北京市燃气热电厂冷热电三联供可行性概述
韩东梅等•北京市燃气热电厂冷热电三联供可行性概述
西江月夜行黄沙道中古诗意思解释doi:10.3969/j.issn.l671-5152.2021.04.010
北京市燃气热电厂冷热电三联供可行性概述
韩东梅\孙干1，蒙青山2，王炜玮2，黄微2
1.北京节能环保中心；
2.中国城市燃气协会分布式能源专委会
摘 要：冷热电三联供是通过能量梯级利用同时向用户提供电力、制冷、供热和生活热水等的能源 系统，具有节约能源、改善环境、缓解电网高峰负荷等优点。北京市有12个燃气发电厂，
发电的同时产生大量的余热，本文调研本市燃气发电厂运行现状特点，概述燃气热电厂实
现冷热电三联供系统运行的可行性。
关键词：燃气发电厂；冷热电三联供
The Feasibility analysis on Realization of Combined Cooling, Heating and Power Supply in Beijing Gas-fired Thermal Power Plant
Han Dongmei，Sun Gan, Meng Qingshan, Wang Weiwei，Huang Wei
A bstract ：The combined cooling,heating and power is an energy system that simultaneously provides
power,cooling,heating and domestic hot water to users through the use of energy cascade.lt has
the advantages of saving energy,improving the environment,and alleviating the peak load of
the power grid.There are 12 gas-fired power plants in Beijing,produce a lot of waste heat while
generating electricity.This paper mainly investigates the characteristics of the operation status
of gas-fired power plants in Beijing,to study the feasibility of realizing the operation of the
combined cooling,heating and power supply system in gas-fired thermal power plants.
Keywords：gas-fired thermal power plants combined;cooling Heating and powersupply
i槪述
燃气冷热电三联供系统是指以天然气为燃料，视 规模不同应用燃气轮机（或燃气内燃机、微燃机等）发 电机组和余热利用设备，通过能量梯级利用同时向用 户提供电力、制冷、供热和生活热水等多种能源需求的 能源系统。冷热电三联供初期是在热电联供的基础上 发展起来的。把热电联供和吸收式或吸附式制冷技术 结合起来，使热电厂在供电的同时供应热能和冷能。
燃气冷热电三联供系统具备3个特点：
一是能源梯级利用，提高能源利用效率。采用能 量梯级利用原理，实现了能源从高品位到低品位的优 化利用，利用高品位的热能发电，低品位的热能采暖 和制冷，大大提高了一次能源的利用率。
二是缓解电网高峰负荷压力，减少电厂周边热岛 效应。该系统夏季供冷，可替代部分制冷电力，一定 程度上缓解电网高峰负荷压力；同时冷热电联供系统 充分利用了电厂乏汽余热，排气温度显著降低，热污 染小，有利于减少电厂周边热岛效应。
三是保障能源供应的安全性和可靠性。燃气冷热
城市燃气2021 /04总第554期丨43
经营与管理 Management and Administration
电三联供系统作为大电网的有效补充，具有启停快的 优点，方便灵活，保障能源网络的稳定性。对供电安 全稳定性要求较高的医院、银行等特殊用户，能源需 求较为多样化的用户，可采用此方式满足特殊地点和 用户的个性化需求。
2 国外和M 内燃气冷热电H 联供系统发展情况
冷热电三联供系统在国外发展迅速，最早在美国
开始，逐渐成为全球电力行业和能源产业的重要发展 方向。美国地广人少，单体建筑多，冷热电联供系统 以独栋建筑的燃气分布式能源系统居多。到20丨4年， 美国天然气分布式能源系统项0达到了4 400多个， 总装机容量8 300万kW ，占全国装机容量的8%，发电 量占全国总发电量的12%。其中，容量5 OOOkW 及以 下（建筑规模约28 000m 2 )的天然气分布式能源项目 占总项目数的75%。
1979年，丹麦、英国、德国等欧盟国家就颁发了
热电联产和三联供相关的政策。欧洲总体已投人运行 的分布式能源项B 电力供应占欧洲电力装机的18%左 右，以天然气为燃料的约占38%。
日本受限于自身的同土面积狭小、能源匮乏、多 地震，日本除东京区有钢制建筑外，大多数建筑以木
质为主，保温性能较差。日本先后出台了税收、补贴 等方面的支持政策，三联供系统是仅次于燃气、电力 的第三大公用事业，广泛应用于医院、办公楼、宾馆 及其它一些综合设施当中进行区域冷热供应。北美、 欧盟、日本等国家和地区以发展燃气分布式能源供应 系统为主，基本没有大型热电冷三联供的系统
目前我国天然气分布式能源发展仍处于起步阶 段，国内已建和在建的天然气分布式冷热电联供项目 约50多个，装机总容量约600万kW ，主要集中在特大 城市，如广州、上海、珠海等。由于各种原W ，已建 成的50多个分布式能源项目约有过半数正常运行，取 得了一定的经济、社会和环保效益，部分项目因多种 问题处于停顿状态。
3 北M 市燃气电厂基本悄况及运彳丨特点
3.1基本情况
自1998年北京市开始实施能源结构调整以来， 天然气热电联供和燃气分布式冷热电5联供系统逐渐 推进。2006年至今，已经建成并投产运行了 12家燃气 热电联供或冷热电联供燃气电厂，包括：西北热电中 心的大唐国际发电股份有限公司高井燃气电厂、北京 京西燃气热电有限公司，东北热电中心的北京京能高
图1 12家燃气电厂分布示意图
44 I 城市燃气2021 /04总第5
54期
韩东梅等•北京市燃气热电厂冷热电三联供可行性概述
安屯燃气热电有限公司、神华国华（北京）燃气热电 有限公司，东南热电中心的华能北京热电有限责任公 司（二期 >，西南热电中心的北京京桥热电冇限责任 公司，以及坐落在丰台区郑常庄地区的华电（北京）热电冇限公司、朝阳区太阳宫地丨XI的北京太阳莒燃气 热电有限公司、北京经济技术开发区的华润协鑫（北 京）热电有限公司（简称“华润协鑫”）、北京中关 村电子城高新技术产业区的北京正东电子动力集闭有 限公司（简称“正东电子”）、北京丰台区的北京京 丰燃气发电有限责任公司、北京昌平区未来科技城 的北京京能未来燃气热电有限公司（简称“未来燃 气”），总发电装机规模9 465MW。2004年至今，分 布式三联供系统项0得到了一定的发展，已经建成投 产运行了30个项目，总发电装机规模达到49.4MW，占全市发电装机容量的0.5%北京市有12个燃气热电 厂，总发电装机规模9 465MW，总供热能力5 946万 G J，总设计供热面积1.260 4亿m2。2017年全年发电3 337.6亿kW .h，占全社会电力消费量的31.67% (本 市全社会用电量1 066.88亿kW .h ):
12家燃气电厂中，按联供方式分为2类，大唐国 际发电股份有限公司等9家为热电联供系统，华润协 鑫等3家为冷热电联供系统按供热是否接人城市热网也分为2类，大唐国际发电股份有限公司等8家供热
接入城市热网，华润协鑫等4家进入区域网或独网接人城市热网的8家燃气电厂共安装燃气机组20台，按燃气机型号分为F型机6台套，SGT5型机9台套，PG型机5台套；按机组配置方式分为一拖一多轴 2套，二拖一9套，总装机规模8 530MW，供热能力5 946万GJ。接入局域热网或独立热网的4家燃气电厂，共安装燃气机组6台，按机型分为FT型机2台套，G型 机2台套，M型机1台套，型机1台套；按机组配置 方式分为一拖‘3套、二拖一 1套，总装机规模935MW，供热能力1100.2万GJ12家燃气电厂，以南北中轴线 划分，东部7家，装机总容量5 022MW，供热面积共6 200万m2；西部5家，装机总容量4 443MW，供热面 积共6 404万m2，全部对居民供暖。其中，东部冇：!家 的热力供应独立成网。
3.2运行特点
全市12家燃气热电企业发电全部上网，发电调度 由国网北京电力公司调度，燃气供应和调度由北京市燃气集W调度保障，并人市政热网的8家燃气电厂的 热力调度由北京市热力集闭调度:•
热电企业运行模式冬季以热定电，按供热需要 调度上网电量，发电全部上网。国网北京电力公司负 责电力调度，北京市燃气集团负责燃气供应调度。北 京市热力集闭负责接人城市热网的热力调度；未接人 城市热网的热力调度，以保证独立K域热力需求为 原则由其燃气电厂实施根据2017年统汁资料，丨2家 燃气电厂年发电运行小时数合计48 796.0%，年发电 337.609 1亿kW •h各厂平均发电小时数4 066.34h，实际发电负荷率73.1%；实现供热面积1.122 5亿m2，占全市供热面积的14.3%，实际供热量4 681.66万G J，实际供热负荷率66.44%。
夏季电力调峰，8家接人城市热网的燃气电厂，执行电力调峰任务，按照电力调度发电运行，并通过 热网向部分有热水需求的用户提供生活热水；4家接 入区域网和独网的燃气电厂，在保证热力用户需求 的前提下，所发电力在区域电网内消纳以2017年夏季 为例，电网最大高峰负荷出现在7月13日，达2 250.28万 kW，最低 1194.01 万kW，日平均 1 722.14万kW;12家 燃气电厂实际发电负荷969.6万kW，占全市用电负荷 的 43.1 %。
过渡季适度安排检修，8家接人城市热网的燃气 电厂和4家独立管网（区域）运行的燃气电厂，过渡 季安排错时检修独立管网的4家，输送电力接人在 本区域内的电网变配电站或上一级开闭站，电量基本 属于区域内自我消纳，不进人城市电力主十网。在保障 各区域内热力用户的需求，适当安排燃气电厂检修3
4 夏季供冷能)J及役资分析
4.1供冷余热来源
燃气电厂可用于制冷的余热来源包括：汽轮机乏 汽余热、余热锅炉排烟余热、机组循环水余热，
(1 )汽轮机乏汽余热
从汽轮机尾部流fli的蒸汽称为汽轮机乏汽。通常 情况下，汽轮机乏汽需要利用空冷岛或凝汽器冷凝成
水，在冷凝过程中，乏汽所携带的汽化潜热被释放出 来3为了利用冷凝水汽化潜热，可采用低真空/高背 压供热技术，合理利用乏汽的热量，消除发电过程冷
城市燃气2021 /04总第554期 45
经营与管理 Management and Administration
端损失，实现余热回收。
(2) 余热锅炉排烟余热
余热锅炉排烟温度通常为60T 左右，烟气中含有 的水蒸气显热和潜热。采用烟气余热深度回收技术可 将烟气温度降低至20尤，将回收的烟气余热通过热泵 提升后加循环水，实现烟气余热深度回收、节 水一体化。
(3) 机组循环水余热
燃气机组和蒸汽机组的缸套循环水、冷凝器循 环水和蒸汽锅炉尾部烟气凝结水可作为一种低品位的 余热热源，循环水水温水量稳定。循环 水余热利用需要通过热泵技术原理吸收缸套冷却循环 水、冷凝器循环水和蒸汽锅炉尾部烟气余热后增温到 热网温度来实现余热利用和循环水的重复使用。但当 燃气机组负荷小时，循环水热能小，利用价值不大。
综上所述，若夏季余热利用采用吸收式溴化锂制 冷机组制冷，按单效热水溴化锂机组入口热水温度高 于90丈的要求，而余热锅炉排烟余热和机组循环水余 热温度都在20丈~6〇SC 左右，低于输人城市热网的温 度要求，排烟余热和机组循环水余热热水需要热泵提 升温度至95T 才能用于制冷。因此，本研究只考虑利 用燃气电厂汽轮机乏汽余热作为余热制冷的热源。4.2供冷方式及优缺点
从供冷的方式来看，可以分为电厂直供方式和用 户侧间供方式。
电厂直供方式就是在电厂投资建设大型冷站，利 用管网将冷水输送给用户。
用户侧间供方式就是电厂通过现有热力管网将热 输送到用户侧，在用户侧安装溴冷机或电冷机。
清蒸草鱼的做法
军事训练目的区域性换冷站间供方式就是先利用现有热力管网 传输热源，在用户周边建设区域性换冷站，并通过二
次管网将冷水输送给用户。
基于以上优缺点，采用区域性换冷站间供方式， 利用8个人城市热网的燃气电厂夏季汽轮机乏汽余热 作为余热制冷的热源，建立模型，并计算投资及收益 情况。4.3供冷能力
8家热电企业2017年全年发电量299.44亿kW  • h , 年总供热量4 277.12万G 〗，总供热面积9 789万m 2，全年 平均运行小时数3 985.4h ；年消费天然气量66.3亿n v 1， 机组全年发电平均能源利用率47.4%，发电供热平均 能源利用率49.28%，综合能源利用率63.05%。
8家热电企业夏季发电产生余热量约1 112.53万 G J ，已利用140.36万G J 用于生活热水，未利用余热 量972.17万G J ；考虑热网效率95%、负荷率70%、不 同时使用率85%条件下，可用于夏季制冷的余热量约 549.52万GJ 。可供冷面积约740万m 2。4.4影响余热制冷的因素
一是由于北京8个燃气热电厂在夏季是峰荷电厂， 余热是蒸汽发电后的乏汽，峰荷电厂夏季日平均利用 小时数15.4h ，其它时间停机热备，无余热外送，为 保障区域内持续供冷，电厂必须按照冷负荷的75%配 备备用其他制冷方式，可以使用电制冷机组，也可以 使用燃气锅炉+溴化锂制冷机组；
二是当电厂不能向能源站提供热源时，需要在 能源站或用户端按冷负荷的75%配备备用机组或调 峰锅炉；
三是考虑到目前本市住宅的建筑结构情况，此类 项目适用于写字楼、酒店等大型集中的公共建筑；
宁波旅游攻略四是采用余热制冷，需要发电厂有足够的发电小 时，如果能做到以冷定电是最佳方式。
需要特别说明的是，按照国标，空调房间的设计
表1 3种方式对比
方式投资方设备及管网投资
占地问题
优点广东省高考成绩
缺点
电厂直供方式
电厂
制冷设备及供冷管 网建于电厂内，用地有电厂自 行解决没有其他方参与，可增
加电厂和用户的收益供冷半径小于5km
用户侧间接方式用户
制冷设备
原电制冷机设备间的占地不
房地产销售技巧能满足溴冷机占地
供冷半径大
用户自建制冷机站， 投资大，积极性差区域性换冷站间 接方式热力公司 或第三方制冷设备及二次供 冷管网建于换热站内，如有预留用
地可解决制冷设备占地问题
供冷半径大需要协调各方
46丨城市燃气2021 /04总第554期
韩东梅等•北京市燃气热电厂冷热电三联供可行性概述
单位冷负荷为lOOW/m2。目前住建部推出了绿建筑 标准，每平米不超过80W。
5 冷电联供模型分析
5.1单体大型公建模型案例
以建筑面积为13.5万m2的北京某大厦为例，根据 用户提供的面积对冷负荷进行了电制冷和溴化锂制冷 费用估算。
项目投资：电制冷2台冷量6.98MW制冷机组及 配套设备，建设总投资3 041.8万元，使用空调单位 建筑面积投资225.31元/m2。从电厂直购热水，吸收 式溴化锂制冷2台冷量6.98MW制冷机组及配套设备；建设投资3 156.2万元，使用空调单位建筑面积投资 233.8元/m2。运行能耗：电制冷耗电量237.3万kW时，是溴化锂制冷的3.62倍，且溴化锂制冷可产生4.33万 G J的生活热水。运行费用：当热水价格33元/GJ时，电制冷供冷能源成本23元/m2，溴化锂供冷能源成 本28.29元/m2，每年的直接能源运行费用电制冷304.03万元，溴化锂制冷367.79万元/m2。
热水用溴化锂机组优点是运行操作简单，维护 成本低于电制冷；缺点是投资和运行高于电制冷，余 热热水不稳定需要再配置其它方式（电制冷或燃气热 水锅炉）稳定供冷负荷，加大运行操作的难度，投资 回收期长，冷水价格偏高。电制冷机组优点是投资少 于溴化理制冷机组，运行操作简单，冷水价格略低于 溴化锂机组，不受热网不稳定的因素影响；缺点是需 要电增容和变电设备的投资，受高峰电价的影响。因此，燃气热电企业的余热制冷，不适合在单独建筑或 小型建筑组建设，电制冷更适用。
5.2区域集中能源站供冷模型
按照绿标准设计，以制冷负荷约为251MW的 某园区为例。以东北热电中心作为该区域夏季供冷的 热源基本满足商业中心75%的冷负荷所需要的热源，为保障区域内高峰冷负荷需求，能源站内同时设置同 等规模的电驱动压缩式制冷机组，可同时满足商业中 心75%的冷负荷需求。
为实现园区区域制冷，拟建能源站5座，若采用 75%吸收式制冷+75%压缩式制冷方式，总装机容量 约315MW，建集中供冷管网约长26.5km，预计建设投资8.42亿元。若冷水价格70元/m2，项目全部自筹投资，
项目新增效益1.33亿元，16年累计现净流12.38亿元，
动态回收期8.93年，净现值2.34亿元，内部收益率 12.76%。冷水价格按75元/m2，项目全部自筹投资，
项目新增效益1.5亿元，16年累计现净流15.03亿元，
动态回收期8.09年，净现值3.67亿元，内部收益率 1484%。
不通过城市热网时热电企业热水售价45元/G J,
三方收益。通过城市热网时，热网时热电企业热水
售价33元/G L热网企业热水售价45元/G J，热电、热 网、能源站投资方和用户四方收益；直供型热电企业
收益低于通过热网企业的收益。
综上，类似此类靠近电厂、以公建为主的新区，
在市财政不补贴固定资产投资的情况下，是可以探索
使用冷热电三联供模式解决采暖、制冷问题，但最好
在前期规划阶段即要确定下来。
6 结语
根据研究分析，燃气电厂余热制冷项目适合在公
共建筑集中的园区使用；如果在建成区推广，需要对
现有建筑进行改造，需占用土地建设能源站，建议
在靠近电厂、以公建为主的新区探索使用冷热电三
联供模式解决采暖、制冷问题，并在规划方案阶段予
以确定。
参考文献
[1] 胡燕飞，等.冷热电练功系统的优化运行分析m.华 北电力大学学报，2010.
[2] 张继军.冷热电三联供系统在办公楼的应用探讨[J].节能，2015.
[3] 马亚俊.浅谈燃气冷热电三联供系统[J].山西科技，2015.
城市燃气2021 /04总第554期丨4
7

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。