李新興

（北京京能高安屯燃?xì)鉄犭娪邢挢?zé)任公司,100120）

0 引言

自從美國(guó)電力科學(xué)院自2001年首次提出智能電網(wǎng)的概念之后，這一理念馬上成為全世界人們關(guān)注的焦點(diǎn)，各國(guó)都把建設(shè)智能電網(wǎng)加入國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的進(jìn)程中來。而大型城市用電負(fù)荷集中，對(duì)環(huán)境質(zhì)量和電能質(zhì)量要求高，是發(fā)展智能電網(wǎng)的理想場(chǎng)所。目前，中國(guó)為治理城市污染，滿足城市供熱需求，已經(jīng)引進(jìn)能源利用率更高并且可以大幅降低污染的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組取代城市中的燃煤機(jī)組，來為城市供電供熱。燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)供機(jī)組可以高效的利用能源進(jìn)行集中式的供電、供熱、供冷，非常適合城市的需求。以采用清潔能源的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)供機(jī)組為基準(zhǔn)建設(shè)城市智能電網(wǎng)是現(xiàn)代城市的發(fā)展趨勢(shì)。

1 智能電網(wǎng)和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)供機(jī)組的概述

1.1 智能電網(wǎng)的概念

智能電網(wǎng)就是將信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和原有的輸、配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型電網(wǎng)，它具有提高能源效率、減少對(duì)環(huán)境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少輸電網(wǎng)的電能損耗等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它具有以下功能和特點(diǎn)：

自愈：無需人為干預(yù)，自主排除故障，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。

安全：有效抵御外部攻擊。

兼容：兼容分布式電源。

交互：電網(wǎng)與用戶的不間斷交流。

協(xié)調(diào)：市場(chǎng)與電網(wǎng)的無縫銜接。

高效：提高資源利用率，降低維護(hù)成本。

優(yōu)質(zhì)：提高電能質(zhì)量。

集成：實(shí)現(xiàn)信息的集中匯總處理，分散控制。

1.2 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)供概述

燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)是指將燃?xì)廨啓C(jī)的布雷登循環(huán)和汽輪機(jī)的卡諾循環(huán)兩個(gè)熱力循環(huán)有效的結(jié)合起來，是實(shí)現(xiàn)減小排熱損失提高能源利用率的良好方法。燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的過程是將氣體燃料（例如天然氣）和經(jīng)壓氣機(jī)加壓的空氣預(yù)混后在燃燒室里點(diǎn)燃，產(chǎn)生的高溫高壓煙氣推動(dòng)燃機(jī)透平做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，做功后的余熱煙氣到余熱鍋爐里進(jìn)行換熱，加熱余熱鍋爐里的水產(chǎn)出高溫高壓水蒸氣去到汽輪機(jī)做功發(fā)電。簡(jiǎn)單的單循環(huán)發(fā)電效率只有30%～40%，而聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率一般可達(dá)58%～ 60%。

余熱利用產(chǎn)出的熱蒸汽除了可以推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電外，還可以對(duì)外供熱。汽輪機(jī)中間抽汽或是背壓運(yùn)行所提供的熱蒸汽可以去熱網(wǎng)換熱，給用戶提供熱水，也可以直接供到有需求的工廠。在此基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的吸收制冷裝置，就可以達(dá)到冷熱電三聯(lián)供的目的。

2 智能電網(wǎng)和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 智能電網(wǎng)的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)很久之前就已經(jīng)開始智能電網(wǎng)的研究與建設(shè)，美國(guó)的智能電網(wǎng)計(jì)劃稱為統(tǒng)一智能電網(wǎng)，它想要將分布式的智能電網(wǎng)聯(lián)合成統(tǒng)一的全國(guó)性的智能網(wǎng)絡(luò)體系。美國(guó)現(xiàn)任總統(tǒng)奧巴馬直接把智能電網(wǎng)的建設(shè)提高的國(guó)家戰(zhàn)略的高度，2009年1月25日美國(guó)白宮最新發(fā)布的《復(fù)蘇計(jì)劃報(bào)告》宣布：將鋪設(shè)或更新部分路段輸電線路，并未美國(guó)4000萬家庭安裝智能電表。3月12日美國(guó)能源公司宣布將耗資一億美元打造全美第一個(gè)智能電網(wǎng)城市。美國(guó)期待依靠智能電網(wǎng)可以將大量的分布式可再生能源導(dǎo)入到大電網(wǎng)之中。美國(guó)的智能電網(wǎng)正經(jīng)歷著一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期。

歐洲發(fā)展智能電網(wǎng)成為超級(jí)智能電網(wǎng)，它主要是想完成歐洲電網(wǎng)的互通性，吸收歐洲分布式電源入網(wǎng)。由于歐洲的資源比美國(guó)更加匱乏，歐洲將大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和地區(qū)電源整改的同時(shí)，利用智能電網(wǎng)將這些分散的可再生能源并入電網(wǎng)迫在眉睫。歐美于2005年成立“智能電網(wǎng)技術(shù)論壇”，促進(jìn)智能電網(wǎng)研究，為大量接入可再生能源掃除障礙。歐洲的智能電網(wǎng)研究和應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，提高了用戶與運(yùn)營(yíng)商的交互性。

2.2 智能電網(wǎng)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

2009年5月21日，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計(jì)劃，并初步披露了其建設(shè)時(shí)間表。該計(jì)劃提出了全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)計(jì)劃。并針對(duì)此計(jì)劃國(guó)家電網(wǎng)做出了三步走的規(guī)劃，2009～2010年為規(guī)劃試點(diǎn)階段，2011～2015年為全面建設(shè)階段，2016～2020年為引領(lǐng)提升階段。

2009年8月21日，國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)工作座談會(huì)在北京召開。會(huì)議布置了公司統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)第一階段（2009年至2010年）的重點(diǎn)工作，印發(fā)了《統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)第一階段重點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施方案》，標(biāo)志著公司統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)第一階段工作全面啟動(dòng)。

2010年2月，全國(guó)各省市開始全面啟動(dòng)智能電網(wǎng)示范性項(xiàng)目的實(shí)施工作。目前全國(guó)已經(jīng)安排了80多個(gè)智能電網(wǎng)小區(qū)試點(diǎn)、450多個(gè)電動(dòng)汽車充電站試點(diǎn)、70多個(gè)智能變電站試點(diǎn)，經(jīng)過今年的試點(diǎn)，明年將全面推開。

2010年3月5日，溫家寶總理在政府工作報(bào)告中首次提出“加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)”。

2010年3月9日，中國(guó)西電集團(tuán)與中國(guó)華電集團(tuán)簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，雙方一致認(rèn)為應(yīng)在電力工程技術(shù)、智能電網(wǎng)建設(shè)、新能源建設(shè)、海外市場(chǎng)開發(fā)等領(lǐng)域加大合作力度，并不斷探尋新的合作模式和領(lǐng)域。

2010年4月19日發(fā)布的《國(guó)家電網(wǎng)公司綠色發(fā)展白皮書》顯示，國(guó)家電網(wǎng)公司預(yù)計(jì)在2020年基本建成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，全力提升消納清潔能源能力，助力電力系統(tǒng)提升能源利用效率，積極推動(dòng)電力裝備業(yè)和全社會(huì)節(jié)能，加快電動(dòng)汽車發(fā)展。

一系列的事件表明我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展緊隨世界腳歩，并正在不斷的加快前進(jìn)步伐。我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)事業(yè)正在多方面研究與試驗(yàn)，將會(huì)有更多的新技術(shù)應(yīng)用在這個(gè)項(xiàng)目之中。

2.3 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的發(fā)展現(xiàn)狀

由于燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)可以得到更高的能源利用率，國(guó)外很早就開始了相關(guān)技術(shù)的研究工作。到90年代，燃?xì)饧夹g(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家的燃機(jī)裝機(jī)容量大幅上升。目前發(fā)達(dá)國(guó)家每年新增的聯(lián)合循環(huán)總裝機(jī)容量約占火電新增容量的40%～50%，所有世界生產(chǎn)發(fā)電設(shè)備的大公司至今年生產(chǎn)的發(fā)電設(shè)備總?cè)萘恐新?lián)合循環(huán)都占50%以上。燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)將成為世界發(fā)電產(chǎn)業(yè)的主力軍，向著大功率、多燃料、低污染、高性能的方向不斷發(fā)展。

中國(guó)一直十分關(guān)注燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展，不斷從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，現(xiàn)在全國(guó)已經(jīng)建成多個(gè)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電廠。中國(guó)緊隨世界腳步，先后建設(shè)了多個(gè)9F級(jí)燃機(jī)機(jī)組，而且為滿足能源供應(yīng)，中國(guó)自建設(shè)海上進(jìn)口天然氣管線、中亞天然氣管道、中緬天然氣管道之后，新建的中俄天然氣管道即將打通。加上西氣東輸一線與二線，以及川氣東輸工程，中國(guó)天然氣開發(fā)形成了可持續(xù)發(fā)展的大規(guī)模的全國(guó)網(wǎng)狀戰(zhàn)略布局。這為燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的發(fā)展提供了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和更廣闊的舞臺(tái)。中國(guó)燃?xì)獍l(fā)電事業(yè)將得到快速發(fā)展，預(yù)計(jì)不久的將來可以取代燃煤機(jī)組成為中國(guó)發(fā)電領(lǐng)域的第一支柱。

3 經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境分析

智能電網(wǎng)憑借它自愈、安全、兼容、交互、協(xié)調(diào)、高效、優(yōu)質(zhì)、集成的優(yōu)勢(shì)，可以同時(shí)提高供電的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量水平，整體提高能源的利用率，降低損耗。

燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的電廠整體效率要比燃煤電廠高，超臨界的600MW燃煤機(jī)組其發(fā)電效率大約為40%，而燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的發(fā)電效率可以達(dá)到58%～60%，它很大程度的提高了能源的利用效率。而且燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的電廠無需煤場(chǎng)、輸煤系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)等，占地面積要比燃煤電廠小很多，在寸土寸金的城市之中這點(diǎn)尤為重要。并且燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組還有建廠周期短，自動(dòng)化程序高，降低人員成本等優(yōu)點(diǎn)。

冷熱電三聯(lián)供在燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了能源的利用率，與傳統(tǒng)的發(fā)電、集中供熱、電供冷相比較，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的冷熱電三聯(lián)供機(jī)組，可節(jié)約集中供熱的鍋爐房和大量的用電空調(diào)，節(jié)省了建設(shè)投入。同時(shí)冷熱電三聯(lián)供進(jìn)一步完成能源的梯級(jí)利用，高品位能源用于發(fā)電，低品位能源用于供熱和制冷，能源綜合利用率可達(dá)80%以上，對(duì)節(jié)約我國(guó)能源和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，而且可以降低電能、熱能、冷氣的消費(fèi)成本，提高城市居民的生活質(zhì)量。

在環(huán)境方面，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的污染程度很小，它主要以天然氣為燃料，天然氣為清潔能源燃燒效率極高，而且天然氣燃燒時(shí)沒有二氧化硫排放，污染程度大幅降低。同等功率下，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組比常規(guī)燃煤機(jī)組燃燒時(shí)所排出的氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳排放量也大幅下降。中國(guó)面臨著環(huán)境污染和限制二氧化碳的排放量的巨大壓力，逐步用清潔能源替代高污染的煤炭資源可以有效的改善國(guó)家的環(huán)境污染問題。

4 前景展望

智能電網(wǎng)已經(jīng)在國(guó)外發(fā)展了很長(zhǎng)時(shí)間，其中智能大廈、智能家庭、智能機(jī)場(chǎng)等設(shè)計(jì)理念層出不窮，有的已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)性的成果。智能城市是很多科研學(xué)者看好的發(fā)展方向，建設(shè)城市智能電網(wǎng)是一條必經(jīng)之路。

城市是全世界人民居住的地方，是每一個(gè)城市居民共同的家，它代表著我們的文明傳承發(fā)展，它代表著我們的文化科技進(jìn)步。城市的環(huán)境和文化越來越受到每一位居民的關(guān)注，節(jié)約資源、綠色環(huán)保是每一個(gè)城市發(fā)展的方向。對(duì)于城市來說水資源是寶貴的，土地資源是寶貴的，空氣資源也是寶貴的。燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組可以大程度的節(jié)省水資源、土地資源而且利用清潔能源污染很小，是適合城市發(fā)展的動(dòng)力源。

在將來的城市規(guī)劃中，可以用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)供機(jī)組為電源、熱源、冷源來建設(shè)工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)等，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷與需求的穩(wěn)定供求，這些區(qū)域如同一個(gè)個(gè)模塊，鑲嵌在城市當(dāng)中。智能電網(wǎng)負(fù)責(zé)對(duì)這些分布式的模塊進(jìn)行分開治理與統(tǒng)籌管理。每個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)自己的孤島運(yùn)行，自給自足，最大程度的節(jié)約能量的傳輸成本，依靠智能電網(wǎng)和燃機(jī)的快速響應(yīng)能力保證冷熱電的需求與供應(yīng)平衡。智能電網(wǎng)可以最大程度的整合分布式電源，這些城市模塊可以由智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)管理，提高電能質(zhì)量和能源利用率，同時(shí)也與大電網(wǎng)相連，燃機(jī)機(jī)組的快速啟動(dòng)和調(diào)整能力可以為大電網(wǎng)削峰填谷。

5 結(jié)束語

城市是人類文明發(fā)展的重要組成部分，依托于智能電網(wǎng)安全、交互、協(xié)調(diào)等優(yōu)點(diǎn)和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的低污染、高效能源利用率，以冷熱電三聯(lián)供燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組為基礎(chǔ)建設(shè)城市智能電網(wǎng)是城市可期的發(fā)展途徑。在環(huán)境和資源問題日益凸顯和智能電網(wǎng)、清潔能源利用、燃機(jī)機(jī)組高速發(fā)展的當(dāng)下，研究和試驗(yàn)這條途徑擁有足夠的社會(huì)推動(dòng)力和科技條件。

[1]張文亮，劉壯志，王明俊，楊旭升.智能電網(wǎng)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì).電網(wǎng)技術(shù).2009 33卷13期

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