冷热电联产PPT

热电冷联产热电冷联产就是既发电、又供热、制冷。热电联产同热电分产比较,有很大的优越性。热电分产,工业锅炉房供热,效率低、污染大、机械化程度不高、劳动强度较大,发电厂供电、采用冷凝式机组排出余汽,还有很多热量,效率也不高。而热电联产,使热电结合起来,效率大大提高,可达80%以上。热电联产,以汽定电,发电受到用汽负荷的制约,冬季用汽量大,发电就多;夏季用汽量小,发电就少。冬夏季用汽不均衡,发电不能稳发满发。热电冷联产,汽轮机排汽,由热网供热,冬季采暖负荷高,夏季不用采暖用于制冷,热冷联产,可使冬夏季负荷较为均衡,汽轮发电机组,发挥更大效益,而且用电消耗大大减少。国务院《关于进一步加强节约用电的若干规定》中把吸收式制冷列为重点推广的节电措施之一。热电冷联产特点冷热电联产不仅提高了低品位热能的利用率,而且提高了能源的综合利用率。在常规的集中供电方式中能量形式相对单一。当用户不仅需要电力,而且需要其它能量形式,如冷能和热能的供应时,仅通过电力来满足上述需要时难以实现能量的综合梯级利用,而热电冷联产的方式由于其规模小,灵活性强,便于管理等特点,通过不同循环的有机整合可以在满足用户需求的同时均衡生产。发电、供热、制冷的三联供系统,其能源综合利用率可达70%。(1)有利于实行热电联产:溴化锂吸收式制冷机是以热能为动力的制冷设备,夏季供空调冷能系统降温,而制冷设备运行需要的热负荷与冬季采暖热负荷相当,这样就可以提高设备供热负荷。(2)热力系数大,节约蒸汽:采用溴化锂吸收式制冷机,制造同样冷量,可节约一半的蒸汽。(3)节约电能:与压缩式制冷相比,可减少用电负荷。(4)环境效益好:溴化锂吸收式制冷,无毒无臭,噪声低,运行费用低。一．什么是热电(冷)联产系统通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品味的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。热电（冷）联产系统在能源转换效率方面所具有的突出优势，使得其在世界各国的能源领域大都具有显著地位。欧洲委员会在大气改变对策的能源框架中，将热电联产放在非常重要的位置。被认为是对实现排放目标贡献最大的一项技术，其减少C02排放量的潜力为210Mt，占总目标的四分之一。为了促进热电联产事业的发展，欧洲委员会在财政、税收、科研、政策等方面作出了大量工作。1977年，成立了专门的咨询机构，对如何提高供热效率、加快热电联产的发展进行探讨。1988年出台了有关条文协调热电联产业主与电力部门之间的关系，要求电力部门必须以合理的价格购买热电联产厂多余的电，减少热电联产厂家的后顾之忧。在技术开发与研究方面，欧盟国家在1991年就开始实施旨在提高能源效率的SAVE计划，许多热电联产与区域供热的研发示范项目得到了该计划的资助。二．热电（冷）联产的主要形式2.1热电联产系统锅炉加供热汽轮机由于煤燃烧形成的高温烟气不能直接做功，需要经锅炉将热量传给蒸汽，由高温高压蒸汽带动汽轮发电机组发电，做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热。锅炉加供热机热电联产系统适应于以煤为燃料。这也是我国的热电联产系统普遍采用的形式。这种系统的技术已非常成熟，主要设备也早已国产化。由于这种系统占地大，负荷调节能力差，发电效率低，一般在煤改气的热电联产中得以应用，新建燃气热电联产系统很少采用这种形式。燃气轮机热电联产系统分为单循环和联合循环两种形式。单循环的工作原理是：空气经压气机与燃气在燃烧室燃烧后温度达1000℃以上、压力在1－1.6MPa的范围内而进入燃气轮机推动叶轮，将燃料的热能转变为机械能，并拖动发电机发电。从燃气轮机排出的烟气温度一般为450℃～600℃，通过余热锅炉将热量回收用于供热。大型的燃气轮机效率可达30％以上，当机组负荷低于50%时，热效率下降显著。考虑到热和电两种输出的总效率一般能够保持在80％以上。燃气轮机组启停调节灵活，因而对于变动幅度较大的负荷较适应。目前工业燃气轮机的生产基本上来自西方国家，如GE,ALSTOM，SIEMENS,SOLAR,ABB等。上述单循环中余热锅炉可以产生的参数很高的蒸汽，如果增设供热汽轮机，使余热锅炉产生的较高参数的蒸汽在供热汽轮机中继续做功发电，其抽汽或背压排汽用于供热，可以形成燃气－蒸汽联合循环系统。这种系统的发电效率进一步得到提高，可达到50％以上。内燃机热电联产系统当规模较小时，它的发电效率明显比燃气轮机高，一般在30％以上，因而在一些小型的燃气热电联产系统中往往采用这种内燃机形式。但是，由于内燃机的润滑油和气缸冷却放出的热量温度较低（一般不超过90℃），而且该热量份额很大，几乎与烟气回收的热量相当，因而这种采暖形式在供热温度要求高的情况下受到了限制。内燃机的生产厂家有总部这在瑞士的WARTSILANSD公司、德国的MANB&W公司以及美国的CATERPILLAR公司等。燃料电池它是把氢和氧反应生成水放出的化学能转换成电能的装置。其基本原理相当于电解反应的逆向反应。燃料（H2和CO等）及氧化剂（O2）在电池的阴极和阳极上借助氧化剂作用，电离成离子，由于离子能通过在二电极中间的电介质在电极间迁移，在阴电极、阳电极间形成电压。在电极同外部负载构成回路时就可向外供电。燃料电池种类不少，根据使用的电解质不同，主要有磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、固体氧气物燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。燃料电池具有无污染、高效率、适用广、无噪声和能连续运转等优点。它的发电效率可达40％以上，热电联产的效率也达到80％以上。目前，多数燃料电池正处于开发研制种，虽然磷酸燃料电池（PAFC）等技术成熟并已经推向市场，但仍较昂贵。鉴于燃料电池的独到优点，随着该项技术商业化进程的推进，必将在未来燃气采暖行业起到越来越重要的作用。从事燃料电池研究和开发的单位主要有美国的国际燃料电池、联信、PlugPower、AnalyticPower、Onsi和西屋等公司，加拿大Ballard公司，日本的三菱、松下、三洋、东芝、宣士电机和富士电机等公司，德国MTU公司和西门子公司等。我国也有大连化物所等多家单位从事燃料电池的研究。2.2热电冷联供系统由上述各种热电联产装置与制冷机及其他部件（如热网、蓄冷器等）的组合，可形成多种热电冷联产系统形式。小型热电（冷）联产装置可设置在一个建筑物内，发电直接供建筑物的用电负荷，所产生的热（冷）量由建筑物内管网输送至各房间。大型热电（冷）联产系统，即以热电厂为热源的区域供热（DH）或区域冷热联供（DHC）系统，发电一般直接输送至电网，而热（冷）量则通过热网输送给各建筑物用户。如果根据热网输送介质的不同来划分，大型热电冷联产系统的形式主要有三种，即热水输送、冷水直供和蒸汽输送。三．热电（冷）联产的发展现状十九世纪七十年代末期，在欧洲一些人口密集的城区，开始出现了由往复式蒸汽机带动的发电机，并对蒸汽机的乏汽加以利用，这是早期的热电联产系统。在本世纪早期，由于纯发电开始产生显著的规模效益，热电联产系统没能得到发展。二战后，区域供热在北欧、苏联以及一些东欧社会主义国家得到普遍应用，并带动了热电联产的发展。而在欧洲其他国家，由于燃料丰富、廉价，热电联产发展缓慢。在经历了1973/1974年和1979/1980年两次石油危机后，以热电联产形式为主的区域供热、区域供冷开始受到西方国家的重视。美国将区域供热列入其政府节能计划，英国国会则评价区域供热为减少国家能耗的重要手段，而法国更是以立法的形式推动热电联产的发展。美国近年来热电联产发展迅速，热电联产装机容量在1980～1995年的15年间由12000MW增加至45000MW。目前，热电联产装机容量已占美国总装机容量的约7％。在日本能源供应领域中，主要以热电联产系统为热源的区域供热（冷）系统是仅次于燃气、电力的第三大公益事业，到1996年共有132个区域供热（冷）系统。燃气轮机热电（冷）联产和汽轮机驱动压缩式制冷设备是日本热电（冷）联产的主要形式。在欧洲，欧共体的热电联产发电量已占其总发电量的9％（其中丹麦、芬兰和荷兰已达到30％以上），并计划到2010年达到18％，这将减少二氧化碳排放1.5亿吨。区域供冷没有区域供热应用的如此广泛，但由于其在经济上的吸引力也正在世界范围内慢慢被提倡和应用。1962年美国在Harfordcity,Connecticut建成世界上最早的区域供冷系统，并可同时供应蒸汽。目前美国已有超过60个区域供冷系统。日本的区域供冷发展最快，而欧洲也已有多个热电冷联产系统投入运行。我国早在建国初期，学习苏联经验，重视发展热电联产建设。在供热机组占全部火电设备总容量中，从1952年的2％增加到1957年的17％，仅低于苏联，居世界第二位。在经历了七十年代的发展低潮后，随着改革开放和经济的发展，我国热电联产又取得了很大进展。到1999年底，我国单机容量6000千瓦以上的热电机组装机容量达2815.9万千瓦，占同期同容量火电机组的13.30％。这些机组主要以煤为燃料，即热电厂是由燃煤锅炉和抽凝（或背压）汽轮机组构成。在供冷方面，热电冷联产形式的区域供冷在我国刚刚起步，但发展迅速。全国多个城市拥有在燃煤热电厂基础上建立的热电冷联产系统，如济南热电冷联产系统的供冷总容量近几年已从无发展到49.6MW，杭州两个正在建设的热电冷联产系统供冷总容量将超过120MW。在燃气轮机或内燃机基础上建立的燃气热电冷联产系统也已出现，如上海黄浦区中心医院和浦东国际机场热电冷联产系统，北京的燃气集团大楼和清华大学校园热电冷联供系统等。四．热电（冷）联产的研究现状以及方向虽然热电（冷）联产系统在西方国家已得到较为广泛的应用，而且构成热电（冷）联产系统的各主要设备的产品已经非常成熟和完善，但是由于我国在能源结构、价格、管理体制以及冷、热、电负荷等外部条件与国外存在差异，这就造成了热电冷联供系统在我国大中城市的推广应用，仍需要研究一些技术方面的重要课题。4.2.1热电冷联供系统评价体系的研究建立一套以城市能源系统为中心的热电冷联供系统评价体系，从经济－能源－环境等各种角度全方位对热电冷联供系统进行评价，并与其它城市供热、供冷和供电形式进行比较，为热电冷联供系统的推广应用奠定基础。对于具体的工程项目，根据外部环境的不同，通过该评价模型，可以确定最佳的热电冷联供系统形式和运行模式。4.2.2热电（冷）联产系统的优化研究热电冷联供系统优化配置的研究这包括：组成热电冷联供系统的各主要部件的模型，例如热电机组、制冷机组、热泵机组以及蓄能装置等；整体系统最佳配置的建模和算法；不同外部环境下系统最佳配置选择等。热电冷联供系统优化运行的研究针对全年变化的热电冷负荷，在上述热电冷联供系统最佳配置的基础上，提出合理的运行模式和运行方案，是一个十分复杂的研究课题。热电冷联供系统协调控制研究由于一天中不同时段的电价以及电力、热（冷）负荷的变化，实现合理的热电联产系统的运行方式以达到最佳的经济效益，不对系统进行优化控制是不行的。为此，需要研究开发出一套将热电联产系统和供热（冷）系统作为一个整体的优化协调热电（冷）联产控制系统。4.2.3重点装置的研发与应用小型楼宇热电冷联产系统的研发：由于楼宇具有独立的热、电、冷负荷以及系统规模小等特点，热电冷联供系统的配置和运行问题尤为重要。需要研究热电机组容量、型式，制冷机、余热锅炉的搭配，蓄能装置的利用，热电冷装置与电网的接入与协调等诸多问题。因此，应在上述研究的基础上，进一步专门加以研究和分析。蓄能系统的研究：为了协调冷热负荷与电负荷的关系，往往需要在热电冷联供系统中设置蓄热蓄冷系统。在热电冷联产系统中应用蓄热蓄冷系统在我国尚没有经验。因此，对蓄热蓄冷装置的型式、结构以及在整个热电冷联供系统中的运行策略研究是必不可少的。燃料电池的研究:燃料电池的发电效率可达40％以上，热电联产的效率也达到80％以上。鉴于燃料电池的独到优