第四章 分布式能源系統(tǒng)

分布式能源系統(tǒng)主要內容一、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)及設備介紹------典型CCHP比較四、CCHP應用案例介紹五、負荷分析及機組選型六、天然氣分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析七、政策扶持因素的分析一、分布式能源的定義和分類傳統(tǒng)建筑能源主要供能方式： 燃煤供暖：嚴重惡化環(huán)境 天然氣或電直接供熱（冷）：能源利用率低 集中熱電并供：距離限制結果： 電力與天然氣峰谷差加大 發(fā)電設備年運行時間下降 巨額固定資產(chǎn)浪費結論:

未能達到能源梯級利用，造成能源、環(huán)境和經(jīng)濟上的被動解決途徑：分布式能源系統(tǒng)問題： 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換為高品位能思路：

系統(tǒng)集成、傳統(tǒng)與可再生能源互補系統(tǒng)發(fā)展趨勢:

熱電聯(lián)產(chǎn)冷熱電一體化生態(tài)建筑分布式能源的概念國家發(fā)改委

在2004年8月就分布式能源問題向國務院匯報時，對分布式能源系統(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，可獨立地傳輸冷、熱、電能的系統(tǒng)。分布式能源的先進技術包括太陽能利用、風能利用、燃料電池和燃氣冷熱電三聯(lián)供等多種形式。分布式能源的概念國際分布式能源聯(lián)盟（WADE）

于2002年成立，提出如下定義：分布式能源系統(tǒng)（DistributedEnergySystem）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)能在或靠近消費的地點提供電力，而不論其項目大小、燃料種類或技術，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)特點節(jié)省輸變電投資供電可靠性提高滿足特殊場合的需求具有良好的環(huán)保性能為能源的綜合梯級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現(xiàn)了“能量梯級綜合利用”，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結合2.按動力子系統(tǒng)分類

燃氣輪機、內燃機、蒸汽輪機、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于CHP與CCHPCHP（CombinedHeatandPower）熱電聯(lián)產(chǎn)

最早：采用背壓或抽汽式ST；

隨著燃氣輪機的發(fā)展，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)（GT+WHB+ST）；CCHP（CombinedCooling，HeatingandPower）冷熱電聯(lián)產(chǎn)BCHP（BuildingCooling，HeatingandPower）樓宇式DCHP（DistrictCooling，HeatingandPower）區(qū)域式天然氣分布式能源系統(tǒng)的典型流程天然氣CHP典型流程天然氣CCHP典型流程1.燃氣輪機---吸收式制冷的CCHP簡單循環(huán)燃氣輪機---蒸汽型吸收式CCHP天然氣CCHP典型流程簡單循環(huán)燃氣輪機---煙氣型吸收式CCHP天然氣CCHP典型流程2.內燃機---吸收式制冷的CCHP三、主要系統(tǒng)及設備介紹天然氣分布式能源系統(tǒng)主要包括

分布式能源實現(xiàn)多系統(tǒng)優(yōu)化，將電力、熱力、制冷以及蓄能技術結合，實現(xiàn)多系統(tǒng)能源容錯，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)，以達到提高資源利用率目的。

主要系統(tǒng)動力子系統(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備天然氣分布式能源系統(tǒng)主要設備包括：其中，將一次能源轉化成為電能的關鍵技術設備是燃氣輪機或內燃機。燃氣輪機內燃機余熱鍋爐汽輪機溴化鋰吸收式制冷機蓄冷蓄熱系統(tǒng)燃氣輪機

組成：由壓氣機、燃燒室和透平三大部件組成；

從機組結構分類：重型、輕型（航改型）、微型；

從應用領域分類：發(fā)電用、工業(yè)用、船用、機車用、車輛用5種；

燃氣輪機的熱力性能指標：燃機熱效率；比功；

影響燃機性能的因素：負荷變化、大氣條件變化、機組本身變化；微燃機：將燃氣輪機和發(fā)電機設計為一體，單機功率范圍為數(shù)十至數(shù)百千瓦。動力子系統(tǒng)設備燃氣輪機微型燃氣輪機內燃機

定義：燃料燃燒在產(chǎn)生動力的空間（通常是氣缸）中進行的機械；

從活塞運動方式分類：往復活塞式、旋轉活塞式；

從燃料分類：汽油機、柴油機、煤氣機、氣體燃料機、多種燃料發(fā)動機等；

內燃機有效指標：有效功率和機械效率、平均有效壓力和升功率、有效燃油消耗率、有效熱效率等；

動力子系統(tǒng)設備內燃機內燃機與燃氣輪機CCHP系統(tǒng)比較1.性能比較

以3MW級燃氣內燃機和燃氣輪機為對象，其變工況下的熱效率比較如下圖節(jié)能性比較

仍以3MW級燃氣內燃機和燃氣輪機為對象，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的比較項目中小型燃氣輪機微型燃氣輪機內燃機技術狀態(tài)商業(yè)應用商用早期商業(yè)應用燃料氣體燃料、油氣體燃料、油氣體燃料、油規(guī)模（MW）0.5~500.025~0.250.05~5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/kW·h）3.6~12.74.2~15.81.1~5.3可用熱量溫度（℃）260~593204~34393~450發(fā)電效率（%）25~45（簡單循環(huán)）40~60（聯(lián)合循環(huán)）14~3025~45項目中小型燃氣輪機微型燃氣輪機內燃機初裝費用（元/kW）5,500~6,50010,000~15,0003,000~5,000運行維護費用（元/kWh）0.02~0.070.04~0.150.03~0.12大修間隔時間（h）30,000~50,0005,000~40,00024,000~60,000起動時間10m~1h60s10s燃料壓力（kPa（g））828~3448276~6906.9~310噪聲中等中等中等到嚴重NOx排放（kg/MWh）0.14~0.910.18~0.910.18~4.5續(xù)前表余熱鍋爐余熱鍋爐是分布式能源系統(tǒng)中的一個重要設備，它吸收燃機排放的煙氣余熱，借以產(chǎn)生蒸汽來推動汽輪機或者制冷機做功或者供熱（冷），實現(xiàn)低品質能量的利用。余熱鍋爐分類：

從煙氣側熱源形式考慮：無補燃型、補燃型（部分補燃和完全補燃）；

從產(chǎn)生的蒸汽壓力等級考慮：單壓級、雙壓或三壓級；

從汽水循環(huán)方式考慮：強制循環(huán)型、自然循環(huán)型余熱鍋爐四、CHP與CCHP應用案例介紹CCHP應用案例一某燃氣集團搶修基地內主要由辦公室、調度中心、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)冷熱負荷匯總表名稱夏季冬季過渡季備注冷負荷（kW）工作日900054000熱負荷（kW）工作日072003600運行時間（天）9879211844共260天；運行天數(shù)為216天電負荷情況該辦公樓的主要用電設備是照明、電腦、電梯以及冷熱源動力設備的耗電，辦公樓的電力負荷為470kW，考慮到設備的同時使用系數(shù)（取0.83），辦公樓的辦公、電梯、照明和三聯(lián)供系統(tǒng)用電等總體電負荷為390kW。按照“以熱定電”的原則，滿足平均熱（冷）負荷所需要的煙氣量來確定機組容量大小，進行機組的配置，不足電力從網(wǎng)上購買。設備選型燃氣輪機

采用6臺65MW微型燃氣輪機；供電量：390kW制冷機

采用1臺BZEY75XD-300尾氣再燃型直燃機；

制冷量：872kW

制熱量：672kW根據(jù)冷熱電負荷分析，以及“以熱定電”的原則：機組在工作日內，都處于滿負荷運行；1.當供電不足時，從網(wǎng)上買點；2.當煙氣余熱所產(chǎn)生的熱量不能滿足冷熱負荷要求時，采用給制冷機補充天然氣的方式來滿足冷熱負荷的要求；機組運行模式CCHP應用案例二某小區(qū)位于長江邊，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)品。系統(tǒng)由2臺1000kW內燃機、煙氣熱水型制冷機、煙氣冷凝回收器、熱泵機組和冷水機組組成；系統(tǒng)由內燃機發(fā)電承擔基本電負荷，不足電量由網(wǎng)電補充。同時，夏季回收燃氣廢熱及缸套水制冷；冬季回收發(fā)電機燃氣熱量及缸套水熱量供暖，冷暖不足部分由冷水機組和熱泵機組供給。某小區(qū)分布式能源系統(tǒng)流程圖廣州大學城分布式能源系統(tǒng)考察廣州大學城分布式能源系統(tǒng)是廣州大學城配套建設項目，為廣州大學城18平方公里區(qū)域提供冷、熱、電三聯(lián)供，也是全國最大的分布式能源站，包括分布式能源站、集中生活熱水系統(tǒng)和區(qū)域供冷系統(tǒng)三部分。（整個系統(tǒng)規(guī)劃為一個能源站、6個制冷站、14個熱水站）能源站包括2臺FT8Twins燃氣輪機，單臺燃氣輪機發(fā)電出力為51.35MW。Twins燃氣輪機由2臺FT8燃氣輪機并聯(lián)組合帶一臺發(fā)電機，所以實際運行時相當于有4臺燃氣輪機聯(lián)合運行，負荷調節(jié)靈活，發(fā)電效率高。能源站系統(tǒng)流程五、負荷分析及機組選型負荷分析冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設計必須根據(jù)用戶的能源需求種類和特點，確定系統(tǒng)構成形式、裝機容量和運行模式。一般是根據(jù)冷熱電負荷比例，選擇相應的動力、制冷和制熱裝置，實現(xiàn)系統(tǒng)高效運行。冷熱電負荷分析方法：指標法、動態(tài)分析法；典型類型建筑的冷熱電負荷關系飯店冬、夏季熱電負荷比例夏季冬季醫(yī)院冬、夏季熱電負荷比例夏季冬季商業(yè)設施冬、夏季熱電負荷比例夏季冬季寫字樓冬、夏季熱電負荷比例夏季冬季負荷分析及機組選擇商業(yè)設施、寫字樓電熱負荷比較大；醫(yī)院、飯店電熱負荷比較??；寫字樓、商業(yè)設施冬、夏兩季電熱負荷比變化很大，而醫(yī)院、飯店全年比例變化很小；因此，辦公樓、商場等由于其電負荷相對熱負荷較大，生活熱水負荷很小，一般應選擇燃氣輪機構成CCHP；對于醫(yī)院、飯店等需要大量熱水的用戶，可采用內燃機構成的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，排煙可直接驅動制冷機或熱泵；對于冷熱負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)濟性分析影響分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟性的因素負荷及時間分布因素

年運行時間是影響項目經(jīng)濟性的一個重要因素。規(guī)模及集成優(yōu)化因素

必須把系統(tǒng)的配置與設備選型建立在集成優(yōu)化設計和柔性設計的基礎上。氣、電、冷熱價格因素電價---