分布式能源基础知识

分布式能源基础知识培训设计部培训主要内容分布式能源系统的定义分布式能源系统的特征分布式能源系统发展概况国家对分布式能源系统的相关政策热能的梯级利用分布式能源系统的分类分布式冷热电联产系统的典型流程分布式能源系统设计思路案例：北京煤气集团总部办公楼项目分布式能源的定义分布式能源系统是相对于传统的集中式供能的能源系统而言，传统的集中式供能系统采用大容量设备、集中生产，然后通过专门的输送设施（大电网、大热网等）将各种能量输送到较大范围的众多用户；而分布式能源系统则是直接面向用户，按用户的需求就地生产并供应能量，具有多种功能，可满足多重目标的中小型能源转换利用系统。分布式能源系统的特征1、直接面向当地用户的需求，布置在用户附近，简化能源的输送环节，进而减少能量输送成本，同时增加用户能量供应的安全性。2、系统受用户需求的制约，相对于传统的集中式供能系统而言均为中、小容量。3、随着经济、不同能源技术的发展和成熟，可供选择技术也日益增多。4、通过选择合适的技术，经过系统优化和整合，可以更好地同时满足用户多种要求（如：高效、可靠、经济、环保、可持续性发展等），实现多个功能目标。分布式能源系统发展概况“分布式能源系统”的概念提出已有20多年，其主要形式是冷热电联产系统(combinedcooling,heatingandpower,CCHP),它是应用能的梯级利用原理的必然选择，能源利用率很高，所以技术发展迅速。我国也有相应的反应，先是要求北京开展中小型燃气轮机冷热电联产技术的使用进行研究，然后2004上海市完成“上海市燃气空调，分布式燃气热电联产系统”发展规划，计划在2003年基础上燃气分布式冷热电联产到2020年将再建设100个系统，装机容量为3MW。国家对分布式能源系统的相关政策《中华人民共和国节约能源法》明确指出：“推广热电联产，集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率”原国家计委、原国家经贸委、建设部、国家环保总局联合发布《关于发展热电联产的规定》（计基础【2000】1268号文）中指出“以小型燃气发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统，适用于厂矿企业、写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保护环境、减少供电线路损和应急突发事件等综合功能，在有条件的地区应逐步推广”。国家建设部《民用建筑节能管理规定》（76号文）第四条指出国家鼓励发展建筑节能技术中有一项是集中供热和热、电、冷联供技术。目前国家正在制定的《国家十一五规划》、《国家中长期能源规划》、《国家长期科技规划》，都把分布式燃气热电冷联供作为发展的重点。热能的梯级利用燃料高温中温低温环境能的梯级利用发电制冷供热排放分布式能源系统的分类分布式能源系统的核心及重要组成部分是分布式冷热电联产系统，其种类繁多。①按能源利用形式分类，有化石能源、可再生能源以及这两种能源互补的分布式冷热电联产系统；②按热机类型分类，有燃气轮机、内燃机、汽轮机、斯特林发动机，以及燃料电池等分布式冷热电联产；③按系统规模分类，有楼宇型、区域型、产业型和城市型分布式冷热电联产等。分布式冷热电联产系统的典型流程1）燃气轮机-余热吸收式分布式联产电发电机燃气轮机压气机燃烧室燃料空气供冷或供热排气蒸汽型吸收式制冷机余热锅炉燃料排气①简单循环燃气轮机-蒸汽吸收式分布式联产系统蒸汽型联产系统，余热锅炉透平排气的余热被回收，用以产生蒸汽。夏季可利用蒸汽驱动蒸汽双效溴化锂吸收式机组制冷；冬季可利用这部分蒸汽直接供热或驱动吸收式热泵供热。排烟温度多为350~550℃，发电效率为24~34%，冷电比（热电比）通常为1.5~2.5.电发电机燃气轮机压气机燃烧室燃料空气供冷或供热排气燃料排气②简单循环燃气轮机-烟气吸收式分布式联产系统烟气型吸收式制冷机与蒸汽型联产系统不同之处在于，排气中的余热直接通过烟气型溴化锂吸收式机组回收利用，没有了余热锅炉这一中间环节。排烟温度多为350~550℃，发电效率为24~34%，冷电比（热电比）通常为1.5~2.5.电发电机燃气轮机压气机燃烧室燃料空气供冷或供热排气燃料排气③回热循环燃气轮机-烟气吸收式分布式联产系统烟气型吸收式制冷机空气与简单循环燃气轮机-烟气吸收式分布式联产系统相比，系统增加一套空气预热器，利用排气给空气预热。发电效率相对于简单循环燃机要高，有高达38%，冷电比（热电比）多为1.0~1.52）内燃机-余热吸收型分布式联产系统电发电机燃料缸套水供热排气燃料排气内燃机-烟气吸收式分布式联产系统烟气型吸收式制冷机供冷内燃机内燃机排气温度350~450℃，缸套水温度大于90℃，其余热量占输入燃料能量的30~40%，可直接用供热，另外可考虑在烟气型机组尾部增加一级换热器，回收170℃以下的余热用于生产热水。冷电比（热电比）通常为1.0~1.5。3)汽轮机-余热吸收型分布式联产系统汽轮机-蒸汽吸收型分布式联产系统汽轮机锅炉燃料供冷蒸汽蒸汽型吸收式制冷机电发电机排烟供热系统性能与机组容量关系很大，容量较小的机组性能比较差，而大型机组生产冷量对外传输半径小；用蒸汽送至用户端然后做吸收式制冷，管道造价高；蒸汽系统以水为循环工质，系统复杂，不适合中小型用户。4）斯特林发动机-余热吸收性分布式联产系统电发电机燃料冷却水供热排气燃料排气斯特林发动机-烟气吸收型分布式联产系统烟气型吸收式制冷机供冷Stirling该系统与内燃机联产系统相似，斯特林机是一种外部加热的闭式循环发动机，与内燃机相比，斯特林机的排气温度更高，回收利用是更便利；但冷却水温相对于内燃机的缸套水低，同时冷却水带走的热量在全部输入能量中所占的份额较大。5）燃料电池-燃气轮机-余热吸收型分布式联产系统燃料电池-燃气轮机-余热吸收型分布式联产系统燃料烟气电发电机惰性气体排气空气排烟燃料加热器SOFC+重整器发电装置电燃烧室透平回热器压气机余热回收利用装置SOFC固体氧化物燃料电池，单独发电效率为50~60%，与燃气轮机组合成混合动力系统，其发电效率可达到70%，NOx的排放量低于1ppm,是目前最洁净的能源系统之一。电输出占很大比重，冷电比（热电比）仅为0.2~0.5。此系统技术发展还不成熟，尚处实验阶段。分布式能源系统设计思路分布式能源系统的主要特点是直接面向用户、按用户需求提供各种形式能量的中小型多功能能量转换利用系统，所以在进行分布式能源系统设计时须考虑以下几点：1）明确用户真正的冷电比（热电比）即真实的冷热电负荷。2）对发电机组独立供电运行模式，在机组选型配备时，可以考虑利用电制冷方式，将一部分冷负荷转移到电负荷，从而满足真正的冷电比。3）若在冷负荷峰值时冷电比过大，可考虑冰水蓄冷进一步改善冷热电联产系统的热力学性能和经济性。（对于酒店通常晚上耗电量相对较大，而耗冷相对较少，可以考虑晚上冰水蓄冷）4）对发电机组与市电并网运行模式，可按考虑同时使用系数之后冷负荷做设备选型。案例：北京煤气集团总部办公楼项目建筑总面积为32800㎡，冷负荷为7150kw，电负荷为1200kw。该系统采用内燃机-烟气吸收型分布式联产系统，机组配置电热比为1:1.5，按热水烟气直燃机能效比1.3计算，7150kw冷负荷可折算成5500kw的热负荷；而实际电热比为1200:5500=1:4.6，显然在最大冷负荷时须对吸收式制冷机组进行补燃。电发电机燃料缸套水供热排气燃料排气热水烟气直燃机供冷内燃机