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分布式能源系统知识大全

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分布式能源系统则是直接面向用户,按用户的需求就地生产并供应能量,具有多种功能,可满足多重目标的中小型能源转换利用系统。

原国家计委、原国家经贸委、建设部、国家环保总局联合发布《关于发展热电联产的规定》(计基础【2000】1268号文)中指出“以小型燃气发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统,适用于厂矿企业、写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保护环境、减少供电线路损和应急突发事件等综合功能,在有条件的地区应逐步推广”。

《中华人民共和国节约能源法》明确指出:“推广热电联产,集中供热,提高热电机组的利用率,发展热能梯级利用技术,热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术,提高热能综合利用率”。

分布式能源系统的特征:

1、直接面向当地用户的需求,布置在用户附近,简化能源的输送环节,进而减少能量输送成本,同时增加用户能量供应的安全性。

2、系统受用户需求的制约,相对于传统的集中式供能系统而言均为中、小容量。

3、随着经济、不同能源技术的发展和成熟,可供选择技术也日益增多。

4、通过选择合适的技术,经过系统优化和整合,可以更好地同时满足用户多种要求(如:高效、可靠、经济、环保、可持续性发展等),实现多个功能目标。

热能的梯级利用

分布式能源系统的分类

分布式能源系统的核心及重要组成部分是分布式冷热电联产系统,其种类繁多。

①按能源利用形式分类,有化石能源、可再生能源以及这两种能源互补的分布式冷热电联产系统;

②按热机类型分类,有燃气轮机、内燃机、汽轮机、斯特林发动机,以及燃料电池等分布式冷热电联产;

③按系统规模分类,有楼宇型、区域型、产业型和城市型分布式冷热电联产等。

分布式冷热电联产系统的典型流程

1)燃气轮机-余热吸收式分布式联产

蒸汽型联产系统,余热锅炉透平排气的余热被回收,用以产生蒸汽。夏季可利用蒸汽驱动蒸汽双效溴化锂吸收式机组制冷;冬季可利用这部分蒸汽直接供热或驱动吸收式热泵供热。

排烟温度多为350~550℃, 发电效率为24~34% ,冷电比(热电比)通常为1.5~2.5。

烟气吸收式分布式联产系统

与蒸汽型联产系统不同之处在于,排气中的余热直接通过烟气型溴化锂吸收式机组回收利用,没有了余热锅炉这一中间环节。

排烟温度多为350~550℃, 发电效率为24~34% ,冷电比(热电比)通常为1.5~2.5。

回热循环燃气轮机-烟气吸收式分布式联产系统

与简单循环燃气轮机-烟气吸收式分布式联产系统相比,系统增加一套空气预热器,利用排气给空气预热。

发电效率相对于简单循环燃机要高,有高达38% ,冷电比(热电比)多为1.0~1.5。

2)内燃机-余热吸收型分布式联产系统

内燃机排气温度350~450℃,缸套水温度大于90℃,其余热量占输入燃料能量的30~40%,可直接用供热,另外可考虑在烟气型机组尾部增加一级换热器,回收170℃以下的余热用于生产热水。冷电比(热电比)通常为1.0~1.5 。

3)汽轮机-余热吸收型分布式联产系统

系统性能与机组容量关系很大,容量较小的机组性能比较差,而大型机组生产冷量对外传输半径小;用蒸汽送至用户端然后做吸收式制冷,管道造价高;蒸汽系统以水为循环工质,系统复杂,不适合中小型用户。

4)斯特林发动机-余热吸收性分布式联产系统

该系统与内燃机联产系统相似,斯特林机是一种外部加热的闭式循环发动机,与内燃机相比,斯特林机的排气温度更高,回收利用是更便利;但冷却水温相对于内燃机的缸套水低,同时冷却水带走的热量在全部输入能量中所占的份额较大。

5)燃料电池-燃气轮机-余热吸收型分布式联产系统

SOFC固体氧化物燃料电池,单独发电效率为50~60% ,与燃气轮机组合成混合动力系统,其发电效率可达到70%,NOx的排放量低于1ppm ,是目前最洁净的能源系统之一。

电输出占很大比重,冷电比(热电比)仅为0.2~0.5。此系统技术发展还不成熟,尚处实验阶段。

分布式能源系统设计思路

分布式能源系统的主要特点是直接面向用户、按用户需求提供各种形式能量的中小型多功能能量转换利用系统,所以在进行分布式能源系统设计时须考虑以下几点:

1)明确用户真正的冷电比(热电比)即真实的冷热电负荷。

2)对发电机组独立供电运行模式,在机组选型配备时,可以考虑利用电制冷方式,将一部分冷负荷转移到电负荷,从而满足真正的冷电比。

3)若在冷负荷峰值时冷电比过大,可考虑冰水蓄冷进一步改善冷热电联产系统的热力学性能和经济性。(对于酒店通常晚上耗电量相对较大,而耗冷相对较少,可以考虑晚上冰水蓄冷)

4)对发电机组与市电并网运行模式,可按考虑同时使用系数之后冷负荷做设备选型。

(一)太阳能与地源热泵联合供暖

(二)太阳能与风冷热泵联合供暖

(三)热泵技术生产生活热水

《燃气冷热电联供工程技术规程》要求

标准要求:

适用条件:发电机总容量小于或等于15MW;

适用阶段:工程设计、施工、验收和运行管理;

供电系统运行方式:推荐与市电并网运行;

设计原则:电能自发自用、热(冷)电平衡;

能效指标:

站址条件:

独立站房或露天布置:燃气管道最高入室压力<2.5MPa;

建筑物地下一层、首层或屋顶布置: 燃气管道最高入室压力<1.6MPa;

发电机布置在建筑物地下一层或首层:单台容量≤3MW;

发电机布置在建筑物屋顶:单台容量≤2MW;

防爆泄压口:主机间、燃气增压机间、计量间;

事故通风口:主机间、燃气增压机间、计量间;

发电机并网措施:

应设置自动同期装置;

电压偏差小于±5%;

频率偏差小于±0.2Hz;

并网线路应在用户侧适当位置设置明显断开点;

必须采取“逆功率保护措施”,保证联供系统只受电,不向公共电网输送电能。

冷热电三联供系统典型示意图

各类发电装置特点


小型燃气轮机

内燃机

微燃机

容量范围(kW)

500~25000

2~10000

28~300

发电效率(%)

20~38

25~45

12~32

余热回收形态

400~650℃烟气

400~600℃烟气;

80~110℃缸套水;

40~65℃润滑油冷却水

250~650℃烟气

所需燃气压力

(MPa)

1.0~2.2

≤0.2

0.4~0.8

NOx排放水平(ppm)

(含氧量15%)

65~300(无控制时)

8~25(低氮燃烧)

250~500(无控制时)

8~25

三联供+热泵+太阳能+冰蓄冷示例

供能规模

19.6万平方米建筑供电

8.6万平方米建筑空调、生活热水

主要设备

燃气内燃机4台,总发电能力3000kW

余热烟气热水型冷温水机组

水源热泵

蓄热及蓄冰装置

系统原理图

三联供工程实施常规流程

1、方案阶段

1)了解项目建筑性质;分析冷、热、电负荷情况;

2)按照项目特点及负荷需求情况进行三联供系统配置;

3)根据能源价格情况进行简单的经济测算;

2、可行性研究阶段

1)通过方案比选确定三联供主要设备及系统配置形式、运行方案;

2)投资估算及财务分析(收益率、投资回收期);

3)上报发改委;

3、施工图设计及施工阶段

1)施工图设计并取得规划、环保、消防等部门批复;

2)取得供电部门并网许可、供电方案设计;

3)施工验收;

4、调试运行阶段

1)协调各主要设备厂家分别对设备及系统进行调试、试运行;

2)主要设备制造商进行运行人员培训;

3)发电机组大修、中修由发电设备供货商完成。


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