96分布式能源介绍

内容产生背景分布式供能系统简介及发展现状运行模式设计原则发展趋势及存在问题法规及标准背景能源危机：提高燃料利用率环境方面：节能减排社会原因：电力失灵，美国、加拿大，英国定义：分布式供能系统，简称CCHP（Combinedcool、heatandpowerCCHP），指热电联产系统中配置溴化锂吸收式制冷机，利用供热式汽轮机的抽汽或排汽制冷，使热电站在生产、供应电能和热能的同时，也生产、供应7～13℃的冷水，用于空调及工艺冷却。系统构成1.原动机：内燃机，燃气轮机，燃料电池，太阳能等可再生能源（发电功率小）2.余热利用设备：余热/烟气锅炉，吸收式制冷机组热泵，设计要点是考虑余热利用的规模、利用的优先次序和设备连接的次序。建议先供热水，再采暖，后制冷。热水余热设备的布置，依次为吸收制冷机组、采暖换热器、供热水换热器。3.排气、通风及电器系统分类按能源利用的形式：以天然气、油为主要燃料的系统；以太阳能、地热、生物质等可再生能源为主要能源的冷、热、电联产系统按动力设备类型：可分为以燃气轮机、内燃机、外燃机、燃料电池为主要发电设备的冷、热、电联产系统按系统规模又可以分为楼宇式冷、热、电联产系统和区域式冷、热、电联产系统。排放除湿、采暖、生活热水驱动余热锅炉、热泵、制冷电环境低温中温高温燃料品位COP:0.7～1.3余热：50%～65%效率30%～45%目标：热量的梯级利用，余热利用最大化，以达到最高效率关键因素：确定热电比,由用户需求决定余热、烟气锅炉，热泵等内燃机，燃气轮机，燃料电池，太阳能=热电比?购电天然气，煤，燃料电池，太阳能，生物质能驱动电负荷冷负荷热负荷原动机吸收式制冷余热利用备用锅炉热交换器蓄能装置以热定电CCHP系统及能量梯级利用示意图CCHP优势1.能源利用率高：能源通过阶梯利用，提高利用率。火电发电效率30%～40%左右，内燃机、燃气轮机发电效率分别为35%～41%、20～50%，CCHP为70%以上，大型机组可达80%～90%，目前最高可达95%2.灵活，可靠，电接近用户，减少输送损失，提高用电安全3.建设周期短，节约投资4.社会效益：可以缓解季节性用电高峰，优化电源配置5.环保：减少碳、氮氧化物排放，无噪音，洁净电能CCHP不足初投资高：系统容量小，吸收式机组部件多发电随机性大，和大电网有冲突，使大电网的控制出现问题，需加快开发智能电网国内问题：天然气价格、数量，无专门研究组织，规范不统一，运行缺乏调节，变工况研究少，评价体系不完善CCHP国内外发展现状应用和起步较晚，90年代初起步，目前在建和已建项目少，都在大城市，近年发展迅速，热电装机容量已接近世界平均水平，北方发展早，现南方发展迅速上世纪三十年代起步，八、九十年代发展迅速，美国04年就有6000做CCHP能源站，丹麦CCHP发电量占全国发电量的52%，现日、欧美发展较多燃料电池或多燃料驱动CCHP，寻求可再生能源驱动是方向，多上大机组CCHP国内外研究现状国内国外分布式供能系统与大电网联接的问题CCHP发电对配电网电压分布的影响，混合电力系统的优化分布式供能系统与电网的连接CCHP和大电网连接的测试、可行性及其影响，影响程度和起位置、容量有关分布式供能系统的性能及其优化投资、回报研究，循环方式研究，以不同负荷优化配置研究，分布式供能系统的经济性分析及优化在经济学，节能性上考虑污染物排放的影响；基于一次能源的经济学评估分布式供能系统的评价对经济学和环保评价分布式供能系统特性对系统热力分析，一次能源消耗评价法双源可逆型供暖系统即新型系统的研究对减排的贡献及其它方面的问题负荷特性对于分布式系统性能的影响、系统变工况及其它CCHP适用条件及应用场所适用条件1.经济发展较快地区，及靠近天然气站点2.冷热负荷比例大的地区，电热比应在1.35以上应用场所1.医院，宾馆、饭店等全年的冷、热、电负荷比较稳定的场所2.办公楼、居民区用电及冷热负荷日、季节性变化较大，不适宜使用，如果使用需蓄能装置削峰填谷3.对用电安全性要求较高场所热力系统评价原则效率评价法：基于热力学第一定律，适用于单一能源输入/输出系统，不能区分功和热火用评价法：基于热力学第二定律，系统输出的总火用与输入的总火用的比值，考虑了热和功的不等价，但不适合评价制冷工况，节能折合性能指标：把各种产品输出折合成单一产品，并以这种产品效率计算CCHP效率，忽视了个产品之间的互相影响运行方式—1内燃机驱动：余热来自高温排烟（350～550℃）冷却水（85～95℃），与余热锅炉、热泵、吸收式制冷机配套，技术成熟，可靠性强，适于电需求较大用户评价指标：发电出力、相应的燃料量以及可回收热量影响因素：余热利用效率随负荷率降低而增加；受环境温度、海拔高度的影响并不明显运行方式特点适用范围内燃机+水-水换热器+烟气换热器+温水型吸收式制冷机控制简单，运行安全、可靠设备配置及连接较为复杂，占地面积较大电负荷较大而空调负荷较小，且系统中有热水需求场所，如旅馆、酒店、办公楼和学校等内燃机+水-水换热器+烟气热水型溴化锂制冷机设备配置较为简单，占地面积较小，控制比较复杂，对系统运行的安全可靠性要求较高电负荷较小，空调负荷较大场所，如办公楼，独立式住宅，商店、超市内燃机+余热锅炉+换热器+溴化锂制冷机组传统方案，系统复杂，维护成本高蒸汽需要量大，蒸汽品质较高的项目，比如医院、办公楼等运行方式—2燃气轮机驱动：余热来自高温排烟400℃，机组容量范围大，发电效率和热效率都较好，有单位投资小，建设周期短，耗水量少，占地少，启停性能好等优点，热电比大评价指标：发电出力、相应的燃料量以及可回收热量影响因素：部分负荷率，随压气机入口温度、厂址海拔高度和环境温度增加而降低运行方式特点适用范围燃气轮机+余热锅炉+蒸汽轮机+蒸汽型吸收式制冷机+汽水热交换器发电效率较高，提高系统的热用量，提高发电机组的负荷率，从而提高经济效益电负荷及热负荷较大的场所，比如工厂、商业区或区域性集中供电、供冷、供热的场所，也可以适用于有大量蒸汽需的场所，如工厂、医院等，燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+汽水换热器控制简单，运行安全可靠热负荷较大或对蒸汽有大量需求的场所燃气轮机+烟气补燃型吸收式制冷机组配置简单，占地面积小，安全性好，效率高，也降低了设备初投资、运行成本和维护难度，市场广泛。空调负荷较大而电负荷较小的小型冷热电联供系统运行方式—3运行方式特点适用范围燃料电池+吸收式制冷机效率高，启动快，可达污染少，模块化，成本高不限锅炉+蒸汽轮机+吸收式制冷机提高热电厂效率，经济效益好热电或火电厂燃气轮机前置循环+溴化锂吸收式制冷制冷效率高，可达1.30制冷负荷调节范围广燃气轮机电厂，建筑物新能源为动力的CCHP系统，节能环保CCHP节能性分析论点：不省电不节能，省电不节能，省电节能热力学分析：第一定律不节能，第二定律节能，一次能源利用率评价节能节能？条件性达到能源阶梯利用，以热定电，热量最大限度的利用节能设计的考虑：容量适中，不要过大，运行中根据负荷变动进行调节调节CCHP经济性、环保性分析经济，北京燃气集团调度中心大楼能源站，节约直接能源费用90万元。成都深兰绿色能源中心每年节约410万元。回收期3到6年2011～2020年投入5万亿用于CCHP，或补贴CCHP《“十二五”控制温室气体排放工作方案》到2015年实现单位国内生产总值二氧化碳排放比2010年下降17%的目标。CCHP系统与常规燃煤电站相比，温室效应和氮氧化物排量比传统的热电联供系统分别减少55%的和97%。广州大学城国内最大CCHP项目能源利用效率80%每年减少排放CO₂减少240000吨so₂减少6000吨上海世博园能源利用效率80%每年减少CO₂排放118吨蓄冷条件1.冷负荷发生时间短2.尖峰冷负荷不经常出现3.冷负荷不能很好地与冷源供给能力相匹配4.可以利用分时电价5.受配电设施供电能力限制正确应用蓄冷装置会提供投资和运行费用双重节省的经济性蓄冷工况的CCHP发展趋势1.燃料电池、太阳能等可再生能源做原动力2.多燃料组合模式，天然气和煤、生物质的组合3.蓄能设备的应用，减少系统在部分负荷下的运行时间，降低成本及投资4.对系统集成优化，对变负荷工况找出最优配置和最佳运行模式。应用案例分析项目名称运行方式热点比浦东国际机场燃气轮机+烟气余热锅炉+溴化锂吸收式制冷机+电制冷机1.7国家863《MW级燃气轮机冷分布式电联供技术集成与示范研究》示范项目燃气轮机+溴化锂吸收式制冷机+电制冷（调峰用）时热电比：1.6～1.9马里兰大学冷热电厂美国微型涡轮发电机+溴化锂吸收式制冷机冷热电负荷比为1.17:1.4:1广州大学城燃气-蒸汽联合循环4上海华夏宾馆燃气内燃机+余热锅炉+燃气直燃型溴化锂吸收式制冷机1.67设计原则以热定电：以热（冷）负荷确定发电量，当CCHP系统多余电力能并网且无多余热负荷时选择；此时不需辅助锅炉，电力系统需接大电网以电定热：经济性最优模式：以示范点耗电、耗气运行成本最低为控制目标。能源综合利用效率最优模式：以分布式联供系统的一次能源综合利用效率最高为控制目标。系统优化以火用经济系数最小、投资运行成本最低、运行收益最高为目标函数的优化考虑个影响因素的优化，成本优化，运行优化，配置方式优化调研内容1.政策法规：对三联产有无政策上的限制，如一次能源利用率，能否并网售点，排放2.用户要求：发电规模，冷热电需求比例，负荷随时间日、季度变化，具体冷热温度等参数，以及末端这冷的风速噪音等要求3.现有条件：用户已有的设备、设施，如电制冷、冷热的末端设施，发电设备昆山光电产业园的CCHP应用以玻璃板生产厂商为例蓄热系统工厂用电热负荷冷负荷工厂用电余热锅炉汽轮机冷凝器电网溴化锂吸收式机组GG余热锅炉空气天然气压缩机400℃～500℃燃气轮机天然气玻璃厂烟气排放利用玻璃厂余热的CCHP示意图国外发展CCHP经验欧美各国采取补贴、减税等特殊方式法国、荷兰、意大利限制二氧化碳排放德国对不同规模项目补贴日本鼓励银行、财团出资减税或免税美国能源部颁布相关规划丹麦机组补贴、电价优惠国家规划十二五”新兴能源规划建设目标天然气分布式能源装机5000万kW(落实26000亿立方米天然气合理利用)。重点是发展天然气分布式能源2010年4月国家能源局下发了《关于对〈发展天然气分布式能源的指导意见〉征求意见的函》，《指导意见》中明确提出：到2011年，拟建设1000个天然气分布式能源示范项目，在财税和金融等方面扶持，并考虑在电价补贴、接入系统投资、节能奖励等方面给予优惠政策，制定和完善行业技术标准和并网运行管理体系CCHP相关法规—《分布式供能系统工程技术规定》上海市建设与交通委员会批准于2008年8月1日起实施，针对6MW以下的分布式供能系统的设计、施工和验收做了规定，6MW以上的分布式供能系统参照《热电联产项目可行性研究技术规定》内容站址选择及布置，接入电网要求，燃料供应，原动机及余热利用设备，给排水及水处理，采暖通风，安全生产，消防，施工及验收等细则举例1.CCHP容量根据以热定电，热电平衡原则，及电热特性及大小确定2.并网的CCHP系统装机容量应小于电力系统接入点上级变电站单台主变容量的30%3.总热效率年均不应小于70%，热电比年均不应小于75%4.制冷系统参照《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)CCHP相关法规—《热电联产项目可行性研究技术规定》国家国家计委、经贸委、建设部联合发布，于2001年3月1日实施对燃气轮机规定1.使用汽轮机组的热电联产系统总热效率年平均大于55%2.热电比年平均应大于30%3.以燃气—蒸汽联合循环热电厂可采用燃气轮机—余热锅炉—供热的系统4.采暖、制冷、热水供应热负荷按城市热力网设计规范选取相关设备标准余热锅炉1.GB/T14416-2010锅炉蒸汽的采样方法2.GB/T17719-2009工业锅炉及火焰加热炉烟气