第四章 分布式能源系统.

分布式能源系统主要内容一、分布式能源系统定义及分类二、天然气分布式能源典型流程------CHP与CCHP（BCHP或DCHP）三、主要系统及设备介绍------典型CCHP比较四、CCHP应用案例介绍五、负荷分析及机组选型六、天然气分布式能源系统的经济性分析七、政策扶持因素的分析一、分布式能源的定义和分类传统建筑能源主要供能方式：燃煤供暖：严重恶化环境天然气或电直接供热（冷）：能源利用率低集中热电并供：距离限制结果：电力与天然气峰谷差加大发电设备年运行时间下降巨额固定资产浪费结论:未能达到能源梯级利用，造成能源、环境和经济上的被动解决途径：分布式能源系统问题：建筑能源系统直接将高品位能用于低品位能的需求又试图将太阳能等低密度能源艰难地转换为高品位能思路：系统集成、传统与可再生能源互补系统发展趋势:热电联产冷热电一体化生态建筑分布式能源的概念在2004年8月就分布式能源问题向国务院汇报时，对分布式能源系统给出了如下定义：分布式能源系统是指将能源系统以小规模、小容量、模块化、分散化的方式布置在用户端，可独立地传输冷、热、电能的系统。分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷热电三联供等多种形式。分布式能源的概念于2002年成立，提出如下定义：分布式能源系统（DistributedEnergySystem）是一种新型的能源系统，一般建于用户附近，减少了输配系统投资和能量损失，是更高效、更可靠和更加环保的能源系统。它包括高效热电联产、就地式可再生能源系统以及能量循环系统（包括利用废气、余热和压差来就地发电），这些发电系统能在或靠近消费的地点提供电力，而不论其项目大小、燃料种类或技术，也不论该系统是否与电网联网与否。分布式能源系统特点节省输变电投资供电可靠性提高满足特殊场合的需求具有良好的环保性能为能源的综合梯级利用提供了可能为可再生能源的利用开辟了新的途径很好地实现了“能量梯级综合利用”，有效提高了能源的综合利用效率。分布式能源系统的分类1.按能源利用形式分类化石燃料类、可再生能源类以及这两种的有机结合2.按动力子系统分类燃气轮机、内燃机、蒸汽轮机、燃料电池、太阳能等3.按系统规模分类楼宇型（BCHP）、区域型（DCHP）、产业型二、天然气分布式能源典型流程关于CHP与CCHP最早：采用背压或抽汽式ST；随着燃气轮机的发展，燃气-蒸汽联合循环热电联产（GT+WHB+ST）；BCHP（BuildingCooling，HeatingandPower）楼宇式DCHP（DistrictCooling，HeatingandPower）区域式天然气分布式能源系统的典型流程简单循环燃气轮机---蒸汽型吸收式CCHP简单循环燃气轮机---烟气型吸收式CCHP三、主要系统及设备介绍天然气分布式能源系统主要包括分布式能源实现多系统优化，将电力、热力、制冷以及蓄能技术结合，实现多系统能源容错，将每一系统的冗余限制在最低状态，利用效率发挥到最大状态，以达到提高资源利用率目的。主要系统动力子系统供热子系统制冷子系统高位能利用低位能利用低位能利用天然气分布式能源主要设备天然气分布式能源系统主要设备包括：其中，将一次能源转化成为电能的关键技术设备是燃气轮机或内燃机。燃气轮机内燃机余热锅炉汽轮机溴化锂吸收式制冷机蓄冷蓄热系统燃气轮机组成：由压气机、燃烧室和透平三大部件组成；从机组结构分类：重型、轻型（航改型）、微型；从应用领域分类：发电用、工业用、船用、机车用、车辆用5种；燃气轮机的热力性能指标：燃机热效率；比功；影响燃机性能的因素：负荷变化、大气条件变化、机组本身变化；微燃机：将燃气轮机和发电机设计为一体，单机功率范围为数十至数百千瓦。动力子系统设备燃气轮机微型燃气轮机内燃机定义：燃料燃烧在产生动力的空间（通常是气缸）中进行的机械；从活塞运动方式分类：往复活塞式、旋转活塞式；从燃料分类：汽油机、柴油机、煤气机、气体燃料机、多种燃料发动机等；内燃机有效指标：有效功率和机械效率、平均有效压力和升功率、有效燃油消耗率、有效热效率等；动力子系统设备内燃机内燃机与燃气轮机CCHP系统比较1.性能比较以3MW级燃气内燃机和燃气轮机为对象，其变工况下的热效率比较如下图0.20.30.40.50.60.50.60.70.80.91效率负荷率GT电效率GT热效率GE电效率GE热效率节能性比较仍以3MW级燃气内燃机和燃气轮机为对象，供热和供冷工况下，不同热（冷）电比需求下一次能源消耗量比较如下图：850095001050011500125001350011.21.41.61.82燃耗（kW）热电比燃机燃耗内燃机燃耗85009500105001150012500135001450011.41.82.22.6燃耗（kW）冷电比燃机燃耗内燃机燃耗几种不同类型CCHP的比较项目中小型燃气轮机微型燃气轮机内燃机技术状态商业应用商用早期商业应用燃料气体燃料、油气体燃料、油气体燃料、油规模（MW）0.5~500.025~0.250.05~5热回收形式热水、低压、高压蒸汽热水、低压蒸汽热水、低压蒸汽输出热量（MJ/kW·h）3.6~12.74.2~15.81.1~5.3可用热量温度（℃）260~593204~34393~450发电效率（%）25~45（简单循环）40~60（联合循环）14~3025~45项目中小型燃气轮机微型燃气轮机内燃机初装费用（元/kW）5,500~6,50010,000~15,0003,000~5,000运行维护费用（元/kWh）0.02~0.070.04~0.150.03~0.12大修间隔时间（h）30,000~50,0005,000~40,00024,000~60,000起动时间10m~1h60s10s燃料压力（kPa（g））828~3448276~6906.9~310噪声中等中等中等到严重NOx排放（kg/MWh）0.14~0.910.18~0.910.18~4.5续前表余热锅炉余热锅炉是分布式能源系统中的一个重要设备，它吸收燃机排放的烟气余热，借以产生蒸汽来推动汽轮机或者制冷机做功或者供热（冷），实现低品质能量的利用。余热锅炉分类：从烟气侧热源形式考虑：无补燃型、补燃型（部分补燃和完全补燃）；从产生的蒸汽压力等级考虑：单压级、双压或三压级；从汽水循环方式考虑：强制循环型、自然循环型余热锅炉四、CHP与CCHP应用案例介绍CCHP应用案例一某燃气集团抢修基地内主要由办公室、调度中心、抢维修中心、职工食堂等组成，总建筑面积约为9000m2。不同季节冷热负荷汇总表名称夏季冬季过渡季备注冷负荷（kW）工作日900054000热负荷（kW）工作日072003600运行时间（天）9879211844共260天；运行天数为216天电负荷情况该办公楼的主要用电设备是照明、电脑、电梯以及冷热源动力设备的耗电，办公楼的电力负荷为470kW，考虑到设备的同时使用系数（取0.83），办公楼的办公、电梯、照明和三联供系统用电等总体电负荷为390kW。按照“以热定电”的原则，满足平均热（冷）负荷所需要的烟气量来确定机组容量大小，进行机组的配置，不足电力从网上购买。设备选型燃气轮机采用6台65MW微型燃气轮机；供电量：390kW制冷机采用1台BZEY75XD-300尾气再燃型直燃机；制冷量：872kW制热量：672kW根据冷热电负荷分析，以及“以热定电”的原则：机组在工作日内，都处于满负荷运行；1.当供电不足时，从网上买点；2.当烟气余热所产生的热量不能满足冷热负荷要求时，采用给制冷机补充天然气的方式来满足冷热负荷的要求；机组运行模式CCHP应用案例二某小区位于长江边，有充足的水源，为小区提高生活舒适性，节约能源，向小区提供冷、热、热水、电等多种产品。系统由2台1000kW内燃机、烟气热水型制冷机、烟气冷凝回收器、热泵机组和冷水机组组成；系统由内燃机发电承担基本电负荷，不足电量由网电补充。同时，夏季回收燃气废热及缸套水制冷；冬季回收发电机燃气热量及缸套水热量供暖，冷暖不足部分由冷水机组和热泵机组供给。某小区分布式能源系统流程图广州大学城分布式能源系统考察广州大学城分布式能源系统是广州大学城配套建设项目，为广州大学城18平方公里区域提供冷、热、电三联供，也是全国最大的分布式能源站，包括分布式能源站、集中生活热水系统和区域供冷系统三部分。（整个系统规划为一个能源站、6个制冷站、14个热水站）能源站包括2台FT8Twins燃气轮机，单台燃气轮机发电出力为51.35MW。Twins燃气轮机由2台FT8燃气轮机并联组合带一台发电机，所以实际运行时相当于有4台燃气轮机联合运行，负荷调节灵活，发电效率高。能源站系统流程五、负荷分析及机组选型负荷分析冷热电联产系统设计必须根据用户的能源需求种类和特点，确定系统构成形式、装机容量和运行模式。一般是根据冷热电负荷比例，选择相应的动力、制冷和制热装置，实现系统高效运行。冷热电负荷分析方法：指标法、动态分析法；典型类型建筑的冷热电负荷关系饭店冬、夏季热电负荷比例夏季冬季电力,0.38冷量,0.62电力,0.35热量,0.65医院冬、夏季热电负荷比例夏季冬季电力,0.3冷量,0.7电力,0.35热量,0.65商业设施冬、夏季热电负荷比例夏季冬季电力,0.41冷量,0.59电力,0.51热量,0.49写字楼冬、夏季热电负荷比例夏季冬季电力,0.43冷量,0.57电力,0.53热量,0.47负荷分析及机组选择商业设施、写字楼电热负荷比较大；医院、饭店电热负荷比较小；写字楼、商业设施冬、夏两季电热负荷比变化很大，而医院、饭店全年比例变化很小；因此，办公楼、商场等由于其电负荷相对热负荷较大，生活热水负荷很小，一般应选择燃气轮机构成CCHP；对于医院、饭店等需要大量热水的用户，可采用内燃机构成的CCHP。不同类型的冷热需求也需要选择不同的余热利用形式。有蒸汽需求的，动力装置排烟往往先产生蒸汽；而无蒸汽需求的，排烟可直接驱动制冷机或热泵；对于冷热负荷尖峰很短暂的情况，可以增加蓄冷、蓄热装置加以解决。六、天然气分布式能源系统经济性分析影响分布式能源系统经济性的因素负荷及时间分布因素年运行时间是影响项目经济性的一个重要因素。规模及集成优化因素必须把系统的配置与设备选型建立在集成优化设计和柔性设计的基础上。气、电、冷热价格因素电价---天然气价格的影响天然气价格决定分布式能源系统的主要成本，在总成本中占比最大；电价决定分布式能源系统中收益的一个重要因素；冷和热的收益对项目经济性的贡献不可忽视。以广州某城区分布式能源系统规划方案为例，对天然气价格的敏感性分析如下图七、政策扶持因素的分析解决天然气分布式能源系统的关键技术问题用户终端负荷的准确预测；系统容量和系统配置的合理选择；运行过程中的优化；天然气价格问题；电力政策问题；政府协调与政策扶持统筹规划，保证规模和集成优化电力并网上网问题税收优惠天然气价格和供应保证