关于燃气电厂设计标准的探讨

谭 平，高学伟，彭 涛

(1. 沈阳铝镁设计研究院，辽宁 沈阳 110001；

2. 沈阳工程学院，辽宁 沈阳 110136；

3. 中国轻工业长沙工程有限公司，湖南 长沙 410004)

关于燃气电厂设计标准的探讨

谭 平1，高学伟2，彭 涛3

(1. 沈阳铝镁设计研究院，辽宁 沈阳 110001；

2. 沈阳工程学院，辽宁 沈阳 110136；

3. 中国轻工业长沙工程有限公司，湖南 长沙 410004)

加快燃气行业的发展是我国优化能源结构、改善环境、提高能效、节能减排的战略选择之一。十二五期间，燃气发电的快速增长是可以预期的，燃气发电行业应有新的技术追求。本文根据有关资料，编辑整理出我国燃气发电设计标准的要点，并进行初步的分析和探讨。供业内人士参考。

作用；发展预期；行业标准；企业标准。

根据有关资料，在“十二五”及以后的一段时间，我国天然气资源量的增长和开发技术的进步是比较乐观的，“十二五”期间，燃气发电的快速增长也是可以预期的。但是，“十二五”期间的燃气发电不应是以前燃气发电工程的技术重复，应在总结以往经验教训的基础上，提出新的技术追求和更高的技术要求。一般看来，设计标准的制定和执行对行业发展起着至关重要的作用。本文将对现行燃气电厂设计标准进行探讨，并提出一些技术建议。

1 燃机电厂的类型、作用和发展预期

简单介绍燃机电厂的类型、应起的作用和发展预期，这对正确选择和理解燃气电厂的设计标准是十分必要的。根据目前通常的理解，燃机电厂可以分为以下四种类型：大型燃气—蒸汽联合循环电厂、燃气分布式供能站(热电冷联供)、IGCC燃气发电厂和其他类型的燃气电厂。1.1 大型燃气—蒸汽联合循环电厂

1.1.1 构成形式和特点

以发电为主要目的燃气轮机发电机组或燃气—蒸汽联合循环发电机组通常有下列构成形式：简单循环发电机组、单轴燃气一蒸汽联合循环发电机组、1+1多轴联合循环发电机组、2+1多轴联合循环发电机组、3+1多轴联合循环发电机组等。其单机(原动机)容量一般为120 MW(9E级)以上(含)。

⑴简单循环发电机组

简单循环为“依次由压缩、燃烧和膨胀过程组成的热力循环”。简单循环发电机组通常由压气机、燃烧系统、燃气透平、发电机以及所配套的辅助设备所构成。

由于燃气轮机具有起动速度快(一般在20分钟内即可带满负荷)的特点，这种形式的发电机组通常用于电网的调频和调峰。由于燃气轮机的排气直接排入大气，燃机排气的余热未能得到充分利用，机组的发电效率较低。

⑵联合循环发电机组

联合循环为“燃气轮机循环与其它流体的朗肯循环相联合的热力循环”。常见的例子是燃气轮机的排气热量被用来产生朗肯循环中的蒸汽。联合循环发电机组通常由压气机、燃烧系统、燃气透平、余热锅炉、蒸汽透平、发电机以及所配套的辅助设备所构成。当燃气轮机与汽轮机连接在同一根轴上同时驱动同一台发电机发电时，这种构成形式就是所谓的单轴燃气一蒸汽联合循环机组；当燃气轮机与汽轮机不在同一根轴上，它们分别驱动各自的发电机发电时，这种构成形式就是所谓的多轴燃气一蒸汽联合循环机组。

⑶特点

联合循环机组与简单循环机组相比，在消耗同样燃料的条件下，增加了约50 %的发电量，机组的效率明显提高，但由于增加了蒸汽循环部分的设备，电厂的建设周期、投资、占地面积、耗水量等也会明显增加。此外，受余热锅炉及汽轮机金属部件对温度变化速率的限制，整套联合循环机组的起动和变负荷速率也会受到限制。通常简单循环机组的冷态起动时间仅需要约20分钟，而单轴联合循环机组的冷态启动时间约需3小时。

1.1.2 作用

⑴电网中的主力机组

以发电为主要目的大型燃气—蒸汽联合循环电厂可作为电网中的主力机组，但由于燃气价格问题，只能在上网电价较高的电网中运行。或作为调峰电厂和黑启动运行。这类电厂的运行受气价、运行小时数等因素影响较大。

⑵城市热电联产电厂

在对环境要求较高的特大型有集中供暖要求的城市，作为热电联产的热电厂，采暖季热电联供，非采暖季以供电(调峰)运行为主。这类电厂应考虑增加非采暖季的热负荷，延长其热电联供的运行时间。以提高经济效益。这类电厂在“十二五”期间可能会有较大的发展，特应引起我们的注意。

⑶工业园区热电厂

为工业园区的工业用户提供工业用汽。

⑷发展预期

其发展预期主要是向更先进的单机容量更大的方向发展。当前，国际先进的燃气轮机已发展到FB、G和H级；FB和G级燃机为FA级的改进型，在制造技术上相差不大，但性能优势明显，如表1。GE和MHI公司均表示在有项目时，可考虑转让FB和G型燃机技术。

表1 GE公司与MHI公司燃机性能

在H级燃机方面，GE公司的首台9H燃机已在英国全面考核投产，日本东京电力已订货3台,计划在富津电厂2010年投产。Siemens公司的SGT5—8000H第1台已经出厂，H级燃机在我国的开发应用，估计应在2015年以后。

1.2 燃气分布式供能站

1.2.1 构成和特点

分布式能源，相对于传统的集中供电方式而言，是指分布在用户端的能源综合利用系统。国际分布式能源联盟把分布式能源系统定义为：安装在用户端的高效冷热电联供系统。国家能源局把分布式能源系统定义为：将能源系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户端，可双向传输冷、热、电能。

分布式能源的一次能源包括天然气、沼气、废弃生物质、煤矸石，以及可再生能源(风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源)，以燃气作为一次能源是分布式能源系统的主要形式。

分布式能源采用的原动机包括小型燃气轮机、燃料电池、往复式发动机、太阳能光伏系统、风能电机等等。

微型分布式能源站的单机(原动机)容量一般在0.2MW～6MW，总容量一般在0.2MW～50MW。

较大型分布式能源站的单机(原动机)容量现在已达到60MW，总容量200MW。

分布式能源包括冷热电三联供等多种形式，既可独立运行，也可并网运行。

1.2.2 作用

⑴地区电网的调峰。

⑵地区电网的黑启动电源。

⑶作为所在区域的战略性备用电源。

由于分布式供能站位于负荷中心，启动快，可以作为重要用电户的备用电源，例如：2008年奥运会期间，2010年上海世博会，2010年10月南宁东盟峰会期间，分布式供能站均成为这些重要活动的战略性备用电源。

⑷作为所在区域的建筑热冷源。为所在区域的建筑物供热(采暖、生活热水)、供冷(空调)。

⑸为工业园区供热。

1.2.3 发展预期

燃气三联供分布式供能站，由于可实现冷、热、电联产，大幅度提高能源利用率，减少碳排放，改善城市环境；建在用户侧，减少输送过程中的能源损失，占地小自动化水平高并可应对紧急突发事件等优势，在工业发达国家得到迅速发展。各国政府不断推出针对分布式能源的鼓励和支持措施，电力部门对分布式能源的态度也从不屑一顾转变成积极支持。分布式能源传入我国已有10年的经历，但进展较慢。近年来形势发展有变，政府重视了，电力部门的态度也在转变，形势向好的方向发展。可以预见，随着我国经济社会快速发展，城镇化的迅速推进和作为城镇主体形态的城市群空间格局的形成，分布式供能系统将会在我国的北京、上海、天津、广州等特大城市、沿海经济发达城市、输气管线沿线城市得到适度的发展。

分布式供能站发展的关键有三点：一是要有稳定可靠的气源和供气管网。二是要有经济承受能力。三是要解决接入电网、机组选型、冷热电负荷匹配等几项关键技术问题。

1.3 整体煤气化联合循环(IGCC)电厂

IGCC燃气发电把煤气化和发电结为一体，更是适合我国这样以煤炭为主要一次能源的国家。同时IGCC也可以多样化，除了把煤气化与燃气发电结为一体的方式外，因地制宜把煤气化和燃气发电分设两地两厂，也是可行的选择。

燃气电厂发电，实际也是IGCC，不同的无非是煤炭气化与燃气发电不在一厂而已。我国煤矿有多处煤炭自燃几十年，数千万吨煤炭已经在自燃中气化(但是非甲烷化)，若引进先进技术和装备，将其纳入煤制天然气(甲烷)，气源的规模也是相当可观的。

IGCC电厂有较高的电厂净效率，极低的污染物排放，燃料适应性广，节约用水，可以实现电、热、化工产品或液体和气体燃料的多联产，可为今后较经济地提

在单机容量方面，IGCC电厂还没有限制范围。

1.4 其他类型的燃气电厂

包括燃用低热值气体的燃气电厂(例如：燃用煤层气、页岩气等低热值气体的燃气电厂)、城市垃圾转化沼气发电厂、焦炉煤气发电厂。

以上的燃气电厂尚处于发展起步阶段。

2 燃气电厂设计标准

设计标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四种层次，本节将分别简单介绍我国已制定或正在制定中的各种类型的燃气电厂设计标准。

2.1 国家标准

目前，尚没有综合性的燃气电厂设计方面的国家标准。

2.2 行业标准

目前，正在实施和正在制定的燃气电厂行业标准共有三个。

⑴电力行业标准《燃气—-蒸汽联合循环电厂设计规定》(DG/T 5174-2003)

2003年实施，由华东电力设计院主编。规范的覆盖范围：25MW～250MW的简单循环和联合循环电厂，小于25MW的燃气轮机电厂和热电联产电厂参照使用。

⑵城镇建设行业标准《燃气冷热电联供工程技术规程》

2008年住房和城乡建设部组织编制了中华人民共和国城镇建设行业标准《燃气冷热电联供工程技术规程》，目前，已完成征求意见稿。

以燃气为一次能源，新建、改建、扩建的发电机总容量小于或等于15MW，供应冷、热、电能的分布式能源系统的设计、施工、验收和运行管理。

⑶电力行业标准《分布式供能系统设计技术规范》

2010年，电力规划设计协会启动《分布式供能系统设计技术规范》行标，由上海设计院主编。规范的覆盖范围：原动机单机容量为70MW以下(含)，总容量200MW(含)。计划2011年5月提出征求意见稿，2011年12月完成报批稿。

2.3 地方标准

目前，只有上海市实施了与燃气电厂有关的一项地方标准，2005年上海电力局组织编制了上海地方标准《分布式供能系统工程技术规程》(DG/TJ 08-115-2008)，试行三年后于2008年4月正式实施。

规程重点规定了分布式供能系统的单机容量为0.2MW(含)到6MW(含)。单机容量在0.2MW以下的分布式供能系统可参照并简化执行。0.2MW～6MW的机组在已经投入运行的机组容量中占绝人多数(在上海市100%，日本是97%)。另外，对于0.2MW及以下的机组，在电力并网上，可以简化处理。

关于分布式能源的总容量一般在0.5MW～6MW。容量的选择依据以热(冷)定电，热(冷)电平衡的原则，根据电，热(冷)符合的特性和大小合理确定。对于建设方而言，机组的发电量应自发，自用，自平衡。并入电网的分布式供能系统总装机容量不应大于相应电力系统接入点上级变电站单台主变容量的30%，也就是6MW。

2.4 企业标准

企业标准是比行业标准更为细致的技术标准，这里介绍两个行业内影响力较大的企业标准。

⑴国家电网公司企业标准《分布式电源接入电网技术规定》

由国家电网公司编制，已于2010年8月2日颁发、实施。该标准规定了35kV及以下电压等级接入电网的新建或扩建分布式电源接入电网应满足的技术要求。

⑵中国电力工程顾问集团公司企业标准《大型燃气——蒸汽联合循环发电技术应用研究》(Q/DG1-A005.1-2007)[2]

由中国电力工程顾问集团公司编制，已于2007年5月颁布实施。该标准由9个设计导则和11个专题研究报告组成。规定了9E级及以上等级燃机电厂的设计技术要求、方法。

该标准已在中国电力工程顾问集团公司下的八个子公司中使用，并在2007年以后开始设计的大型燃气电厂的设计中得到应用。

该标准中的内容对于分布式能源站、燃气——蒸汽联合循环热电厂和IGCC电厂都有借鉴作用。

3 对燃气电厂设计标准的分析与讨论

3.1 设计标准的使用范围

如表2所示为现行或正在编制中的燃机电厂设计标准的使用范围

表2 燃机电厂设计标准的使用范围

根据表2所给出的使用范围，作如下讨论。

⑴单机容量应以原动机(燃气轮机、内燃机、热气机等)，而不应考虑蒸汽轮发电机的容量，因为在联合循环电厂中，蒸汽轮发电机的配置可能是1对2，1对3配置的，蒸汽轮发电机的容量不应作为限制范围的因素加以考虑。

⑵标准2与标准3的范围有重合，例：当出现3×5MW的分布式能源站时，执行两个标准均可以。

⑶标准3与标准4的范围基本重合，可以理解为如果设计对象是分布式能源系统应执行标准3，如果设计对象属于纯燃气发电应执行标准4。

⑷尚缺少9F级燃机(250MW)以上FB、G和H级燃机的设计标准。

根据以上讨论分析，提出几个问题：

⑴是否需制定一份燃机电厂设计方面的国家标准？现在时机是否成熟？如需制定，其使用范围怎么定？

⑵是否应把燃机电厂设计标准整合为两个，即分布式能源站一个，大型燃气—蒸汽联合循环电厂一个。这样可更方便使用。

⑶标准4已使用八年，已到了修订的时候了，在修订时，如果把其使用范围改为原动机单机容量70MW以上(不含)，不设上限，增加有关冷热负荷的内容，并升级为国标，将是一个较好的设计标准整合方案。

3.2 分布式供能站的判定标准

判定标准十分重要，过松的标准将导致分布式供能站作假。

⑴判定原则

就近供电，其电容量应与本供电区域基本用电负荷相近供电，距离不可过远。就地供冷供热，供冷时，距离不超2km，供热时，距离不超8km。冷热电的匹配应符合分布式供能站在当地电网或区域供能规划所起的作用。

⑵判定标准的制定

如果对分布式供能系统的判定标准不统一、不严格，将可能会引起对分布式能源管理上的混乱。建议：尽快编制相关国家标准：涉及分布式能源定义款，除单机容量、总容量外，还应有热电比、当地负荷量、单位面积负荷强度等。

判定标准是十分重要的问题，应充分征求各方面专家、行政管理部门的意见，经讨论后确定。

3.3 与各行业各部门的接口关系

燃气电厂设计涉及多个行业：电力、市政、燃气、供热。同时会产生多种设计接口关系：与电网公司的接口，与热力公司的接口，与燃气公司的接口。同时，不同的行业将执行各自的标准和固定做法。

为了避免在接口关系上出现问题，在制定燃气电厂的设计标准时应在征求意见稿阶段充分征求其他行业管理部门的意见。

4 结语

天然气是不可再生的，人类不可能长期依赖燃气发电。但燃气发电可以用相对洁净的方式为人类争取到至少几十年的时间，让人类分阶段实现可再生能源和新一代能源的应用。

在目前阶段，我们应在燃气发电的技术发展方面做出努力，并要有所作为。

[1]崔民选，等．天然气战争[M]．北京：石油工业出版社，2010．

[2]Q/DG1-A005.1-2007，大型燃气－蒸汽联合循环发电技术研究[S]．

[3]汤蕴琳．探索我国大力发电技术进一步升级之路[J]．电力建设，2008，(3)．

[4]张桁生，充分认识燃气发电在“十二五”将承担的重要角色[J]．电力勘测设计，2010，(6)．

[5]DG/TJ 08-115-2008，分布式供能系统工程技术规程[S]．

Discussion on Design Standards of Burn Gas Power Plant

TAN Ping1, GAO Xue-wei2, PENG Tao3
(1. Shenyang Aluminums and Magnesium Research Institute, Shenyang 110001, China;
2. Shenyang Institute of Engineering, Shenyang 110136, China;
3. China Light Industry Engineering Co., Ltd., Changsha, Changsha 410004, China)

Speeding up the development of gas industry is one of strategic choice of optimizing energy structure, improving the environment, energy ef fi ciency and energy conservation in China. During the Twelve Five, the rapid growth of gas- fi red generation should be expected. The gas power generation industry should have a new technology pursuit. According to the information, this paper edited out the design standards of the main points of gas generation, and a preliminary analysis and discussion, and reference for people in this industry.

function; development expectations; industry standard; enterprise standard.

TM621

B

1671-9913(2011)01-0059-05

2011-01-10

谭平(1982-)，男，吉林省辉南县人，硕士。