第四章 分布式能源系統(tǒng)

1、分布式能源系統(tǒng)主要內(nèi)容一、分布式能源系統(tǒng)定義及分類二、天然氣分布式能源典型流程 -CHP與CCHP（BCHP或DCHP）三、主要系統(tǒng)及設(shè)備介紹 -典型CCHP比較四、CCHP應(yīng)用案例介紹五、負(fù)荷分析及機(jī)組選型六、天然氣分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析七、政策扶持因素的分析一、分布式能源的定義和分類傳統(tǒng)建筑能源傳統(tǒng)建筑能源主要供能方式：主要供能方式：燃煤供暖：嚴(yán)重惡化環(huán)境燃煤供暖：嚴(yán)重惡化環(huán)境天然氣或電直接供熱（冷）：能源利用率低天然氣或電直接供熱（冷）：能源利用率低集中熱電并供：距離限制集中熱電并供：距離限制結(jié)果：結(jié)果：電力與天然氣峰谷差加大電力與天然氣峰谷差加大發(fā)電設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間下降發(fā)電設(shè)備年運(yùn)行

2、時(shí)間下降巨額固定資產(chǎn)浪費(fèi)巨額固定資產(chǎn)浪費(fèi)結(jié)論結(jié)論: : 未能達(dá)到能源梯級(jí)利用，造成能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)未能達(dá)到能源梯級(jí)利用，造成能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上的被動(dòng)上的被動(dòng)解決途徑：分布式能源系統(tǒng)解決途徑：分布式能源系統(tǒng)問題：?jiǎn)栴}：建筑能源系統(tǒng)直接將高品位能用于低品位能的需求建筑能源系統(tǒng)直接將高品位能用于低品位能的需求又試圖將太陽能等低密度能源艱難地轉(zhuǎn)換為高品位能又試圖將太陽能等低密度能源艱難地轉(zhuǎn)換為高品位能思路：思路： 系統(tǒng)集成、傳統(tǒng)與可再生能源互補(bǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)集成、傳統(tǒng)與可再生能源互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì): : 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn) 冷熱電一體化冷熱電一體化 生態(tài)建筑生態(tài)建筑分布式能源的概念 在2004年8月就分

3、布式能源問題向國(guó)務(wù)院匯報(bào)時(shí)，對(duì)分布式能源系統(tǒng)給出了如下定義：分布式能源系統(tǒng)是指將能源系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量、模塊化、分散化的方式布置在用戶端，可獨(dú)立地傳輸冷、熱、電能的系統(tǒng)。分布式能源的先進(jìn)技術(shù)包括太陽能利用、風(fēng)能利用、燃料電池和燃?xì)饫錈犭娙?lián)供等多種形式。分布式能源的概念 于2002年成立，提出如下定義：分布式能源系統(tǒng)（Distributed Energy System）是一種新型的能源系統(tǒng)，一般建于用戶附近，減少了輸配系統(tǒng)投資和能量損失，是更高效、更可靠和更加環(huán)保的能源系統(tǒng)。它包括高效熱電聯(lián)產(chǎn)、就地式可再生能源系統(tǒng)以及能量循環(huán)系統(tǒng)（包括利用廢氣、余熱和壓差來就地發(fā)電），這些發(fā)電系統(tǒng)能在或靠近

4、消費(fèi)的地點(diǎn)提供電力，而不論其項(xiàng)目大小、燃料種類或技術(shù)，也不論該系統(tǒng)是否與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)與否。分布式能源系統(tǒng)特點(diǎn)分布式能源系統(tǒng)特點(diǎn)節(jié)省輸變電投資供電可靠性提高滿足特殊場(chǎng)合的需求具有良好的環(huán)保性能為能源的綜合梯級(jí)利用提供了可能為可再生能源的利用開辟了新的途徑很好地實(shí)現(xiàn)了“能量梯級(jí)綜合利用”，有效提高了能源的綜合利用效率。分布式能源系統(tǒng)的分類1.按能源利用形式分類 化石燃料類、可再生能源類以及這兩種的有機(jī)結(jié)合2.按動(dòng)力子系統(tǒng)分類 燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)、燃料電池、太陽能等3. 按系統(tǒng)規(guī)模分類 樓宇型（BCHP）、區(qū)域型（DCHP）、產(chǎn)業(yè)型 二、天然氣分布式能源典型流程關(guān)于CHP與CCHP 最早：采用背

5、壓或抽汽式ST； 隨著燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)（GT+WHB+ST）； BCHP（Building Cooling，Heating and Power）樓宇式 DCHP（District Cooling，Heating and Power ）區(qū)域式天然氣分布式能源系統(tǒng)的典型流程簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)-蒸汽型吸收式CCHP簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)-煙氣型吸收式CCHP三、主要系統(tǒng)及設(shè)備介紹天然氣分布式能源系統(tǒng)主要包括 分布式能源實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)優(yōu)化，將電力、熱力、制冷以及蓄能技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)能源容錯(cuò)，將每一系統(tǒng)的冗余限制在最低狀態(tài)，利用效率發(fā)揮到最大狀態(tài)，以達(dá)到提高資源利用率目的。 主要系統(tǒng)動(dòng)

6、力子系統(tǒng)供熱子系統(tǒng)制冷子系統(tǒng)高位能利用低位能利用低位能利用天然氣分布式能源主要設(shè)備天然氣分布式能源系統(tǒng)主要設(shè)備包括：其中，將一次能源轉(zhuǎn)化成為電能的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備是燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃機(jī)余熱鍋爐汽輪機(jī)溴化鋰吸收式制冷機(jī)蓄冷蓄熱系統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī) 組成：由壓氣機(jī)、燃燒室和透平三大部件組成； 從機(jī)組結(jié)構(gòu)分類：重型、輕型（航改型）、微型； 從應(yīng)用領(lǐng)域分類：發(fā)電用、工業(yè)用、船用、機(jī)車用、車輛用5種； 燃?xì)廨啓C(jī)的熱力性能指標(biāo)：燃機(jī)熱效率；比功； 影響燃機(jī)性能的因素：負(fù)荷變化、大氣條件變化、機(jī)組本身變化；微燃機(jī)： 將燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為一體，單機(jī)功率范圍為數(shù)十至數(shù)百千瓦。動(dòng)力子系統(tǒng)設(shè)備燃?xì)廨啓C(jī)微型燃?xì)廨?/p>

7、機(jī)內(nèi)燃機(jī) 定義：燃料燃燒在產(chǎn)生動(dòng)力的空間（通常是氣缸）中進(jìn)行的機(jī)械； 從活塞運(yùn)動(dòng)方式分類：往復(fù)活塞式、旋轉(zhuǎn)活塞式； 從燃料分類：汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī)、氣體燃料機(jī)、多種燃料發(fā)動(dòng)機(jī)等； 內(nèi)燃機(jī)有效指標(biāo)：有效功率和機(jī)械效率、平均有效壓力和升功率、有效燃油消耗率、有效熱效率等； 動(dòng)力子系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)CCHP系統(tǒng)比較1.性能比較 以3MW級(jí)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)為對(duì)象，其變工況下的熱效率比較如下圖節(jié)能性比較 仍以3MW級(jí)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)為對(duì)象，供熱和供冷工況下，不同熱（冷）電比需求下一次能源消耗量比較如下圖：幾種不同類型CCHP的比較項(xiàng)目項(xiàng)目中小型燃?xì)廨啓C(jī)中小型燃?xì)廨啓C(jī)微型燃?xì)廨啓C(jī)微

8、型燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)狀態(tài)商業(yè)應(yīng)用商用早期商業(yè)應(yīng)用燃料氣體燃料、油氣體燃料、油氣體燃料、油規(guī)模（MW）0.5500.0250.250.055熱回收形式熱水、低壓、高壓蒸汽熱水、低壓蒸汽熱水、低壓蒸汽輸出熱量（MJ/kWh）3.612.74.215.81.15.3可用熱量溫度（）26059320434393450發(fā)電效率（%）2545（簡(jiǎn)單循環(huán)）4060（聯(lián)合循環(huán)）14302545項(xiàng)目項(xiàng)目中小型燃?xì)廨啓C(jī)中小型燃?xì)廨啓C(jī)微型燃?xì)廨啓C(jī)微型燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)初裝費(fèi)用（元/kW）5,5006,50010,00015,0003,0005,000運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（元/kWh）0.020.070.040.15

9、0.030.12大修間隔時(shí)間（h）30,00050,0005,00040,00024,00060,000起動(dòng)時(shí)間10m1h60s10s燃料壓力（kPa（g）82834482766906.9310噪聲中等中等中等到嚴(yán)重NOx排放（kg/MWh）0.140.910.180.910.184.5續(xù)前表余熱鍋爐余熱鍋爐是分布式能源系統(tǒng)中的一個(gè)重要設(shè)備，它吸收燃機(jī)排放的煙氣余熱，借以產(chǎn)生蒸汽來推動(dòng)汽輪機(jī)或者制冷機(jī)做功或者供熱（冷），實(shí)現(xiàn)低品質(zhì)能量的利用。余熱鍋爐分類： 從煙氣側(cè)熱源形式考慮：無補(bǔ)燃型、補(bǔ)燃型（部分補(bǔ)燃和完全補(bǔ)燃）； 從產(chǎn)生的蒸汽壓力等級(jí)考慮：?jiǎn)螇杭?jí)、雙壓或三壓級(jí)； 從汽水循環(huán)方式考慮：強(qiáng)制

10、循環(huán)型、自然循環(huán)型余 熱 鍋 爐四、CHP與CCHP應(yīng)用案例介紹CCHP應(yīng)用案例一某燃?xì)饧瘓F(tuán)搶修基地內(nèi)主要由辦公室、調(diào)度中心、搶維修中心、職工食堂等組成，總建筑面積約為9000m2。不同季節(jié)冷熱負(fù)荷匯總表名稱夏季 冬季過渡季備注冷負(fù)荷（kW）工作日900054000熱負(fù)荷（kW）工作日072003600運(yùn)行時(shí)間（天）9879211844共260天；運(yùn)行天數(shù)為216天電負(fù)荷情況該辦公樓的主要用電設(shè)備是照明、電腦、電梯以及冷熱源動(dòng)力設(shè)備的耗電，辦公樓的電力負(fù)荷為470kW，考慮到設(shè)備的同時(shí)使用系數(shù)（取0.83），辦公樓的辦公、電梯、照明和三聯(lián)供系統(tǒng)用電等總體電負(fù)荷為390kW。按照“以熱定電”的原

11、則，滿足平均熱（冷）負(fù)荷所需要的煙氣量來確定機(jī)組容量大小，進(jìn)行機(jī)組的配置，不足電力從網(wǎng)上購買。設(shè)備選型燃?xì)廨啓C(jī) 采用6臺(tái)65MW微型燃?xì)廨啓C(jī)； 供電量：390kW制冷機(jī) 采用1臺(tái)BZEY75XD-300尾氣再燃型直燃機(jī)； 制冷量：872kW 制熱量：672kW根據(jù)冷熱電負(fù)荷分析，以及“以熱定電”的原則：機(jī)組在工作日內(nèi)，都處于滿負(fù)荷運(yùn)行； 1.當(dāng)供電不足時(shí)，從網(wǎng)上買點(diǎn)； 2.當(dāng)煙氣余熱所產(chǎn)生的熱量不能滿足冷熱負(fù)荷要求時(shí)，采用給制冷機(jī)補(bǔ)充天然氣的方式來滿足冷熱負(fù)荷的要求；機(jī)組運(yùn)行模式CCHP應(yīng)用案例二某小區(qū)位于長(zhǎng)江邊，有充足的水源，為小區(qū)提高生活舒適性，節(jié)約能源，向小區(qū)提供冷、熱、熱水、電等多種產(chǎn)

12、品。系統(tǒng)由2臺(tái)1000kW內(nèi)燃機(jī)、煙氣熱水型制冷機(jī)、煙氣冷凝回收器、熱泵機(jī)組和冷水機(jī)組組成；系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)發(fā)電承擔(dān)基本電負(fù)荷，不足電量由網(wǎng)電補(bǔ)充。同時(shí)，夏季回收燃?xì)鈴U熱及缸套水制冷；冬季回收發(fā)電機(jī)燃?xì)鉄崃考案滋姿疅崃抗┡?，冷暖不足部分由冷水機(jī)組和熱泵機(jī)組供給。某小區(qū)分布式能源系統(tǒng)流程圖廣州大學(xué)城分布式能源系統(tǒng)考察廣州大學(xué)城分布式能源系統(tǒng)是廣州大學(xué)城配套建設(shè)項(xiàng)廣州大學(xué)城分布式能源系統(tǒng)是廣州大學(xué)城配套建設(shè)項(xiàng)目，為廣州大學(xué)城目，為廣州大學(xué)城1818平方公里區(qū)域提供冷、熱、電三平方公里區(qū)域提供冷、熱、電三聯(lián)供，也是全國(guó)最大的分布式能源站，包括分布式能聯(lián)供，也是全國(guó)最大的分布式能源站，包括分布式能源站、集

13、中生活熱水系統(tǒng)和區(qū)域供冷系統(tǒng)三部分。源站、集中生活熱水系統(tǒng)和區(qū)域供冷系統(tǒng)三部分。（整個(gè)系統(tǒng)規(guī)劃為一個(gè)能源站、（整個(gè)系統(tǒng)規(guī)劃為一個(gè)能源站、6 6個(gè)制冷站、個(gè)制冷站、1414個(gè)熱水個(gè)熱水站）站）能源站包括能源站包括2 2臺(tái)臺(tái)FT8 TwinsFT8 Twins燃?xì)廨啓C(jī)，單臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)，單臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電出力為電出力為51.35MW51.35MW。 TwinsTwins燃?xì)廨啓C(jī)由燃?xì)廨啓C(jī)由2 2臺(tái)臺(tái)FT8FT8燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)并聯(lián)組合帶一臺(tái)發(fā)電機(jī)，所以實(shí)際運(yùn)行時(shí)相當(dāng)于有并聯(lián)組合帶一臺(tái)發(fā)電機(jī)，所以實(shí)際運(yùn)行時(shí)相當(dāng)于有4 4臺(tái)臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合運(yùn)行，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活，發(fā)電效率高。燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合運(yùn)行，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈

14、活，發(fā)電效率高。能源站系統(tǒng)流程五、負(fù)荷分析及機(jī)組選型負(fù)荷分析冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須根據(jù)用戶的能源需求種類和特點(diǎn)，確定系統(tǒng)構(gòu)成形式、裝機(jī)容量和運(yùn)行模式。一般是根據(jù)冷熱電負(fù)荷比例，選擇相應(yīng)的動(dòng)力、制冷和制熱裝置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)行。冷熱電負(fù)荷分析方法：指標(biāo)法、動(dòng)態(tài)分析法；典型類型建筑的冷熱電負(fù)荷關(guān)系飯店冬、夏季熱電負(fù)荷比例夏季冬季醫(yī)院冬、夏季熱電負(fù)荷比例夏季冬季商業(yè)設(shè)施冬、夏季熱電負(fù)荷比例夏季冬季寫字樓冬、夏季熱電負(fù)荷比例夏季冬季負(fù)荷分析及機(jī)組選擇商業(yè)設(shè)施、寫字樓電熱負(fù)荷比較大；醫(yī)院、飯店電熱負(fù)荷比較小；寫字樓、商業(yè)設(shè)施冬、夏兩季電熱負(fù)荷比變化很大，而醫(yī)院、飯店全年比例變化很??；因此，辦公樓、商場(chǎng)等由于其電負(fù)荷相對(duì)熱負(fù)荷較大，生活熱水負(fù)荷很小，一般應(yīng)選擇燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成CCHP；對(duì)于醫(yī)院、飯店等需要大量熱水的用戶，可采用內(nèi)燃機(jī)構(gòu)成的CCHP。不同類型的冷熱需求也需要選擇不同的余熱利用形式。有蒸汽需求的，動(dòng)力裝置排煙往往先產(chǎn)生蒸汽；而無蒸汽需求的，排煙可直接驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)或熱泵；對(duì)于冷熱負(fù)荷尖峰很短暫的情況，可以增加蓄冷、蓄熱裝置加以解決。六、天然氣分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析影響分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的因素負(fù)荷及時(shí)間分布因素 年運(yùn)行時(shí)間是影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要因素。規(guī)模及集成優(yōu)化因素 必須把系統(tǒng)的配置與設(shè)備選型建立在集成優(yōu)化設(shè)計(jì)和柔性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上。氣、電、冷熱價(jià)格因素電價(jià)-天然氣價(jià)格