我国燃机分布式能源系统的应用情况(学生)

我国燃机分布式能源系统的应用情况------2014.5.12目录1、概述2、燃气冷热电联供分布式能源系统介绍3、系统的分类、特点5、实际运行的DES/CCHP案例6、推广应用4、分布式冷热电联供能源系统经济分析•简介•分布式能源系统（DistributedEnergySystem）在许多国家、地区已经是一种成熟的能源综合利用技术，它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点，受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐。分布式能源系统有多种形式，区域性或建筑群或独立的大中型建筑的冷热电三联供（CombinedCoolingheatingandpower，简称CCHP）是其中一种十分重要的方式。•能源•燃气冷热电三联供系统是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，以天然气为一次能源，产生热、电、冷的联产联供系统。它以天然气为燃料，利用小型燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等设备将天然气燃烧后获得的高温烟气首先用于发电，然后利用余热在冬季供暖；在夏季通过驱动吸收式制冷机供冷；同时还可提供生活热水,充分利用了排气热量。一次能源利用率可提高到80%左右，大量节省了一次能源。•供应范围•燃气气冷热电三联供系统按照供应范围，可以分为区域型和楼宇型两种。区域型系统主要是针对各种工业、商业或科技园区等较大的区域所建设的冷热电能源供应中心。设备一般采用容量较大的机组，往往需要建设独立的能源供应中心，还要考虑冷热电供应的外网设备。楼宇型系统则是针对具有特定功能的建筑物，如写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑所建设的冷热电供应系统，一般仅需容量较小的机组，机房往往布置在建筑物内部，不需要考虑外网建设。燃气冷热电联供分布式能源系统介绍•燃气冷热电联供分布式能源系统（DistributedEnergySystem/CombinedCoolingHeatingandPower，简称DES/CCHP），是以燃气（天然气）为燃料通过燃机（燃气轮机或内燃机）获得高品位能量—电力，排出的高温废气（烟气）经余热回收装置（余热锅炉或余热吸收式冷热水机）获得蒸汽、热水或冷水，向终端用户供热、供冷。它是从一次能源（天然气）转换到终端用户应用的全过程的科学用能系统，能够实现“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的科学用能思想，提高一次能源利用率；针对各类终端用户的冷热电负荷的变化、使用情况，进行认真统计、分析，采用优化集成各种燃气发电技术、各种类型制冷和蓄冷技术、热泵应用、蓄热技术以及可再生能源应用技术等，达到能效高、低碳减排、经济效益好的DES/CCHP能源供应方案。据资料预测，由于一次能源利用率可达到80%甚至90%，为2020年实现新能源发展规划的要求，我国DES/CCHP的装机容量可达5000万kw，就能降低一年碳排放达数亿吨，为节能减排做贡献。分类方式内容特点系统意见图（1）燃气轮机发电装置+余热锅炉+抽凝式汽轮机发电装置+烟气/热水换热器+蒸汽吸收式制冷机+减温减压装置一般采用轻型或重型燃气轮机发电装置，发电能力可在50MW~500MW范围，建设在有较大供热、供冷负荷的各种类型的“园区”或集中的商务区（CBD），为了适应冷、热负荷的变化情况配置了抽凝式汽轮机组和减温减压装置。由于规模较大通常能源站应外供1MPa左右的蒸汽或150℃以上的高温热水，在“园区”内需冷、热负荷的终端用户或邻近处设供冷站或供热站，以较好地满足终端用户的冷、热需求，但这些供冷站、供热站应由DES/CCHP能源站统一进行管理、调度，以期实现优良的一次能源利用效率。（2）燃气轮机发电装置+余热锅炉+背压式汽轮机发电装置+烟气/热水换热器+蒸汽吸收式制冷机+热水型吸收式制冷机+蒸汽/热水换热器+电制冷机这种基本流程主要适用于中小型DES/CCHP能源站，发电能力可在10MW~100MW范围，建设在较小规模的“园区”或在“园区”内设多个分散能源站或一些公共建筑集中的建筑群；为了适应终端用户的冷热负荷变化，设置了多种制冷方式和换热装置。DES/CCHP能源站对外供应热水、冷水和电力。分类方式内容特点系统意见图（3）燃气轮机发电装置+高压余热锅炉+背压式汽轮发电装置+低压余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机+蓄冷装置+蓄热装置+换热装置由换热装置制取热水供应用户。利用蓄热装置调节用户热负荷变化时的供热量。夏季余热制冷量不能满足用户需冷量时，应设电制冷机增加制冷量，满足用户所需冷量。若冬季供热量需求较大时，可根据具体条件配置热泵系统供热，满足用户对热量的需求。这种流程适用于25MW以下的中小型DES/CCHP能源站。（4）燃气轮机发电装置+补燃型吸收式冷暖机+电制冷机（热泵型）+烟气/热水换热器+蓄热装置一定压力的燃气与经压气机压缩的空气在燃烧室燃烧后驱动透平机发电和排出400℃~650℃的高温烟气，补燃型吸收式冷暖机夏季只利用高温烟气制冷，若制冷量不能满足用户需冷量时，以电制冷机补充不足冷量；吸收式冷暖机冬季利用高温烟气制热，若制热量不能满足用户所需热量时，采用补燃增加冷暖机供热量；还可根据项目的实际条件采用热泵系统增加供热量。由于吸收式冷暖机排出的烟气温度为150℃~180℃，为利用烟气显热和冷凝热配置烟气/热水换热器，夏季供应生活热水等，冬季增加供热量。流程还设置了蓄热器用于各类高峰期的热量调节。分类方式内容特点系统意见图（5）燃气轮机发电装置+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机（热泵）+换热装置+燃气锅炉燃气轮发电装置排出的高温烟气经余热锅炉生产一定压力的饱和蒸汽，夏季将蒸汽送入蒸汽型吸收制冷机制冷供用户所需冷量，不足冷量由电制冷机补充；冬季将蒸汽送至汽水换热装置得到规定温度的热水供应用户供热，不足热量可由热泵系统和燃气锅炉补充供热。不同的DES/CCHP能源站的适用范围基本相似，均可适用于小型燃气轮机发电装置的DES/CCHP能源站，但应根据具体工程项目的终端用户的冷、热负荷及其不同时段的变化情况和当地的条件（包括气象条件、可能获得的热泵系统的热源、占地状况、地质条件等），经过技术经济比较，进行设备配置和系统集成优化后合理选择，达到一次能源利用率高、节能减排的优选方案.（6）燃气内燃机发电装置+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机+烟气/水换热器+汽/水换热装置+水/水换热装置+蓄热装置这种基本流程主要用于MW级以上的燃气内燃机发电装置，为了充分利用内燃机的烟气和缸套水、中冷水的多种余热，设置余热锅炉利用高温烟气生产0.5~0.8MPa的饱和蒸汽，再利用烟气/热水换热器将烟气降至60℃~80℃；缸套水和中冷水经水/水换热装置降温循环。夏季采用蒸汽吸收式制冷机制冷，不足的冷量由电制冷机补充；冬季采用蒸汽/水换热装置得到热水与水/水换热装置得到的热水共同供热用，为调节热负荷设置一定容量的蓄热装置。这种流程应用场所夏季应具有一定容量的热负荷，以充分利用缸套水等余热所获得的热水；冬季热负荷较大时，可在余热锅炉上设置补燃装置在高峰热负荷时段进行补燃供。分类方式内容特点系统意见图（7）燃气内燃机发电装置+烟气/热水型吸收式冷暖机+烟气/水换热器+水/水换热装置+电制冷机（热泵型）+蓄冷装置这种流程适用于小型的DES/CCHP能源站。内燃机的高温烟气和缸套水等分别接入吸收式制冷机的高压发生器和低压发生器，可以得到较好的制冷效率，为适应终端用户对冷热负荷变化的需求，配置了电制冷机、蓄冷装置冬季由烟气/热水吸收式冷暖机供应热水，也可将缸套水等经水/水换热装置与烟气/水换热装置将烟气降温至60℃~80℃共同提供热水，不足热量可根据所在地区条件，在具有合适低温热源的寒冷地区或需供应热水时配置热泵型电制冷机提供热水；或在吸收式冷暖机配置补燃装置满足冬季高峰段的供热需求。（8）燃气内燃机发电装置+热水型吸收式制冷机+电制冷机（热泵）+燃气锅炉这种基本流程主要适用于小型DES/CCHP能源站。内燃机的高温烟气经烟气/水换热装置获得90℃~95℃的热水，内燃机的缸套水等可与上述热水串联或并联进入热水型吸收式制冷机制冷，也可通过配置的水/水换热器装置获得终端用户所要求的供热温度的热水。夏季不足冷量由电制冷机补充供应，冬季不足热量可根据当地条件配置热泵型电制冷机或燃气锅炉或二者皆有的方式供热。在实际应用中应根据项目的实际条件和冷热负荷变化情况，结合DES/CCHP（六）或（七）进行技术经济比较后选择。分类方式内容特点系统意见图（9）微燃机+补燃吸收式冷暖机微燃机排出的烟气经吸收式冷暖机利用余热制冷后排放大气由于微燃机设有回热器、排出烟气温度较低，为适应终端用户冷热负荷变化的需求宜设补燃装置补足供热、制冷。这种流程只适用冷热负荷较小的建筑物。（10）微燃机+热水型吸收式制冷机+电制冷机（热泵）微燃机排出的烟气经烟气/水换热器将烟气降温至85℃~95℃，充分利用烟气显热和潜热获得90℃左右的热水夏季采用热水型吸收式制冷机制冷，不足冷量由电制冷机补充；冬季直接应用热水供热，不足热量根据具体条件可采用热泵系统补充供热或配置小型常压燃气锅炉补充供热分布热电联供系统的特点•与常规的集中供电方式相比，分布式冷热电联供系统具有以下优点：•(1)安置在用户附近，是合理的能源梯级利用方式，它不仅提高了能效，降低电力成本，且满足了建筑冷热需求，大大减少电厂电网建设投资，避免远距离输配电损失。•(2)以天然气为燃料，大幅降低了CO2、NOX、SO2等温室气体排放，有效促进大气环境改善。•(3)南方夏季燃气处于用气低谷，而用电处于高峰，采用燃气分布式冷热电联供系统可以缓解夏季用电高峰的压力，起到削峰平谷的作用。•(4)相对独立，与大电网配合，提高了供电的可靠性，减少了由于电网拉闸限电、电网崩溃和意外灾害等引发的供电事故所造成的巨大经济损失。•(5)不受冷热电负荷大小的相互制约，可以匹配各类规格、大小不一的发电机，克服了冷能和热能无法远距离传输的困难，满足各种建筑冷热电负荷要求。•(6)建设周期短，系统安装简单，维护便捷，系统集成化程度高，可实现远程监控和无人值守。•综合以上优点并结合实践经验表明，发展冷热电联供系统是高效利用天然气、改善环境、降低成本的最佳方案之一。分布式冷热电联供能源系统经济分析•Ⅰ、DES/CCHP经济性的本源•以天然气为一次能源的DES/CCHP系统发电同时提供取暖、制冷等用途。DES/CCHP“联供”系统同传统的“热电联产”的重大区别：一是通过各种技术的优化集成，真正实现能源的梯级、循环、高效利用，是循环型的能源经济。二是“就地直供”，可以大幅度节省电网的建设投资、输变电损耗和运营费用，削减电网的峰荷从而提高运行效率并节省调峰电厂的建设投资；可以避免多次转换损失和“高能低用”。•规模在10~50MW的DES/CCHP单位投资4000~4500元/kW，略高于联合循环电站，但电网投资很少，运行时间可达5000h/a以上，且建在负荷中心，冷、热、电均可就地直供，在优化的集成匹配下总的终端能源利用效益可高达90%，据最新的项目经济核算，在天然气价格2.5元/m³、直供电价0.80元/kWh、区域供冷价格0.46元/kWh条件下，一个中等规模（10MW）的DES/CCHP的投资回收期不超过10年，项目收益的40%来自供冷和热水。•DES/CCHP还能改善城市大气环境和平衡电网的峰谷差、前者可通过参与发达国家的“碳税交易”（CDM）而直接获得数量可观的投资补偿。后者可根据各地数据计算。•Ⅱ、影响DES/CCHP经济性的因素•负荷及时间分布•我国南北气候差异很大，因而供暖和空调需求负荷差别很大。不同功能的建筑物需求负荷以及昼夜分别差别也很大。•空调系统•气候是影响分布式能源系统经济的一个重要因素。表1是暖通行业研究院调研小组2005年对几大城市公用建筑的空调运营时间的调查结果。•表1四大城市空调评价年运营时间表h•空调平均年运营时间北京上海长沙广州酒店3845602564506588写字楼、机关1350108016501921商场2880144024162928注：1）根据建筑标准和使用情况进行