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小型天然气热电联产示范

文:admin 发表时间2005-7-7

    热电联产是合理利用天然气的一种重要途径。与天然气直接燃烧后产生的热量用于采暖相比，热电联供是一种先进的采暖方式，已日益在天然气应用中受到重视。其特点体现为能源转换效率高，能生产电能这一高品质的能量，有利于提高运行的经济性。

微型热电联产是应用小型热电联产机组为建筑物提供电、热的现场能源系统，一般不发电上网，与大型热电联产电厂相比有以下特点：

1、几乎无热网损失，因为微型热电联产的热用户为一栋楼或者临近的几栋楼，所以几乎没有外网，外网损失几乎为零，而大型热网的外网损失可以达到3％～30％，所以微型热电联产与大型热电联产相比可以提高终端能源利用率。

2、微型热电联产系统的发电量较小，所以一般不发电上网，这样可带来两个好处，首先由于发电就地消费，所以避免了7～8％的网损，进一步提高了终端能源的利用效率，再者就是，不发电上网可以避免和电力部门在上网电价上纠缠不清。北京市几个燃气热电（冷）联产工程目前的情况是，一方面在可行性论证中上网电价均在0.45元以上。另一方面，由于北京目前电网并不缺电，又可从内蒙山西等地电网调入大量价格为0.28元/kWh的电力。因此，燃气热电厂每上网一度电，电力系统就要多付出至少0.17元，所以电力部门对上网电价不能给予承诺和保证。而北京市的平均售电价格在0.6元/kWh左右，如果发电自用，则可以收到良好的经济效益。

3、微型热电联产系统可以提高电力供应的安全性，美国等西方国家近年来发生了严重电网大规模停电事故，北京所在的京津唐电网也曾出现较为严重的电网安全问题。微型热电联供技术的应用和发展，推动了分布式电源供电方式的成长，对保障诸如医院，网站，宾馆等供电的安全可靠具有重要意义。

微型热电联产系统在国外应用非常广泛，小于2MW的微型热电联产系统占美国总热电联产电厂数目的25％左右。欧洲早在1989年荷兰政府就提出了鼓励微型热电联产发展的热电激励计划和电力法案，规定微型热电联产的天然气价格为0.099欧元/立方米，而普通用户的天然气价格则为0.255欧元/立方米，同时规定公用事业必须购买热电厂的电力，且给予最低的发电税率。由于微型热电联产发展迅速，到2000年的天然气法案，逐渐取消了某些优惠政策。

我国在这方面才刚刚起步，大部分的方案都处在可研阶段。浦东国际机场燃气热电冷联供系统现在处于运行状态，目前机组采取并网不上网售电的运行方式，在高电价时发电供热，低电价时停机。黄浦区中心医院热电冷联供系统由于选折机组容量过大，致使机组无法正常运转。

天然气的主要成分是甲烷，在燃烧过程中生成H2O和CO2。因而一般情况下，天然气燃烧后排出的烟气中含有大量的水蒸汽。该水蒸气拥有的汽化潜热占燃料高位热量的比例高达12％。天然气是一种较为昂贵的燃料，这部分水蒸气潜热的有效利在经济上是很有意义的。

斯特林发电机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，热力学循环由两个定温过程，两个定容过程组成，实际系统中采用回热技术，使其理论热效率可以达到卡诺理想循环的热效率。使用氢气作为工质，工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧。由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效律、低噪音运行。本斯特林发电机功率20kW，供热功率35.5kW，发电效率30％，供热效率53％，热水出水温度55摄氏度，排烟温度250摄氏度。斯特林发动机和内燃机相比有如下优点：

　Ø 振动小，噪音、排放低；

　Ø 无需燃气压缩机，进气压力低；

　Ø 比内燃机少50%的零部件；

　Ø 可用任何种类的燃料（天然气、丙烷、氢气、柴油、燃料油、垃圾填埋气、煤层气（甲烷），工业废气、太阳能或生物气等）；

　Ø 设计寿命50，000小时；

　Ø 出力和效率不受海拔高度影响。

斯特林发动机用于热电联产，一方面可以回收斯特林发动机冷端的热量，此时热电联产的效率就可以达到83％，如果同时回收烟气的余热，使排烟温度降低到20～30摄氏度，回收部分烟气冷凝余热，则热电联产效率可进一步提高到100％以上。

微型热电联产系统型式在国外已得到了广泛的应用，但由于我国在能源结构、价格、管理体制方面与国外存在较大的差异，同时对这种热电联产系统缺乏必要的认识和典型成功示范工程案例，是造成这种热电联供系统没有在我国大中城市推广应用的主要原因。同时相关技术和适应市场化热电冷联供运作模式，同样是亟待研究的重要问题。

本示范项目将在清华大学北区锅炉房安装一套微型斯特林发动机热电联产系统，同时供电和生活热水；同时在系统中安装一套烟气余热冷凝回收装置，使排烟温度降低到20～30摄氏度，使总的热电联产效率达到100％以上；并对烟气污染物排放，噪声，发电和供热效率等进行测量评价；同时对这种热电联产系统的应用场合，以及相应的政策机制进行研究。
  

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