式的能源熱電聯(lián)產(chǎn)依照熱電原理，在以確定電力容量的前提下，互聯(lián)網(wǎng)接入的電力在不能運行的條件下，已經(jīng)達不到經(jīng)濟的效益。如果單從熱效率分析的角度來看，分布式能源效率還會比冷凝式燃氣鍋爐的低。所這樣說來很有必要發(fā)揮分布式能源生產(chǎn)的高品位電力價值。電力是根據(jù)熱確定的，是在熱需求（熱負荷和冷負荷）決定電力驅(qū)動的熱泵電力需求，以達到最大限度地提高分布式能源發(fā)電的效益。

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