華南理工大學天然氣開采與綜合利用技術(shù)五分布式能源課件

天然氣開采與綜合利用NaturalGasExploitation&UtilizationTechnologies第五章、天然氣的能源利用第二節(jié)、分布式能源－天然氣高效利用的最佳途徑DistributedEnergySystem－－TheBestExplorerofNaturalGasDownStreamMarketinChina一從“熱電聯(lián)產(chǎn)”到“分布式能源”FromCHPtoDES（一）能源終端供應(yīng)系統(tǒng)的歷史回顧

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem熱電聯(lián)產(chǎn)（CogenerationorCHP）最早：鍋爐—汽輪機發(fā)電與鍋爐直接供熱的聯(lián)合，用背壓蒸汽或低壓抽汽用于供熱以替代低壓鍋爐供汽。現(xiàn)在：燃氣輪機或者內(nèi)燃機發(fā)電--排煙及缸套、潤滑油冷卻水以各種方式供熱。冷熱電聯(lián)產(chǎn)（TrigenerationorCCHP）背壓蒸汽或燃機排煙，用吸收制冷生產(chǎn)7～13℃的冷水，使供熱機組在夏季也有熱負荷，提高能源利用效率（一）能源終端供應(yīng)系統(tǒng)的歷史回顧

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem區(qū)域集中供冷系統(tǒng)（DistrictCoolingSystem,DCS）利用集中設(shè)置的大型冷凍機組向一定的范圍內(nèi)（約1.5公里）提供低溫循環(huán)冷水的供冷系統(tǒng)。大機組效率高、占地和人員少；節(jié)省一次投資、運行費用，提高能源利用效率。目前最大的區(qū)域集中供冷系統(tǒng)規(guī)模已達10萬RT（冷噸）

（一）能源終端供應(yīng)系統(tǒng)的歷史回顧

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem分散式電源系統(tǒng)DecentralizedElectricitySystem,DES

“分散式”是對應(yīng)于集中式的大電站和大電網(wǎng)而言的；主要目標是緩解電網(wǎng)壓力，保障供電安全，節(jié)省輸電設(shè)施投資、損耗和運行費用的效益；是新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展方向

1999年臺中大地震，2000年美、加東部大停電等事件之后對于過于集中的大供電系統(tǒng)的反思（二）從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem聯(lián)產(chǎn)----CogeneratoinorTrigeneration

側(cè)重于提高一次能源轉(zhuǎn)換效率---通過“聯(lián)合生產(chǎn)”不同品位的二次能源：功和熱或冷來實現(xiàn)（Production)

聯(lián)供----CombinedEnergySupply

著眼于提高終端能源供應(yīng)的效率---一次能源經(jīng)過各種轉(zhuǎn)換方式組合，最經(jīng)濟、高效地提供用戶所需要的空調(diào)、采暖、生活熱水、蒸汽等各種終端能源服務(wù)(Supply)Thetwoconceptsaregreatlydifferent!2023/7/219分布式能源站簡介:

聯(lián)供模式

DistributedEnergysystem:CogenerationModeElectricity電能Steam

蒸汽+生活熱水DirectHeat直接加熱或制冷Boilers

鍋爐GasTurbineGeneratorFuel

燃料燃氣輪機發(fā)電機2023/7/2110

燃氣輪機余熱利用的各種組合方案ConfigurationSofgasturbineDES（二）從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”，從電全部上網(wǎng)到“就地直供”，是第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)的重大發(fā)展！Thesignificantdevelopment:From“Cogeneration”to“CombinedEnergySupply”,From“Allthroughgridcompany”to“directlysupply”從為提高發(fā)電效率而“盡量利用余熱”到“就地組合優(yōu)化協(xié)同供應(yīng)”（二）從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem“聯(lián)供”-DES/CCHP與“聯(lián)產(chǎn)”--CHP區(qū)別的關(guān)鍵：KeyofthedifferentbetweenDESandCHP:directlysupplyVSthroughgridcompany

電力內(nèi)部直供VS上網(wǎng)售給電網(wǎng)公司優(yōu)越性Advantages：更高的能源利用效率---更多用戶類型、更大區(qū)域節(jié)省電網(wǎng)投資、運行費和損失提高汽、熱、冷的生產(chǎn)--供應(yīng)系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟性

（三）第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)

TheSecondGenerationEnergySupplysystem

核心---分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DES/CCHP）：通過各種一次能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的集成運用，同時滿足用戶對電、冷、熱、汽多種終端能量供應(yīng)需求。實現(xiàn)對能源的最經(jīng)濟的、環(huán)境友好的梯級利用和高效利用。2023/7/2114天然氣的最高能源利用－熱電冷三聯(lián)產(chǎn)電熱冷功/電50℃（三）第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)

TheSecondGenerationEnergySupplysystem分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DistributedEnergySystem/CombinedColdHeatPower）1、一次能源經(jīng)過各種轉(zhuǎn)換方式組合（包括燃機--燃氣空調(diào)，電壓縮制冷，各種水/地源熱泵制冷/采暖等等），最經(jīng)濟、最高效率地，直接向用戶提供所需要的空調(diào)冷水、采暖熱水、生活熱水、蒸汽等終端能源服務(wù)的系統(tǒng)。（三）第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)

TheSecondGenerationEnergySupplysystem分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DistributedEnergySystem/CombinedColdHeatPower）2、超越了“特定規(guī)模、形式的CCHP組合—適應(yīng)于特定的用戶”的局限；以經(jīng)濟、高效直接提供各種冷、熱、汽、電等終端能源服務(wù)為目標，構(gòu)成最優(yōu)組合3、關(guān)鍵的不同是：從聯(lián)產(chǎn)到聯(lián)供，電力直供TheKeyconcept:

“Cogeneration”/“CombinedDirectSupply”，2023/7/2117分布式能源是天然氣最佳利用途徑

DESisthebestwaytouseNaturlagas冷熱電聯(lián)供，能源利用效率可達70—80%HighestEnergyEfficiency節(jié)約社會資源，緩解能源對經(jīng)濟發(fā)展的壓力SaveResources,promoteeconomydeveloping終端用戶經(jīng)濟負擔大大減輕Beneficialtousers輸變電損耗極小，可顯著降低對大電網(wǎng)的依賴性，有與電網(wǎng)配合調(diào)峰的功能（二）從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DES/CCHP）經(jīng)濟的直供范圍：電：10kV,1—2公里空調(diào)冷水：1—1.6公里1MPa蒸汽：1--2公里60℃左右采暖和生活熱水：4—5公里相應(yīng)的最大經(jīng)濟供應(yīng)范圍：6—12平方公里大型分布式冷熱電聯(lián)供能源VS聯(lián)合循環(huán)電站

AdvantageoflargescopeDES/CCHP項目聯(lián)合循環(huán)電站：大型城區(qū)或工業(yè)DES/CCHP：規(guī)模500-1000MW，100-300MW，運行時間4000h/a,5000-6000h/a，效率55-60%；70-80%；單位投資4000元/kW;4000-4500元/kW;（另有電網(wǎng)投資5000元/kW）2023/7/2120天然氣是DES的最好能源

NGisthebestenergyforDESDES/CCHP的可用能源:煤、燃油、天然氣、煤層氣、其它可燃氣體天然氣的優(yōu)點：1、可以采用燃氣輪機或內(nèi)燃機，聯(lián)產(chǎn)效率高2、潔凈、無污染3、方便、量大4、價格相對便宜

二分布式能源站技術(shù)在國內(nèi)外進展美國分布式能源站進展(InU.S.)1978年開始小型熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）目前正走向小型冷熱電聯(lián)供（CCHP）現(xiàn)有6000多個，包括200個大學校園華盛頓水門飯店安裝了土星熱電冷系統(tǒng)

分布式能源站技術(shù)在國內(nèi)外進展

ProgressofDESabroadWaterGateHotelinWashington2023/7/2123美國商用建筑能耗情況CommercialBuildinginU.S.

商用建筑采用CCHP后節(jié)

能46%。

現(xiàn)在美國有4%建筑利用

CCHP，若達到8%則可減

排30%二氧化碳。分布式能源站技術(shù)在國內(nèi)外進展

ProgressofDESabroad2023/7/2124Opryland酒店的CCHP設(shè)施TypicalSteamAbsorptionChillersforLargeHotelinUSA2023/7/2125微型燃機吸收式冷水機組固體吸附新風去濕機組天然氣215kW發(fā)電59kW320℃煙氣150kW空調(diào)冷凍水63kW115℃煙氣40kW送風去濕后的新鮮空氣排空27kW美國馬里蘭大學某實驗樓多聯(lián)供系統(tǒng)ADESinMarylandUniversity基本表現(xiàn)形式－－實物圖能量利用率高達84.5%分布式能源站技術(shù)在國內(nèi)外進展

ProgressofDESabroad2023/7/2126

表4美國建筑冷熱電聯(lián)產(chǎn)的不同系統(tǒng)形式比較系統(tǒng)形式裝機容量，MW容量比例（％）系統(tǒng)數(shù)量（座）數(shù)量比例（％）平均裝機容量（MW）聯(lián)合循環(huán)211042.8272.878.1鍋爐/蒸汽134127.2606.122.4燃氣輪機93318.910410.69.0內(nèi)燃機50610.377078.60.7其他360.7191.91.9總計49261009801005.0

美國建筑物冷熱電聯(lián)供的形式（1999年）DESprofileinU.S.at19992023/7/2127美國冷熱電聯(lián)產(chǎn)進展

2010年：20%新建商用、寫字樓類建筑物使用CCHP

5%現(xiàn)有商用、寫字樓類建筑物使用CCHP

25%的美國能源部CHP項目用戶使用CCHP2020年：50%新建商用、寫字樓類建筑采用CCHP

15%現(xiàn)有商用、寫字樓類建筑采用CCHP

康州哈特福德市百貨公司樓頂?shù)腟olar熱電冷系統(tǒng)

2023/7/2128ADESinOkasaAirport2023/7/2129ADESinOkasaAirport(Flowsheet)分布式能源與集中供冷結(jié)合效益更好2023/7/2130ADESinYokohamaMM21分布式能源與集中供冷結(jié)合效益更好2023/7/2131

日本建筑物冷熱電聯(lián)供的形式（至2003年初）DESprofileinJapanat2003

安裝項目數(shù)總裝機容量（MW）平均裝機容量（kW）燃氣輪機299327.91097燃氣內(nèi)燃機2351485.7207內(nèi)燃機1912615.6322目前已5500座（1999年僅142座）2023/7/2132ADESinKualaLumpur分布式能源與集中供冷結(jié)合效益更好2023/7/2133

英國分布式能源站已達1000多個節(jié)約能源20%以上，全國累計:6.5億英鎊/年

CO2排放僅為普通電廠1/4，SO2可忽略不計大功率UPS，政府、軍事基地等帶頭采用

白廳CHP計劃、唐寧街10號區(qū)域供熱白金漢宮分布式能源站部分軍事基地分布式能源站計劃分布式能源站在英國ProgressofDESinU.K.2023/7/2134

法國Dalkea在歐洲經(jīng)營200多個分布式能源站荷蘭一公司在歐洲經(jīng)營分布式能源站1000多個各國能源構(gòu)成、價格不同，分布式能源發(fā)展條件不同歐洲各國普遍重視通過提高能源利用效率、發(fā)展可再生能源來保護環(huán)境分布式能源站在歐洲ProgressofDESinEU第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)——分布式能源問題和挑戰(zhàn)：Problems,

ChallengeandStrategy

1、超越法人范圍供應(yīng)和銷售電、熱、冷、汽

Supplyenergyservicetomulti-client2、更復(fù)雜的金融投資、稅收、價格監(jiān)管、運營管理關(guān)系

Complicatedrelationoffinance,tax,price,marketing3、選擇最經(jīng)濟的范圍和用戶群組合

Chooseandorganizeclientgroupandscope

第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)——分布式能源問題和挑戰(zhàn)：Problems,

ChallengeandStrategy

4、滿足各種電、熱、冷、汽負荷需求的最優(yōu)組合設(shè)計5、在各種變化條件下都保持最經(jīng)濟、最高效率運營

Optimumdesignandoperation6、高的天然氣供氣壓力，大的電網(wǎng)備用和支持容量

HigherNGpressure,largergridstandbyvoleum7、大型、成套設(shè)備制造、供貨

Equipmentmanufactoryandsupply

8、現(xiàn)代化能源服務(wù)企業(yè)優(yōu)化運營、管理系統(tǒng)

Modernenergyservicemarketingsystem三中國發(fā)展第二代分布式能源的需要和條件ThenecessityandconditionforChinatodevelopsecondgenerationDES/CCHP2023/7/21384、中國天然氣產(chǎn)業(yè)鏈特點對消費結(jié)構(gòu)影響的兩難DilemmainPlanningChineseNGuser’sProfile◆燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電站難以與煤電競爭能源以煤為主，勞動力成本低廉使等熱值煤與天然氣的比價在0.3到0.5左右,遠低于發(fā)達國家；Ratioofcoal/gasistoolow

國際上與LNG項目配套的燃氣輪機電站與電網(wǎng)公司都有保底上網(wǎng)電價協(xié)議，中國迄今尚無。世界和中國天然氣消費構(gòu)成分析ProfileAnalysisofNGinWorld&China2023/7/21394、中國天然氣產(chǎn)業(yè)鏈特點對消費結(jié)構(gòu)影響的兩難DilemmainPlanningChineseNGuser’sProfile◆城市燃氣在使用時間上和空間上都比較分散，用量有限，不足以作為項目的主要用戶；Towngasmarketisverylimited迄今燃氣普及率35.3%,（包括LPG1700萬噸/年);其余2/3城市和農(nóng)村開拓燃氣市場投入大、時間長，總量有限；◆天然氣化工利用只能在氣田附近；◆工業(yè)用戶關(guān)鍵在于價格承受能力。GasPriceistoohighforchemical&industryusers世界和中國天然氣消費構(gòu)成分析ProfileAnalysisofNGinWorld&China2023/7/2140分布式能源是解決電力問題的最有效手段

DESisthebestwaytosolveelectricityimpact2004年，我國22個省缺電。錯峰削峰成為緩解目前電力緊張局面的最經(jīng)濟、快捷的途徑分布式能源：建在負荷中心既發(fā)電直供又聯(lián)產(chǎn)冷、熱，雙倍減少電網(wǎng)峰荷；蓄冷技術(shù)應(yīng)用削峰填谷中國建筑物能源需求的特點

TheFeatureofBuildingEnergyDemandinChina1、人口稠密，居住集中；CentralizedPopulation2、隨著人民生活水平提高，空調(diào)負荷迅速增加；3、生活熱水需求快速上升；Increasedhotwaterdemand4、越來越多集中于住宅小區(qū)；Commercializeddistrict5、住宅與商業(yè)、辦公建筑交織。WithCommercialBul.具有建設(shè)大型DCS/DES的好條件中國建筑物能源需求的特點

TheFeatureofBuildingEnergyDemandinChina

暖通空調(diào)熱水供應(yīng)電氣炊事

65％15％14％6%80%屬于低品位能量，目前多半采用燃料和電力，“高質(zhì)低用”，屬于浪費。CCHP可以使能源梯級利用。2023/7/2143第二代城市能源供應(yīng)系統(tǒng)在建筑中的幾種類型

TypesofDESusedinbuildingenergysystem1、城區(qū)商業(yè)中心

CommercialCenterindowntown

用能特點：用電、用冷負荷都非常集中。分布式能源站夏季以集中供冷為主，供冷時間長，單位面積負荷大，冷負荷主要為內(nèi)部負荷，冬季供暖時間也長。 商業(yè)中心電價高。采用分布式能源站經(jīng)濟效益極好；熱水可以供應(yīng)附近的民居，用量極大。2023/7/21442、公用事業(yè)--機場、醫(yī)院、大學、機關(guān)Public:Airport,Hospital,University,Administration

特點：組織性非常強，機構(gòu)統(tǒng)一，便于集中控制和管理，是未來分布式能源站發(fā)展的一個亮點。

能耗：夏季以空調(diào)制冷為主、伴有部分蒸汽和生活熱水需求，空調(diào)能耗季節(jié)性較強，全年供冷時間較商業(yè)中心短。冬季供暖時間比居民長。

2023/7/21453、新開發(fā)的城區(qū)和新規(guī)劃的城市Newdevelopingcitydistrict&estate

能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求：新開發(fā)的城鎮(zhèn)過程不應(yīng)當走燒煤污染或低效率單燒液化天然氣的老路，也不應(yīng)當采用分體式空調(diào)或窗式空調(diào)。

效益：熱電冷三聯(lián)供技術(shù)能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，對環(huán)境保護、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化也能夠產(chǎn)生積極的作用。2023/7/2146第二代城市工業(yè)能源供應(yīng)系統(tǒng)的幾種類型

TypesofSecondGenerationindustrialDES

大型過程工業(yè)和園區(qū)：冶金、化工、煉油、食品、造紙

LargeProcessIndustry&IndustryCampus離散制造業(yè)工業(yè)園區(qū)（電子、家電、輕工）

DiscreteIndustryCampus原來的小型柴油機和燃氣輪機電站改造為冷熱電聯(lián)供現(xiàn)有城區(qū)內(nèi)的工業(yè)燒煤的熱電聯(lián)產(chǎn)的機組改造

RetrofitofOilburninggenerationandcoalCHPgeneration2023/7/2147當代中國條件下DES/CCHP的特點

FeaturesofpresentDES/CCHPinChina國際能源署(IEA)建議：與美、歐、日目前的DES不同，中國必須發(fā)展50MW左右規(guī)模的分布式能源站，作為天然氣下游高效利用的重要途徑。在電力負荷中心建設(shè)較大規(guī)模的、冷熱、電多聯(lián)供的分布式能源系統(tǒng)；用戶類型：

I、離散和/或過程工業(yè)（園區(qū)）

II、集中的商業(yè)/民居建筑2023/7/2148中國需要一批大型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

ChinaneedsalotoflargescopeDES在中國的大、中城市，建設(shè)一批50—300MW的DES解決聯(lián)合循環(huán)電站缺乏競爭力問題解決工業(yè)用天然氣做鍋爐和加熱爐燃料承受能力問題前提條件：城建、電力、天然氣統(tǒng)籌規(guī)劃產(chǎn)業(yè)發(fā)展、工業(yè)節(jié)能、生態(tài)環(huán)境統(tǒng)籌規(guī)劃

四分布式能源系統(tǒng)近年來在廣東的發(fā)展DevelopmentofDESinGuangdong2023/7/2150廣州煤氣公司管網(wǎng)計劃來氣：7MPa中壓干線：4MPa低壓管網(wǎng)：1—0.2MPa廣州大學城大型案例1:廣州大學城分布式能源站Example1:DESinGZUniversitycity2023/7/2151大學城一期（2007年前）

18平方公里，

25萬人。截止2005年底12萬學生。大學城二期

43平方公里，