對分布式能源熱電聯產“以熱定電”的一些看法

摘 要：假如僅從熱效率的側面分析來看，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，提升高質量的電能。為了滿足熱泵電力分布系統的需求，其綜合效率還需達到200%以上，這為區域能源的優化配置提供了行之有效的方案。

關鍵詞：分布式能源；熱電聯產；以熱定電

引言

世界范圍內能源與環境問題日趨嚴重，我國等新興經濟體正處在快速工業化和城市化的過程，對能源消費和需求的增長保持著旺盛態勢。我國以煤能源主要結構導致環境污染日趨惡化，酸雨覆蓋區占國土面積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，我國開始執行更為嚴格的污染物排放標準，在環渤海、長三角和珠三角等重點地區，新建燃煤發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測PM2.5。“限煤改氣”成為我國調整能源結構、保證能源供應、實現節能減排的重要措施之一，也是我國城市供熱產業在不阻礙經濟發展的前提下控制大氣污染、改善城市環境的重要趨勢。

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。但采暖鍋爐高溫煙氣與供熱工質的換熱過程中存在巨大溫差，產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。分布式能源系統和冷熱電多聯產應用可以推動能源高效的利用，降低能源傳輸距離和減少環境的影響，國際上發展迅猛，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規定，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。目前全球燃機聯合循環電廠的平均發電效率約為45%。這就要求我國的分布式能源必須在發電以外提供相當多的熱量，以達到政策要求的能源綜合利用率水平。另外，目前我國的發電裝機結構以大型燃煤火力發電為主導，電網不愿接受過多分布式能源機組的上網電量，以避免影響現有大型火力發電機組上網電量和降低大型火力發電機組的負荷率和效率。而分布式能源企業則希望多發電上網，以增加利潤。為解決此矛盾，我國相關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。我國政府對熱電聯產機組發電上網有嚴格的能源綜合利用率和熱電比規定，從而奠定了分布式能源在我國的特殊性。

2 熱電聯產系統要以“以熱定電”為主

在低碳城市能源系統中，主要的分布式能源有三種，第一種是熱電聯產系統的使用，第二種是可再生能源的分布式電源系統的利用，第三種是應用系統的核心技術，利用熱泵的低品位未利用的能源供給，熱電聯產的一次能源利用率很高。之前的電力工業是以煤為燃料的火力發電，大型的發電廠一定要遠離城市的建設，以充分發揮效率高的優勢，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。火電廠附近的城市建設，在余熱回收的時候，通過網絡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，作為一個區域冷熱電聯供系統建設冷熱電聯供系統。發電機組體積小，效率很低。因此小型或微型渦輪機分布式能源系統，如果說僅僅為了去發電，其效率低于能源利用大的發電設備是較為不合理的情況。所以分布式能源的系統配置的需求要通過熱確定，以提高能源的效率。

3 分析熱電聯產的綜合熱效率

作為一種熱電聯產節能減排技術，與單獨的熱電發電相比，提高了整體的熱效率。雖然發電和熱電聯產的生產效率減少，但是總熱效率達到了60%，火電生產能力更增加為21.5%。由熱力學第一定律可知，僅僅考慮熱效率，不考慮能源的水準，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電廠高壓蒸汽加熱的半徑約為4公里（建筑采暖熱水供應）不超過10km加熱半徑。加熱需要10公里半徑的限制，熱電機組容量不應該太大。這使得火電廠的發電效率普遍不高。火電廠的發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整。背壓式汽輪機僅僅適用于工業熱負荷穩定和城市供熱采暖和空調負荷的變化，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，依據城市對熱的規劃與設備的選取，即“以熱定電”。火電廠發電僅僅作為補充電網來滿足供電需求，主要不在國家電網的主要發電廠。由于以大電網為基礎，發電廠可以有盡可能多的電網的“水庫”。不可否認，火電廠的實施是根據火電的決定也是一個企業的考慮，因為火電廠發電的“競爭互聯網”是不是一個競爭優勢，因此，大多數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蒸汽發出的電上網的效益就更加的好。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電廠，具有比較高的煤耗發電。由熱力學第二定律可以很容易的發現，因為用戶端的熱媒溫度只有90℃（如果是空調供熱有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電沒有節能優勢可言。經過計算可得出結論，火電廠火電機組熱功率比高，火用效率低，化學燃料可以轉化為高品位能源的比例較低，同時，提升了設備的熱效率，減弱了火用的效率。但是減少了小規模分布式能源電聯產的清潔能源的使用，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，甚至設置在建筑上。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 結束語

分布式的能源熱電聯產依照熱電原理，在以確定電力容量的前提下，互聯網接入的電力在不能運行的條件下，已經達不到經濟的效益。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揮分布式能源生產的高品位電力價值。電力是根據熱確定的，是在熱需求（熱負荷和冷負荷）決定電力驅動的熱泵電力需求，以達到最大限度地提高分布式能源發電的效益。

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