天然气分布式能源介绍

天然气冷热电联产分布式能源的发展山东建筑大学一当前能源形势存在严重能源危机我国一次能源可开采期限约为：煤炭90年石油22年，对外依存度56%天然气52年，到2020年对外依存度将超过50%可燃冰500年以上能源利用效率低下我国每公斤标准煤能源产生的国内生产总值仅为世界平均值的40%左右，能耗高。能源形势严峻我国2011年实际能耗约39亿吨，计划2020年末使用40亿吨标准煤，实际将远远超过40亿吨标准煤。大电网供电存在的问题燃煤发电效率低下火电厂能源利用效率煤炭30－40％远输线损7％存在安全隐患纽约大电网故障导致城市瘫痪，前南首都电力设施遭美国破坏，墨西哥大电网故障导致其都市圈瘫痪，今年7月30日，印度北部包括首都新德里在内的9个邦发生大面积停电,逾3.7亿人受到影响。据有关专家论证，为保证城市供电安全北京外埠供电量应小于40％（目前大于40％）上海要求小于20％纽约大停电以后造成城市瘫痪供热供冷存在的问题：以煤炭为主北方城市在采暖季空气污染指数严重超标燃气锅炉引起用气量巨大的季节性峰谷差如北京市已建储气库建设投资50亿，还将增加单纯采暖燃气管网利用率仅30%左右大量使用电空调空调电负荷占夏季负荷40%，实际用电量只有6%为电空调供电的电力设施投资巨大，利用率低造成使用空调地区夏季电网严重缺电，为了保民生，对工业用电进行限制，影响生产拓展能源供应方式提倡各种高效能源利用技术，开发可再生能源，大力发展分布式能源系统。“分布式能源”是指分布在用户端的能源综合利用系统。它将能源系统以小规模(数千瓦至50MW)、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出冷、热、电三种形式的能源。能源利用率高，大气污染物排放少，是一种高效的能源综合利用方式。分布式能源是一种环保节能的能源供应方式，对提高供电的可靠性和效率，实现对天然气供应和电力供应的削峰填谷有重要的作用。天然气是世界上储存量最大的矿物能源1）常规天然气能源机构预测：176×1012m3国际煤气联盟：257×1012m32）煤层气全世界平均：25m3/吨煤共有：233×1012m33）地质紧密结构中的天然气地质紧密结构：渗透1%美国：13.4×1012m3全世界：114×1012m34）压力溶水天然气16200×1012m35）天然气水化物pp公司预测：9000×1012m320000×1012m3我国的南海700亿吨油当量，水化物相当于油当量的1/26）非生物产生的生成气可燃冰的性质及来源储气能力：110kg甲烷/m3水合物＋1m3可燃冰0.8m3水164m3天然气天然气可燃冰的储量自然界中天然气水合物中的碳量11013吨相当于已探明所有化石能源碳量总和的2倍海洋沉积层内可燃冰中甲烷的资源量为3×1015~7.6×1018m3可满足人类需要500~1000多年天然气水合物资源状况未来的接替能源天然气可燃冰的分布地球上27%的陆地和90%的海域均具备天然气可燃冰的生成条件，天然气水合物在广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起区、极地大陆架、海洋和一些内陆湖的深水环境，永冻层可燃冰、海洋可燃冰水深大于100-250米（两极地区）和大于400-650米（赤道地区）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里的压力和温度条件能使天然气可燃冰处于稳定的固态。？平均水深18米最深85米大陆架极低大陆架我国的天然气水合物资源天然气水合物存在的区域：南海西沙海槽东沙陆坡台湾西南陆坡南沙海槽冲绳海槽等2007年5月，我国在南海北部的首次采样成功，证实了我国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。各国水合物技术进展2000年开始，可燃冰的研究与勘探进入高峰期，世界上至少有30多个国家和地区参与其中。其中以美国的计划最为完善，并且每年用于可燃冰研究的财政拨款达上千万美元。日本世界最前沿，目前已经能够进行商业开采，2011年4月已经完成对本州岛附近可燃冰开采的演练。各国水合物技术进展中国2006年8月，中国宣布，未来10年，中国将投入8亿元进行“可燃冰”的勘探研究，预计2020年进行试开采。乐观估计，中国在30年内能够实现“可燃冰”的商业开发。中国绘制可燃冰的商业开发战略规划路线：2010年-2020年：研究调查阶段；2020年-2030年：开发试生产阶段；2030年-2050年：中国可燃冰进入商业生产阶段。环境问题是可燃冰开采的瓶颈可燃冰的开采会改变天然气水合物赖以赋存的温压条件,引起天然气水合物的分解。在天然气水合物藏的开采过程中如果不能有效地实现对温压条件的控制,就可能产生一系列环境问题：温室效应的加剧海洋生态的变化——天然气泄漏到海洋中，氧化加剧，海洋缺氧海水汽化和海啸,甚至会产生海水动荡和气流负压卷吸作用海底滑塌以天然气为核心的分布式能源系统将成为城市能源供应的重要组成部分。燃气冷热电联产热泵技术蓄能技术风电技术其它技术燃料电池太阳能电能冷能热能高效节能环保安全二分布式能源三联供简介燃气冷热电三联供技术简介天然气分布式能源就是在用户终端实现冷热电三联供，也叫CCHP(CombinedCooling,Heating&Power)，它主要是利用燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，对作功后的余热进一步回收，用来制冷、供热和生活热水，就近供应。特点：1、它将能源系统以小规模(数千瓦至50MW)、模块化、分散式的方式布置在用户附近。2、可独立地输出冷、热、电三种形式的能源。天然气利用率高，大气污染物排放少，是一种高效的能源综合利用方式。3、电原则上以自用为主，并网不上网，并网的目的是调峰和应急。三联供系统基本原理-----能源的梯级利用电能驱动热泵驱动吸收式制冷机除湿生活热水供热等级排放燃料高温段1000OC以上中温段300~500OC低温段200OC以下环境废热26高温热能中温热能低温热能燃烧温度燃机轮机透平燃烧室高温火焰燃气电能制冷余热锅炉蒸汽轮机透平高温蒸汽排烟分布式能源的能量梯级利用环境温度发电机吸收制冷机组发电机电能采暖工业蒸汽余热回收换热器卫生热水水蓄能空气分配得当，各得所需，温度对口，梯级利用。1400℃450℃180℃30℃500℃1200℃90℃高温烟气中温蒸汽中温热水供电系统HGFE1700℃(?)1500℃(G)1430℃(H)1350℃(F)1150℃(E)发电设备余热利用设备燃气轮机余热锅炉余热驱动热泵30%左右的电蒸汽轮机20%的电抽气、循环水供热15%供热、制冷15~25%发电30%~40%余热锅炉北京恩耐特分布能源技术有限公司北京恩耐特分布能源技术有限公司燃气内燃机微燃机供热余热驱动热泵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。夏季用蒸汽驱动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直接通过烟气型溴化锂吸收式机组回收利用，没有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1.5~2.5.2）燃气轮机烟气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1.0~1.53）回热循环燃气轮机—烟气吸收式分布式联产4)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。5）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。6）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。7）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。天然气(100%)电力(联合循环50%，内燃机30%)锅炉（或进直燃机）制冷用冷水采暖用热水生活热水排出高温烟气(30~60%)损失（10~20%）综合能源效率:70%~90%通过能源的梯级利用，提高能源利用效率发展三联供系统的意义缓解电力短缺、平衡电力峰谷差.每增加1KW三联供系统相当于为电网减少1.78KW的夏季电负荷,可为电网减少数百亿投资;减少电力装机容量，提高地区供电安全性;降低排放保护大气环境燃机SO2排放浓度1.43mg/m3(国家标准20）NOx排放浓度51.53mg/m3(国家标准200）扩大燃气使用量，平衡燃气峰谷差,提高燃气管网使用率项目冬季天然气耗量夏季天然气耗量总耗量峰谷差燃气锅炉＋电制冷142.20142.2冷热电联产204.3130.5334.81.57:1以软件园CCHP项目为例万m3目前峰谷差超过8:1,管网利用率约为35%,广泛采用三联供系统可将管网利用率提高到75%内燃机蓄能装置燃料电池风能微燃机光电分布能源技术冷热电联产分布式能源发展趋势以分布式多联供技术为核心，结合可再生能源构建区域“小型化区域能源网络”，形成多能互补的智能电网（微电网）与智能冷热气网相融合；区域型能源系统的优势在于可以引进高效热电机组，实现燃气、电、热、冷的最优匹配，提高能源利用率；实现建筑物之间、企业之间的连接和能源共享，有效融入太阳能发电、太阳热利用、生物质发电、地热利用等，从而有效减低二氧化碳排放风电光电技术光热技术蓄能技术多能互补—智能电网热泵技术燃料电池燃气分布式三国内外发展状况日本147.474.071.259.320.620.219.715.014.613.05.60.80.815.90.020.040.060.080.0100.0120.0140.0160.0区域冷暖医院商店办公楼宾馆研究所综合公共娱乐设施学校疗养院福利院住宅饮食店其他民用设施图12000年日本民用燃气热电项目装机容量(千kw)4017979132102441583368712544333020406080100120140160180区域冷暖医院商店办公楼宾馆研究所综合公共娱乐设施学校疗