对分布式能源热电联产“以热定电”的一些看法

摘 要：假如仅从热效率的侧面分析来看，分析式能源效率要低于气体冷凝锅炉。人们一定要充分利用分布式的能源，提升高质量的电能。为了满足热泵电力分布系统的需求，其综合效率还需达到200%以上，这为区域能源的优化配置提供了行之有效的方案。

关键词：分布式能源；热电联产；以热定电

引言

世界范围内能源与环境问题日趋严重，我国等新兴经济体正处在快速工业化和城市化的过程，对能源消费和需求的增长保持着旺盛态势。我国以煤能源主要结构导致环境污染日趋恶化，酸雨覆盖区占国土面积40%。煤炭燃烧是我国硫化物、可吸入颗粒物和氮氧化物等大气污染物的主要来源之一。最近十年，我国一些大城市开始推广天然气采暖锅炉，以减少燃煤供热引起的污染物排放。从2012年1月1日起，我国开始执行更为严格的污染物排放标准，在环渤海、长三角和珠三角等重点地区，新建燃煤发电厂和燃煤锅炉氮氧化物、硫化物和烟尘的排放限值分别降低为100mg/m3、50mg/m3和20mg/m3。北京、天津和上海等大城市开始监测PM2.5。“限煤改气”成为我国调整能源结构、保证能源供应、实现节能减排的重要措施之一，也是我国城市供热产业在不阻碍经济发展的前提下控制大气污染、改善城市环境的重要趋势。

1 分布式能源

采暖锅炉热效率可以超过90%以上，热量损失较少。但采暖锅炉高温烟气与供热工质的换热过程中存在巨大温差，产生很大的最大可用能损失，集中供热“煤改气”的做法，造成天然气高能级清洁能源用于低能级供热利用的严重问题。分布式能源系统和冷热电多联产应用可以推动能源高效的利用，降低能源传输距离和减少环境的影响，国际上发展迅猛，在我国天然气分布式能源尚处于初级阶段。我国天然气能源的分布式相关规定，天然气分布式能源的年平均能源综合利用率要达到70%以上。目前全球燃机联合循环电厂的平均发电效率约为45%。这就要求我国的分布式能源必须在发电以外提供相当多的热量，以达到政策要求的能源综合利用率水平。另外，目前我国的发电装机结构以大型燃煤火力发电为主导，电网不愿接受过多分布式能源机组的上网电量，以避免影响现有大型火力发电机组上网电量和降低大型火力发电机组的负荷率和效率。而分布式能源企业则希望多发电上网，以增加利润。为解决此矛盾，我国相关政策除了要求分布式能源的年均能源综合利用率达到70%以上之外，还要求年均热电比不小于0.75。我国政府对热电联产机组发电上网有严格的能源综合利用率和热电比规定，从而奠定了分布式能源在我国的特殊性。

2 热电联产系统要以“以热定电”为主

在低碳城市能源系统中，主要的分布式能源有三种，第一种是热电联产系统的使用，第二种是可再生能源的分布式电源系统的利用，第三种是应用系统的核心技术，利用热泵的低品位未利用的能源供给，热电联产的一次能源利用率很高。之前的电力工业是以煤为燃料的火力发电，大型的发电厂一定要远离城市的建设，以充分发挥效率高的优势，减少煤炭消耗和污染的重点。但这种样的集中模式放电在产生热量的过程中，不能充分利用，已排入大气中，再加上长途传输过程中的损耗，使能源效率的电力终端的使用非常低。火电厂附近的城市建设，在余热回收的时候，通过网络向用户可以很大程度提高一次能源的使用效率。随着天然气等一系列清洁能源的广泛使用，甚至可以使得建筑小热电厂建在社区，作为一个区域冷热电联供系统建设冷热电联供系统。发电机组体积小，效率很低。因此小型或微型涡轮机分布式能源系统，如果说仅仅为了去发电，其效率低于能源利用大的发电设备是较为不合理的情况。所以分布式能源的系统配置的需求要通过热确定，以提高能源的效率。

3 分析热电联产的综合热效率

作为一种热电联产节能减排技术，与单独的热电发电相比，提高了整体的热效率。虽然发电和热电联产的生产效率减少，但是总热效率达到了60%，火电生产能力更增加为21.5%。由热力学第一定律可知，仅仅考虑热效率，不考虑能源的水准，这明显功率比较大，热效率高。由于远程热损失比较大，所以输电半径不会过大。对于一般情况下的发电厂高压蒸汽加热的半径约为4公里（建筑采暖热水供应）不超过10km加热半径。加热需要10公里半径的限制，热电机组容量不应该太大。这使得火电厂的发电效率普遍不高。火电厂的发电机模型是一个背压式汽轮机，所有这些都是用于加热，热效率高，两个是蒸汽抽凝汽轮机，将从涡轮提取蒸汽完成动力部分送到用户，在涡轮的作用下排入冷凝器凝结成水后，再返回锅炉。为缓解供热负荷与交通需求的压力，烟气冷凝机组抽汽可自行调整。背压式汽轮机仅仅适用于工业热负荷稳定和城市供热采暖和空调负荷的变化，这样就会将带来热效率的“先天不足”。在加热的高峰负荷将是提取蒸汽的进一步的提升，进而降低了发电效率。在我国的北方城市中的火力厂主要为城市供热，依据城市对热的规划与设备的选取，即“以热定电”。火电厂发电仅仅作为补充电网来满足供电需求，主要不在国家电网的主要发电厂。由于以大电网为基础，发电厂可以有尽可能多的电网的“水库”。不可否认，火电厂的实施是根据火电的决定也是一个企业的考虑，因为火电厂发电的“竞争互联网”是不是一个竞争优势，因此，大多数火电厂将管理集中的供热。如果蒸汽的价格在100元/t之上，就会比用1t蒸汽发出的电上网的效益就更加的好。从一个角度上来看，由于城市供热有很强的季节性，避免夏季的运营的亏损，在夏季热电厂就会成为真正意义上的发电厂，具有比较高的煤耗发电。由热力学第二定律可以很容易的发现，因为用户端的热媒温度只有90℃（如果是空调供热有60℃），这样说来热电厂的火用损失十分多。某一热电厂得到的火用效率仅仅只有31%，低于纯凝汽发电厂的火用效率的38%。如果再次提高蒸汽输送的温度降和压力降，尤其是蒸汽冷凝水不可以回收的火用损和火电厂火电发电没有节能优势可言。经过计算可得出结论，火电厂火电机组热功率比高，火用效率低，化学燃料可以转化为高品位能源的比例较低，同时，提升了设备的热效率，减弱了火用的效率。但是减少了小规模分布式能源电联产的清洁能源的使用，这是因为天然气（温室气体排放和污染物排放量相对较低）可以作为燃料安排在用户区，甚至设置在建筑上。原动机也可以使用一个相对较低的热功率比的内燃机或燃气轮机，它可以缩短运输距离，并分配能量对其加热，对热水进行加热，以减少损失。

4 结束语

分布式的能源热电联产依照热电原理，在以确定电力容量的前提下，互联网接入的电力在不能运行的条件下，已经达不到经济的效益。如果单从热效率分析的角度来看，分布式能源效率还会比冷凝式燃气锅炉的低。所这样说来很有必要发挥分布式能源生产的高品位电力价值。电力是根据热确定的，是在热需求（热负荷和冷负荷）决定电力驱动的热泵电力需求，以达到最大限度地提高分布式能源发电的效益。

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