以冷热电三联供燃气蒸汽联合循环机组为基础建设城市智能电网浅析

李新兴

（北京京能高安屯燃气热电有限责任公司,100120）

0 引言

自从美国电力科学院自2001年首次提出智能电网的概念之后，这一理念马上成为全世界人们关注的焦点，各国都把建设智能电网加入国家战略发展的进程中来。而大型城市用电负荷集中，对环境质量和电能质量要求高，是发展智能电网的理想场所。目前，中国为治理城市污染，满足城市供热需求，已经引进能源利用率更高并且可以大幅降低污染的燃气蒸汽联合循环机组取代城市中的燃煤机组，来为城市供电供热。燃气蒸汽联合循环冷热电三联供机组可以高效的利用能源进行集中式的供电、供热、供冷，非常适合城市的需求。以采用清洁能源的燃气蒸汽联合循环冷热电三联供机组为基准建设城市智能电网是现代城市的发展趋势。

1 智能电网和燃气蒸汽联合循环冷热电三联供机组的概述

1.1 智能电网的概念

智能电网就是将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网，它具有提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗等多个优点。它具有以下功能和特点：

自愈：无需人为干预，自主排除故障，保证系统稳定。

安全：有效抵御外部攻击。

兼容：兼容分布式电源。

交互：电网与用户的不间断交流。

协调：市场与电网的无缝衔接。

高效：提高资源利用率，降低维护成本。

优质：提高电能质量。

集成：实现信息的集中汇总处理，分散控制。

1.2 燃气蒸汽联合循环冷热电三联供概述

燃气蒸汽联合循环是指将燃气轮机的布雷登循环和汽轮机的卡诺循环两个热力循环有效的结合起来，是实现减小排热损失提高能源利用率的良好方法。燃气蒸汽联合循环的过程是将气体燃料（例如天然气）和经压气机加压的空气预混后在燃烧室里点燃，产生的高温高压烟气推动燃机透平做功带动发电机发电，做功后的余热烟气到余热锅炉里进行换热，加热余热锅炉里的水产出高温高压水蒸气去到汽轮机做功发电。简单的单循环发电效率只有30%～40%，而联合循环的发电效率一般可达58%～ 60%。

余热利用产出的热蒸汽除了可以推动汽轮机发电外，还可以对外供热。汽轮机中间抽汽或是背压运行所提供的热蒸汽可以去热网换热，给用户提供热水，也可以直接供到有需求的工厂。在此基础上增加相应的吸收制冷装置，就可以达到冷热电三联供的目的。

2 智能电网和燃气蒸汽联合循环的国内外发展现状

2.1 智能电网的国外发展现状

美国很久之前就已经开始智能电网的研究与建设，美国的智能电网计划称为统一智能电网，它想要将分布式的智能电网联合成统一的全国性的智能网络体系。美国现任总统奥巴马直接把智能电网的建设提高的国家战略的高度，2009年1月25日美国白宫最新发布的《复苏计划报告》宣布：将铺设或更新部分路段输电线路，并未美国4000万家庭安装智能电表。3月12日美国能源公司宣布将耗资一亿美元打造全美第一个智能电网城市。美国期待依靠智能电网可以将大量的分布式可再生能源导入到大电网之中。美国的智能电网正经历着一个高速发展的时期。

欧洲发展智能电网成为超级智能电网，它主要是想完成欧洲电网的互通性，吸收欧洲分布式电源入网。由于欧洲的资源比美国更加匮乏，欧洲将大力发展风力发电、太阳能发电等可再生能源，加强环境保护和地区电源整改的同时，利用智能电网将这些分散的可再生能源并入电网迫在眉睫。欧美于2005年成立“智能电网技术论坛”，促进智能电网研究，为大量接入可再生能源扫除障碍。欧洲的智能电网研究和应用已经取得了很大的进展，提高了用户与运营商的交互性。

2.2 智能电网国内发展现状

2009年5月21日，中国国家电网公布了“智能电网”的发展计划，并初步披露了其建设时间表。该计划提出了全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能电网计划。并针对此计划国家电网做出了三步走的规划，2009～2010年为规划试点阶段，2011～2015年为全面建设阶段，2016～2020年为引领提升阶段。

2009年8月21日，国家电网公司智能电网工作座谈会在北京召开。会议布置了公司统一坚强智能电网建设第一阶段（2009年至2010年）的重点工作，印发了《统一坚强智能电网第一阶段重点项目实施方案》，标志着公司统一坚强智能电网建设第一阶段工作全面启动。

2010年2月，全国各省市开始全面启动智能电网示范性项目的实施工作。目前全国已经安排了80多个智能电网小区试点、450多个电动汽车充电站试点、70多个智能变电站试点，经过今年的试点，明年将全面推开。

2010年3月5日，温家宝总理在政府工作报告中首次提出“加强智能电网建设”。

2010年3月9日，中国西电集团与中国华电集团签署战略合作框架协议，双方一致认为应在电力工程技术、智能电网建设、新能源建设、海外市场开发等领域加大合作力度，并不断探寻新的合作模式和领域。

2010年4月19日发布的《国家电网公司绿色发展白皮书》显示，国家电网公司预计在2020年基本建成坚强智能电网，全力提升消纳清洁能源能力，助力电力系统提升能源利用效率，积极推动电力装备业和全社会节能，加快电动汽车发展。

一系列的事件表明我国智能电网的发展紧随世界脚歩，并正在不断的加快前进步伐。我国智能电网建设事业正在多方面研究与试验，将会有更多的新技术应用在这个项目之中。

2.3 燃气蒸汽联合循环的发展现状

由于燃气蒸汽联合循环可以得到更高的能源利用率，国外很早就开始了相关技术的研究工作。到90年代，燃气技术得到突飞猛进的发展，发达国家的燃机装机容量大幅上升。目前发达国家每年新增的联合循环总装机容量约占火电新增容量的40%～50%，所有世界生产发电设备的大公司至今年生产的发电设备总容量中联合循环都占50%以上。燃气蒸汽联合循环将成为世界发电产业的主力军，向着大功率、多燃料、低污染、高性能的方向不断发展。

中国一直十分关注燃气轮机的发展，不断从国外引进先进的技术，现在全国已经建成多个燃气蒸汽联合循环发电厂。中国紧随世界脚步，先后建设了多个9F级燃机机组，而且为满足能源供应，中国自建设海上进口天然气管线、中亚天然气管道、中缅天然气管道之后，新建的中俄天然气管道即将打通。加上西气东输一线与二线，以及川气东输工程，中国天然气开发形成了可持续发展的大规模的全国网状战略布局。这为燃气蒸汽联合循环机组的发展提供了更坚实的基础和更广阔的舞台。中国燃气发电事业将得到快速发展，预计不久的将来可以取代燃煤机组成为中国发电领域的第一支柱。

3 经济性和环境分析

智能电网凭借它自愈、安全、兼容、交互、协调、高效、优质、集成的优势，可以同时提高供电的经济效益和质量水平，整体提高能源的利用率，降低损耗。

燃气蒸汽联合循环的电厂整体效率要比燃煤电厂高，超临界的600MW燃煤机组其发电效率大约为40%，而燃气蒸汽联合循环机组的发电效率可以达到58%～60%，它很大程度的提高了能源的利用效率。而且燃气蒸汽联合循环的电厂无需煤场、输煤系统、除灰系统等，占地面积要比燃煤电厂小很多，在寸土寸金的城市之中这点尤为重要。并且燃气蒸汽联合循环机组还有建厂周期短，自动化程序高，降低人员成本等优点。

冷热电三联供在燃气蒸汽联合循环发电的基础上，进一步提高了能源的利用率，与传统的发电、集中供热、电供冷相比较，燃气蒸汽联合循环的冷热电三联供机组，可节约集中供热的锅炉房和大量的用电空调，节省了建设投入。同时冷热电三联供进一步完成能源的梯级利用，高品位能源用于发电，低品位能源用于供热和制冷，能源综合利用率可达80%以上，对节约我国能源和促进国民经济发展具有重要意义，而且可以降低电能、热能、冷气的消费成本，提高城市居民的生活质量。

在环境方面，燃气蒸汽联合循环机组的污染程度很小，它主要以天然气为燃料，天然气为清洁能源燃烧效率极高，而且天然气燃烧时没有二氧化硫排放，污染程度大幅降低。同等功率下，燃气蒸汽联合循环机组比常规燃煤机组燃烧时所排出的氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳排放量也大幅下降。中国面临着环境污染和限制二氧化碳的排放量的巨大压力，逐步用清洁能源替代高污染的煤炭资源可以有效的改善国家的环境污染问题。

4 前景展望

智能电网已经在国外发展了很长时间，其中智能大厦、智能家庭、智能机场等设计理念层出不穷，有的已经取得实质性的成果。智能城市是很多科研学者看好的发展方向，建设城市智能电网是一条必经之路。

城市是全世界人民居住的地方，是每一个城市居民共同的家，它代表着我们的文明传承发展，它代表着我们的文化科技进步。城市的环境和文化越来越受到每一位居民的关注，节约资源、绿色环保是每一个城市发展的方向。对于城市来说水资源是宝贵的，土地资源是宝贵的，空气资源也是宝贵的。燃气蒸汽联合循环机组可以大程度的节省水资源、土地资源而且利用清洁能源污染很小，是适合城市发展的动力源。

在将来的城市规划中，可以用燃气蒸汽联合循环冷热电三联供机组为电源、热源、冷源来建设工业区、商业区、居住区等，实现负荷与需求的稳定供求，这些区域如同一个个模块，镶嵌在城市当中。智能电网负责对这些分布式的模块进行分开治理与统筹管理。每个模块可以实现自己的孤岛运行，自给自足，最大程度的节约能量的传输成本，依靠智能电网和燃机的快速响应能力保证冷热电的需求与供应平衡。智能电网可以最大程度的整合分布式电源，这些城市模块可以由智能电网协调管理，提高电能质量和能源利用率，同时也与大电网相连，燃机机组的快速启动和调整能力可以为大电网削峰填谷。

5 结束语

城市是人类文明发展的重要组成部分，依托于智能电网安全、交互、协调等优点和燃气蒸汽联合循环的低污染、高效能源利用率，以冷热电三联供燃气蒸汽联合循环机组为基础建设城市智能电网是城市可期的发展途径。在环境和资源问题日益凸显和智能电网、清洁能源利用、燃机机组高速发展的当下，研究和试验这条途径拥有足够的社会推动力和科技条件。

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