關于燃氣電廠設計標準的探討

譚 平，高學偉，彭 濤

(1. 沈陽鋁鎂設計研究院，遼寧 沈陽 110001；

2. 沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136；

3. 中國輕工業長沙工程有限公司，湖南 長沙 410004)

關于燃氣電廠設計標準的探討

譚 平1，高學偉2，彭 濤3

(1. 沈陽鋁鎂設計研究院，遼寧 沈陽 110001；

2. 沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136；

3. 中國輕工業長沙工程有限公司，湖南 長沙 410004)

加快燃氣行業的發展是我國優化能源結構、改善環境、提高能效、節能減排的戰略選擇之一。十二五期間，燃氣發電的快速增長是可以預期的，燃氣發電行業應有新的技術追求。本文根據有關資料，編輯整理出我國燃氣發電設計標準的要點，并進行初步的分析和探討。供業內人士參考。

作用；發展預期；行業標準；企業標準。

根據有關資料，在“十二五”及以后的一段時間，我國天然氣資源量的增長和開發技術的進步是比較樂觀的，“十二五”期間，燃氣發電的快速增長也是可以預期的。但是，“十二五”期間的燃氣發電不應是以前燃氣發電工程的技術重復，應在總結以往經驗教訓的基礎上，提出新的技術追求和更高的技術要求。一般看來，設計標準的制定和執行對行業發展起著至關重要的作用。本文將對現行燃氣電廠設計標準進行探討，并提出一些技術建議。

1 燃機電廠的類型、作用和發展預期

簡單介紹燃機電廠的類型、應起的作用和發展預期，這對正確選擇和理解燃氣電廠的設計標準是十分必要的。根據目前通常的理解，燃機電廠可以分為以下四種類型：大型燃氣—蒸汽聯合循環電廠、燃氣分布式供能站(熱電冷聯供)、IGCC燃氣發電廠和其他類型的燃氣電廠。1.1 大型燃氣—蒸汽聯合循環電廠

1.1.1 構成形式和特點

以發電為主要目的燃氣輪機發電機組或燃氣—蒸汽聯合循環發電機組通常有下列構成形式：簡單循環發電機組、單軸燃氣一蒸汽聯合循環發電機組、1+1多軸聯合循環發電機組、2+1多軸聯合循環發電機組、3+1多軸聯合循環發電機組等。其單機(原動機)容量一般為120 MW(9E級)以上(含)。

⑴簡單循環發電機組

簡單循環為“依次由壓縮、燃燒和膨脹過程組成的熱力循環”。簡單循環發電機組通常由壓氣機、燃燒系統、燃氣透平、發電機以及所配套的輔助設備所構成。

由于燃氣輪機具有起動速度快(一般在20分鐘內即可帶滿負荷)的特點，這種形式的發電機組通常用于電網的調頻和調峰。由于燃氣輪機的排氣直接排入大氣，燃機排氣的余熱未能得到充分利用，機組的發電效率較低。

⑵聯合循環發電機組

聯合循環為“燃氣輪機循環與其它流體的朗肯循環相聯合的熱力循環”。常見的例子是燃氣輪機的排氣熱量被用來產生朗肯循環中的蒸汽。聯合循環發電機組通常由壓氣機、燃燒系統、燃氣透平、余熱鍋爐、蒸汽透平、發電機以及所配套的輔助設備所構成。當燃氣輪機與汽輪機連接在同一根軸上同時驅動同一臺發電機發電時，這種構成形式就是所謂的單軸燃氣一蒸汽聯合循環機組；當燃氣輪機與汽輪機不在同一根軸上，它們分別驅動各自的發電機發電時，這種構成形式就是所謂的多軸燃氣一蒸汽聯合循環機組。

⑶特點

聯合循環機組與簡單循環機組相比，在消耗同樣燃料的條件下，增加了約50 %的發電量，機組的效率明顯提高，但由于增加了蒸汽循環部分的設備，電廠的建設周期、投資、占地面積、耗水量等也會明顯增加。此外，受余熱鍋爐及汽輪機金屬部件對溫度變化速率的限制，整套聯合循環機組的起動和變負荷速率也會受到限制。通常簡單循環機組的冷態起動時間僅需要約20分鐘，而單軸聯合循環機組的冷態啟動時間約需3小時。

1.1.2 作用

⑴電網中的主力機組

以發電為主要目的大型燃氣—蒸汽聯合循環電廠可作為電網中的主力機組，但由于燃氣價格問題，只能在上網電價較高的電網中運行。或作為調峰電廠和黑啟動運行。這類電廠的運行受氣價、運行小時數等因素影響較大。

⑵城市熱電聯產電廠

在對環境要求較高的特大型有集中供暖要求的城市，作為熱電聯產的熱電廠，采暖季熱電聯供，非采暖季以供電(調峰)運行為主。這類電廠應考慮增加非采暖季的熱負荷，延長其熱電聯供的運行時間。以提高經濟效益。這類電廠在“十二五”期間可能會有較大的發展，特應引起我們的注意。

⑶工業園區熱電廠

為工業園區的工業用戶提供工業用汽。

⑷發展預期

其發展預期主要是向更先進的單機容量更大的方向發展。當前，國際先進的燃氣輪機已發展到FB、G和H級；FB和G級燃機為FA級的改進型，在制造技術上相差不大，但性能優勢明顯，如表1。GE和MHI公司均表示在有項目時，可考慮轉讓FB和G型燃機技術。

表1 GE公司與MHI公司燃機性能

在H級燃機方面，GE公司的首臺9H燃機已在英國全面考核投產，日本東京電力已訂貨3臺,計劃在富津電廠2010年投產。Siemens公司的SGT5—8000H第1臺已經出廠，H級燃機在我國的開發應用，估計應在2015年以后。

1.2 燃氣分布式供能站

1.2.1 構成和特點

分布式能源，相對于傳統的集中供電方式而言，是指分布在用戶端的能源綜合利用系統。國際分布式能源聯盟把分布式能源系統定義為：安裝在用戶端的高效冷熱電聯供系統。國家能源局把分布式能源系統定義為：將能源系統以小規模、小容量、模塊化、分散式的方式布置在用戶端，可雙向傳輸冷、熱、電能。

分布式能源的一次能源包括天然氣、沼氣、廢棄生物質、煤矸石，以及可再生能源(風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石能源)，以燃氣作為一次能源是分布式能源系統的主要形式。

分布式能源采用的原動機包括小型燃氣輪機、燃料電池、往復式發動機、太陽能光伏系統、風能電機等等。

微型分布式能源站的單機(原動機)容量一般在0.2MW～6MW，總容量一般在0.2MW～50MW。

較大型分布式能源站的單機(原動機)容量現在已達到60MW，總容量200MW。

分布式能源包括冷熱電三聯供等多種形式，既可獨立運行，也可并網運行。

1.2.2 作用

⑴地區電網的調峰。

⑵地區電網的黑啟動電源。

⑶作為所在區域的戰略性備用電源。

由于分布式供能站位于負荷中心，啟動快，可以作為重要用電戶的備用電源，例如：2008年奧運會期間，2010年上海世博會，2010年10月南寧東盟峰會期間，分布式供能站均成為這些重要活動的戰略性備用電源。

⑷作為所在區域的建筑熱冷源。為所在區域的建筑物供熱(采暖、生活熱水)、供冷(空調)。

⑸為工業園區供熱。

1.2.3 發展預期

燃氣三聯供分布式供能站，由于可實現冷、熱、電聯產，大幅度提高能源利用率，減少碳排放，改善城市環境；建在用戶側，減少輸送過程中的能源損失，占地小自動化水平高并可應對緊急突發事件等優勢，在工業發達國家得到迅速發展。各國政府不斷推出針對分布式能源的鼓勵和支持措施，電力部門對分布式能源的態度也從不屑一顧轉變成積極支持。分布式能源傳入我國已有10年的經歷，但進展較慢。近年來形勢發展有變，政府重視了，電力部門的態度也在轉變，形勢向好的方向發展?？梢灶A見，隨著我國經濟社會快速發展，城鎮化的迅速推進和作為城鎮主體形態的城市群空間格局的形成，分布式供能系統將會在我國的北京、上海、天津、廣州等特大城市、沿海經濟發達城市、輸氣管線沿線城市得到適度的發展。

分布式供能站發展的關鍵有三點：一是要有穩定可靠的氣源和供氣管網。二是要有經濟承受能力。三是要解決接入電網、機組選型、冷熱電負荷匹配等幾項關鍵技術問題。

1.3 整體煤氣化聯合循環(IGCC)電廠

IGCC燃氣發電把煤氣化和發電結為一體，更是適合我國這樣以煤炭為主要一次能源的國家。同時IGCC也可以多樣化，除了把煤氣化與燃氣發電結為一體的方式外，因地制宜把煤氣化和燃氣發電分設兩地兩廠，也是可行的選擇。

燃氣電廠發電，實際也是IGCC，不同的無非是煤炭氣化與燃氣發電不在一廠而已。我國煤礦有多處煤炭自燃幾十年，數千萬噸煤炭已經在自燃中氣化(但是非甲烷化)，若引進先進技術和裝備，將其納入煤制天然氣(甲烷)，氣源的規模也是相當可觀的。

IGCC電廠有較高的電廠凈效率，極低的污染物排放，燃料適應性廣，節約用水，可以實現電、熱、化工產品或液體和氣體燃料的多聯產，可為今后較經濟地提

在單機容量方面，IGCC電廠還沒有限制范圍。

1.4 其他類型的燃氣電廠

包括燃用低熱值氣體的燃氣電廠(例如：燃用煤層氣、頁巖氣等低熱值氣體的燃氣電廠)、城市垃圾轉化沼氣發電廠、焦爐煤氣發電廠。

以上的燃氣電廠尚處于發展起步階段。

2 燃氣電廠設計標準

設計標準分為國家標準、行業標準、地方標準和企業標準四種層次，本節將分別簡單介紹我國已制定或正在制定中的各種類型的燃氣電廠設計標準。

2.1 國家標準

目前，尚沒有綜合性的燃氣電廠設計方面的國家標準。

2.2 行業標準

目前，正在實施和正在制定的燃氣電廠行業標準共有三個。

⑴電力行業標準《燃氣—-蒸汽聯合循環電廠設計規定》(DG/T 5174-2003)

2003年實施，由華東電力設計院主編。規范的覆蓋范圍：25MW～250MW的簡單循環和聯合循環電廠，小于25MW的燃氣輪機電廠和熱電聯產電廠參照使用。

⑵城鎮建設行業標準《燃氣冷熱電聯供工程技術規程》

2008年住房和城鄉建設部組織編制了中華人民共和國城鎮建設行業標準《燃氣冷熱電聯供工程技術規程》，目前，已完成征求意見稿。

以燃氣為一次能源，新建、改建、擴建的發電機總容量小于或等于15MW，供應冷、熱、電能的分布式能源系統的設計、施工、驗收和運行管理。

⑶電力行業標準《分布式供能系統設計技術規范》

2010年，電力規劃設計協會啟動《分布式供能系統設計技術規范》行標，由上海設計院主編。規范的覆蓋范圍：原動機單機容量為70MW以下(含)，總容量200MW(含)。計劃2011年5月提出征求意見稿，2011年12月完成報批稿。

2.3 地方標準

目前，只有上海市實施了與燃氣電廠有關的一項地方標準，2005年上海電力局組織編制了上海地方標準《分布式供能系統工程技術規程》(DG/TJ 08-115-2008)，試行三年后于2008年4月正式實施。

規程重點規定了分布式供能系統的單機容量為0.2MW(含)到6MW(含)。單機容量在0.2MW以下的分布式供能系統可參照并簡化執行。0.2MW～6MW的機組在已經投入運行的機組容量中占絕人多數(在上海市100%，日本是97%)。另外，對于0.2MW及以下的機組，在電力并網上，可以簡化處理。

關于分布式能源的總容量一般在0.5MW～6MW。容量的選擇依據以熱(冷)定電，熱(冷)電平衡的原則，根據電，熱(冷)符合的特性和大小合理確定。對于建設方而言，機組的發電量應自發，自用，自平衡。并入電網的分布式供能系統總裝機容量不應大于相應電力系統接入點上級變電站單臺主變容量的30%，也就是6MW。

2.4 企業標準

企業標準是比行業標準更為細致的技術標準，這里介紹兩個行業內影響力較大的企業標準。

⑴國家電網公司企業標準《分布式電源接入電網技術規定》

由國家電網公司編制，已于2010年8月2日頒發、實施。該標準規定了35kV及以下電壓等級接入電網的新建或擴建分布式電源接入電網應滿足的技術要求。

⑵中國電力工程顧問集團公司企業標準《大型燃氣——蒸汽聯合循環發電技術應用研究》(Q/DG1-A005.1-2007)[2]

由中國電力工程顧問集團公司編制，已于2007年5月頒布實施。該標準由9個設計導則和11個專題研究報告組成。規定了9E級及以上等級燃機電廠的設計技術要求、方法。

該標準已在中國電力工程顧問集團公司下的八個子公司中使用，并在2007年以后開始設計的大型燃氣電廠的設計中得到應用。

該標準中的內容對于分布式能源站、燃氣——蒸汽聯合循環熱電廠和IGCC電廠都有借鑒作用。

3 對燃氣電廠設計標準的分析與討論

3.1 設計標準的使用范圍

如表2所示為現行或正在編制中的燃機電廠設計標準的使用范圍

表2 燃機電廠設計標準的使用范圍

根據表2所給出的使用范圍，作如下討論。

⑴單機容量應以原動機(燃氣輪機、內燃機、熱氣機等)，而不應考慮蒸汽輪發電機的容量，因為在聯合循環電廠中，蒸汽輪發電機的配置可能是1對2，1對3配置的，蒸汽輪發電機的容量不應作為限制范圍的因素加以考慮。

⑵標準2與標準3的范圍有重合，例：當出現3×5MW的分布式能源站時，執行兩個標準均可以。

⑶標準3與標準4的范圍基本重合，可以理解為如果設計對象是分布式能源系統應執行標準3，如果設計對象屬于純燃氣發電應執行標準4。

⑷尚缺少9F級燃機(250MW)以上FB、G和H級燃機的設計標準。

根據以上討論分析，提出幾個問題：

⑴是否需制定一份燃機電廠設計方面的國家標準？現在時機是否成熟？如需制定，其使用范圍怎么定？

⑵是否應把燃機電廠設計標準整合為兩個，即分布式能源站一個，大型燃氣—蒸汽聯合循環電廠一個。這樣可更方便使用。

⑶標準4已使用八年，已到了修訂的時候了，在修訂時，如果把其使用范圍改為原動機單機容量70MW以上(不含)，不設上限，增加有關冷熱負荷的內容，并升級為國標，將是一個較好的設計標準整合方案。

3.2 分布式供能站的判定標準

判定標準十分重要，過松的標準將導致分布式供能站作假。

⑴判定原則

就近供電，其電容量應與本供電區域基本用電負荷相近供電，距離不可過遠。就地供冷供熱，供冷時，距離不超2km，供熱時，距離不超8km。冷熱電的匹配應符合分布式供能站在當地電網或區域供能規劃所起的作用。

⑵判定標準的制定

如果對分布式供能系統的判定標準不統一、不嚴格，將可能會引起對分布式能源管理上的混亂。建議：盡快編制相關國家標準：涉及分布式能源定義款，除單機容量、總容量外，還應有熱電比、當地負荷量、單位面積負荷強度等。

判定標準是十分重要的問題，應充分征求各方面專家、行政管理部門的意見，經討論后確定。

3.3 與各行業各部門的接口關系

燃氣電廠設計涉及多個行業：電力、市政、燃氣、供熱。同時會產生多種設計接口關系：與電網公司的接口，與熱力公司的接口，與燃氣公司的接口。同時，不同的行業將執行各自的標準和固定做法。

為了避免在接口關系上出現問題，在制定燃氣電廠的設計標準時應在征求意見稿階段充分征求其他行業管理部門的意見。

4 結語

天然氣是不可再生的，人類不可能長期依賴燃氣發電。但燃氣發電可以用相對潔凈的方式為人類爭取到至少幾十年的時間，讓人類分階段實現可再生能源和新一代能源的應用。

在目前階段，我們應在燃氣發電的技術發展方面做出努力，并要有所作為。

[1]崔民選，等．天然氣戰爭[M]．北京：石油工業出版社，2010．

[2]Q/DG1-A005.1-2007，大型燃氣－蒸汽聯合循環發電技術研究[S]．

[3]湯蘊琳．探索我國大力發電技術進一步升級之路[J]．電力建設，2008，(3)．

[4]張桁生，充分認識燃氣發電在“十二五”將承擔的重要角色[J]．電力勘測設計，2010，(6)．

[5]DG/TJ 08-115-2008，分布式供能系統工程技術規程[S]．

Discussion on Design Standards of Burn Gas Power Plant

TAN Ping1, GAO Xue-wei2, PENG Tao3
(1. Shenyang Aluminums and Magnesium Research Institute, Shenyang 110001, China;
2. Shenyang Institute of Engineering, Shenyang 110136, China;
3. China Light Industry Engineering Co., Ltd., Changsha, Changsha 410004, China)

Speeding up the development of gas industry is one of strategic choice of optimizing energy structure, improving the environment, energy ef fi ciency and energy conservation in China. During the Twelve Five, the rapid growth of gas- fi red generation should be expected. The gas power generation industry should have a new technology pursuit. According to the information, this paper edited out the design standards of the main points of gas generation, and a preliminary analysis and discussion, and reference for people in this industry.

function; development expectations; industry standard; enterprise standard.

TM621

B

1671-9913(2011)01-0059-05

2011-01-10

譚平(1982-)，男，吉林省輝南縣人，碩士。