德国能源转型：分布式天然气热电联产在能源体系中的作用与运行模式

2017年10月13日下午，由清华经管 MBA 校友会能源环保协会和北京启迪清洁能源科技有限公司主办，清华大学能源互联网创新研究院支持的德国能源转型讲座在紫光国际会议中心中心。德国能源署前署长科勒先生系统介绍了德国能源转型及面临的挑战，可参阅何继江笔记：德国能源署前署长在清华解读德国能源转型。科勒此行来到中国还带了前沿的技术，2G公司董事长Christian Grotholt介绍了小型天然气热电联产机组在平衡电能波动性上的作用和最近技术进展。中国北方冬季燃煤供热加剧雾霾，又存在大量弃风弃光的问题，小型燃气热电联产机组的利用，对于解决这两大问题将是一个有意义的选择项。PPT为Grotholt先生的，中文内容是在现场翻译基础上的述与评。

左起：王玉梅 何继江 科勒 Grotholt 陶光远

2G公司董事长Christian Grotholt演讲

德国能源转型中的实用案例——分布式天然气热电联产在智能电网中的作用与运行模式

600名员工，43个国家，5000多台燃机运行。

效率89%，其中产电42%，产热47%。这比仅仅发电效率高多了，关键是，热比电产得多。

相比火电厂，燃气热电联产机组每千瓦时电的碳排放仅为250克，相比火电厂，仅是四分之一，而且还有余热可以利用。

需要用热的地方太多了！

关键是燃气机组规模真小！最小的仅是20-50千瓦，主流是一百多千瓦，最大的才2000千瓦。

这是真正的分布式！三五个2000千瓦的燃机和10兆瓦的分布式光伏组成为微网，或智能能源微网，是未来能源体系的细胞。

集装箱式，安装和拆卸都很方便，而且在中国，这样便于在多种土地性质上安装，会减少土地使用成本。

这些几十千瓦，几百千瓦，最大2000千瓦的燃机组合成为虚拟电厂，平衡不可控的光伏和风电，协同进入售电市场。

绿色是风电光伏等可再生能源，红色是剩余负荷，目前主要靠化石能源。

2010年风电光伏主要是削掉了火电的一些负荷，2020年，就会出现个别时段，风电光伏完全满足电力需求，没有剩余负荷的情况，到2050年，风晚光伏装机量大幅提升，很多时段，风电光伏的发电功率达到负荷的两三倍，甚至更多，这些电谁来消纳？有些时段仍然有较多的剩余负荷，也就是红色的部分，如果这些负荷不是由化石能源来承担，那么谁来承担？分布式天然气热电联机组是其中的上选。

风电光伏的生产与能源需求不匹配时，用燃气电厂来调整。

但是，天然气不也是化石能源吗？

是的，但是，天然气也可以不是化石能源。一个是可以来自生物质（沼气或热解制气）。一个是电转气（电解水制氢，氢和二氧化碳作用生成甲烷，进入现有的天然气管网）。未来的燃气管网中传输的将不是化石能源的天然气，而是可再生的天然气。

2G公司还研发了氢气热电联机组，发电并供热。

附：2G公司官网链接： http://www.2-g.com/en/products/

引用：

热电比即热电厂供热量和供电量(换算成热量）的比值。也即有效利用热量中供热量与供电量（换算成热量）之比。对应每发电1MWH所供出的热量。

根据《关于发展热电联产的规定》，要求供热式汽轮发电机组的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产，应符合下列指标：

A、 所有热电联产机组总热效率年平均大于45%。

总热效率=（供热量+供电量X 3600千焦/千瓦时）/（燃料总消耗量X燃料单位低位热值）X 100%。

B、 单机容量在5万千瓦以下的热电机组，其热电比年平均应大于100%；单机容量在5万千瓦至20万千瓦以下的热电机组，其热电比年平均应大于50%；单机容量20万千瓦及以上抽汽凝汽两用供热机组，采暖期热电比应大于50%。燃气—蒸汽联合循环热电机组热电比应大于30%。

计算公式表达：

热电比=供热量/(供电量*3600)/1000*100%；

注：供热量单位采用吉焦，供电量单位采用兆瓦时，燃料总消耗量单位采用千克，燃料单位低位热值千焦/千克，这两个条件是衡量热电机组是否达标的必备条件。

点评

1、小微型燃气机的调峰性能极好，在未来的分布式的综合能源系统是重要的灵活性资源，在未来能源系统中的重要性将愈加凸显。

在能源转型的进程中，无论是哪个国家，都遇到了间歇性电能存储的问题，如何提高效率和经济性成为一个世界性难题。正如科勒先生所言，当德国可再生能源比例达到40%的时候，必须要找到有效的解决方案。在中国也出现了大量弃风弃光的现象，小微型燃气热电联机组是重要的解决方案之一。

2、电转气使天然气从化石能源转变为可再生能源。电转气的“气”主要是指天然气和氢气。将富余的电用来电解水，制得氢气，氢气与电厂废气二氧化碳反应得到甲烷，然后直接进入天然气管网，同时，也可以做成燃料电池移动电源或固定储能设备、氢动力汽车，以平衡电力波动性。

3、小微型燃气热电联机组的热电比高于大机组。这样北京的供热系统在同样供热量的情况下，就不需要这么多的大型燃气发电机组，而是用较小装机量的小微型分布式燃气热电联机组，这样北京接纳张家口风电光伏的能力可以大幅提升。科勒也建议中国应该多使用小型的燃气轮机热电联产，逐步替代大型机组。

4、小微型燃气机的生产成本和运营成本显然要比大机组贵，如果这种机组的量上去了，价格也应该会有较大降低。这种小微型燃机作为分布式电源，未来可以直供用户，获得较高价格。另外，由于其的调峰能力，还可以从电力辅助服务市场中获得一些收益。

5、现场未详细说明机组的氮氧化物排放水平，当然，比燃煤会低很多，但中国现在对燃气的氮氧化物排放标准越来越严，如果这种机组把氮氧化物问题解决好，在中国将有很大很大的市场空间。

公众号简介

推进能源革命，建设能源互联网，普及绿能，淘汰碳能。

这是何继江的个人微信公众号。也发布志同道合者的原创文章。

何继江：博士，副研究员。

清华大学能源互联网创新研究院政策发展研究室主任。

国家发改委等三部委《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》文件起草工作组成员、《国家能源局关于组织实施“互联网+”智慧能源（能源互联网）示范项目的通知》文件起草工作组成员，对《可再生能源发展“十三五”规划》亦有贡献。

本人及所在的研究团队愿意为能源革命和能源互联网的发展提供研究支持，欢迎地方政府、园区和企业就能源转型规划、能源互联网规划、能源互联网项目设计与我们进行探讨。

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