分布式能源系统中燃气轮机热电联产运行方式优化方法

赵放(中国昆仑工程有限公司，北京，100037）

分布式能源系统中燃气轮机热电联产运行方式优化方法

赵放
(中国昆仑工程有限公司，北京，100037）

为了对热电联产之中电负荷与热负荷变化进行协调，需对热电供需的不均衡问题进行处理，优化分布式能源的系统之中燃气轮机的热电联产运行方式。同时在传统以热定电与以电定热运行基础上，添加辅助的设备方式，对热电联产运行方式进行补充。本文主要分析了燃气轮机的热电联产两类运行方式，深入研究优化分布式能源的系统之中燃气轮机的热电联产运行方式，为相关研究提供参考。

分布式能源；燃气轮机；热电联产；运行方式；优化

0 前言

分布式的能源属于世界能源的发展新方向，很多分布式的能源系统均为多功能或是联产系统，主要优势是用于冷热电的联产之中，有着初产投资低、效率高、供电的可靠性高、占地比较少、变负荷的特性灵活与保护环境等优点。在能源系统之中分布式能源是关键性动力的装置，近几年，把天然气当作燃料燃气轮机的联产技术发展比较迅速，这种系统既可以产出相应的电能，同时可以把发电以后低品质余热用于发电，提升能源的利用率，有着较高的环境效益、社会效益与节能效益。

图1 优化以后热电联产的系统两类运行方式

1 燃气轮机的热电联产两类运行方式

在燃气轮机中热电联产的系统保护两种运行的方式，即以热定电与以电定热。其中，以电定热能够符合电力负荷的需求，而热能只是附属的产品，其不足的部分通过余热锅炉的补燃解决；以热定电可以符合热力负荷的需求，附属产品为电能，其不足的部分通过电网来补充。

考虑到不同热电的需求比，可以热电联产的系统之中两种运行的方式，在表一中补充热为负值时，代表盈余，余热达到锅炉效率值为0.93，具体见表1。

表1 比较各热电需求时的两种运行方式

2 优化分布式能源的系统之中燃气轮机的热电联产运行方式

2.1 两类传统的运行方式缺点

经过以上分析能够看出，在热电联产之中应用燃气轮机的发电机组，可以提升能源的利用率。然而，两类运行的方式自身有局限性，其中，以电定热方式主要缺陷是容易浪费多余热量，与能源有效的利用原则不符，尤其是在电力供应缓和时，应用该运行的方式，要求系统通过减压与减温供热，能源浪费情况比较严重。此外，如果系统热负荷不够稳定，需要应用不供热、多发电与少供热方式，可以将联产系统效率降低。以热定电的运行方式主要优势是可以防止热量浪费，如果电量不足，需要从电网进行购电。但是因为现阶段小型的分布式能源只可以并网，不可以上网，因此如果电量存在盈余，就会造成不必要的麻烦。

2.2 优化的方案

在实际中，不管用户使用哪一种运行的方式，均不可以应对全部的工况，究其原因，联产系统之中额定热点比与来自用户热点需求比有着矛盾，对电负荷与热负荷关系进行协调，需要采用合理系统运行的方式，优化控制系统。换句话说，需要为联产系统设置相关辅助的设备，确保系统得以优化，实现最好的运行效益。以便储存高出特定时需求过剩的能量，在需要时再应用，即给联产系统之中设置储能的环节。通过设置储能环节可以提升系统运行安全性与效率，同时可以提升系统供热的能力，并且储能系统在需求与供应间设置了缓冲的系统，可以对二者的不匹配问题进行缓解。就以热定电的运行方式而言，能够通过储电设备对多余电量进行储存，例如：并联运行蓄电池组与燃气轮机的发电机组，如果电量存在盈余，蓄电池组可以储存。如果电力的负荷出现低谷，无需使用燃气轮机，可以直接将蓄热器之中热量释放出来供热。相关研究中指出，如果全年负荷都出现变化，在蓄能的情况下，系统节能的效率高达38.00%。在电器的负荷低谷时期，能够少发电或是不发电，启动燃气轮机满足用户热需求。

2.3 两类优化方案分析

按照以上优化的方案，对不同热电的需求比热电的联产系统之中总热效率进行计算，见表2。因为蓄热设备自身存储热量会伴随时间延长会减少，经过计算0.2%热量的损失，得出热电自身充放电的效率为0.81。将辅助设备增设在热电联产的系统中以后，可以大幅度提高系统总热效率，切热电的需求比愈小，其提高幅度愈大，该方式可以防止出现以电定热方式出现多余热量浪费情况，同时可以科学处理以热定电方式之中对于的电量。在分布式能源的系统之中，燃气轮机作为主要动力的设备，其联产机组有着重要的作用。此外，由于天然气的产电污染比较小代价又比较高，所以在投入运行以后，会优先消耗掉产出电能与热能，这样可以将增设蓄能的环节复杂性简化，确保系统方便调配。通常情况下，在分布式的能源系统之中，燃气轮机的联产系统主要采取以热定电运行的方式，该方式可以防止以电定热方式之中对于热量储存的问题发生，并且可以储存多余能源，以便后续使用。

表2 优化以后联产系统的总热效率

3 结语

本文主要分析了分布式能源的系统之中燃气轮机的热电联产运行方式下，机组额定电热比与用户对于热电需求比间矛盾，并提出提升联产系统之中总热效率优化的方案。同时定量计算了传统的热电联产运行方式，计算结果显示如果热电需求比与额定热点比不符时，需要采取以电定热与以热定电运行的方式。同时提出经联产系统增设辅助设备，可以提升能源的利用率。就以热定电运行方式而言，需要增设相应的蓄电池，以便对多余热量进行储存，并增加小型燃气的锅炉与蓄热器设备，储存多余的热量。

[1]李佩,王健,何石泉.天然气分布式能源系统的能源综合利用效率计算[J].暖通空调,2014,(10):13-17.

[2]刘浩仑,张诗琪,吴国策.基于流程模拟的固体氧化物燃料电池-燃气轮机-有机朗肯循环联合系统的优化分析[J].厦门大学学报（自然科学版）,2017,56(2):166-172.

[3]杨承,黄志峰,马晓茜.联合循环机组中燃气轮机部件劣化对功率效率的敏感性分析[J].中国电机工程学报,2015,(22):5803-5810.

环球仪器Uflex自动化平台即将亮相美国SMTA国际展

环球仪器最新推出的Uflex自动化平台，继在8月底的NEPCON深圳展上大获好评后，随即在9月19至20日，在美国伊利诺斯州罗斯蒙特市举行的SMTA国际展223号展位上登场。环球仪器的先进工艺实验室专家，更在现场讲解现今新兴科技的发展趋势，并协助厂家优化其生产流程。

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The method of optimizing the operation of gas turbine heat and electricity in distributed energy system

Zhao Fang
(China KunLun Contracting & Engineering Corp,beijing,100037）

For the sake of the cogeneration of electricity load and heat load change to coordinate, to handle the problems of the thermal power of supply and demand imbalance, optimization of distributed energy system of gas turbine cogeneration operation mode. At the same time, on the basis of the traditional heating and electric heating operation, the auxiliary equipment method was added to supplement the operation mode of the combined heat and power generation. This paper analyzes the gas turbine cogeneration two kinds of operation mode, further study of optimization of distributed energy system of gas turbine cogeneration operation mode, provide reference for related research.

distributed energy; Gas turbine; Cogeneration of heat and electricity; Operation mode; To optimize the