分布式冷热电三联供技术new.ppt

分布式冷热电三联供技术,目录,冷热电三联供技术概述,冷热电三联供设计、选型与优化,影响冷热电三联供经济性因素,冷热电三联供相关政策及前景,5,1,3,4,主要内容,2,冷热电三联供系统基本类型,1.冷热电三联供技术概述,燃气冷热电三联供，即CCHP（Combined Cooling,Heating and Power），是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机等燃气发电设备运行，产生的电力满足用户的电力需求，系统排出的废热通过余热锅炉或者余热直燃机等余热回收利用设备向用户供热、供冷。经过能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右，节省了大量一次能源。,基本概念,1.冷热电三联供技术概述,与其它能源技术有机融合，组成多元化供能系统,基本概念,1.冷热电三联供技术概述,高温段,辅助系统,余热利用系统,动力系统,燃气轮机 斯特林机 燃气内燃机 燃料电池 微燃机,冰蓄冷装置 电制冷机 蓄热装置 燃气锅炉 热泵,余热锅炉 吸收式制冷机 换热装置,设备组成,中温段,低温段,1.冷热电三联供技术概述,目前三联供系统常用的发电机有燃气内燃机、燃气轮机、微燃机等不同形式，各种发电机的三联供系统的一些参数比较如下表,动力系统,冷热电三联供技术概述,燃气内燃机性能特点,燃气内燃发电机突出的优势是发电效率高、环境变化（海拔高度、温度）对发电效率的影响力小、所需然气压力低、单位造价低，当然也有余热利用较为复杂、氮氧化物排放量略高的缺陷，其特点主要如下：,单机能源转换效率高，发电效率最高可达40%以上，能源消耗率低。地理环境造成的影响最小，高温、高海拔下可正常运行。通常海拔高度每增加300m，内燃机的发电出力下降3%；环 境温度每增加1，内燃机的发电出力下降0.32%。可直接利用中低压天然气。,1.冷热电三联供技术概述,燃气轮机性能特点,燃气轮机发电机具有体积小、运行成本低和寿命周期较长（大修周期在6万小时左右）、出口烟气温度较高、氮氧化物排放率低等优点燃气轮机发电机组发电电压等级高、功率大，供电半径大、适用于用电负荷较大的场所。发电机输出功率受环境温度影响较大。当大气温度由15降至-20时，功率增加25%35%，效率增加6%10%；当大气温度由15降至40时，功率降低17%23%，效率降低5%8%。燃气轮机发电机组余热利用系统简单、高效。燃气轮机发电机组一般需要次高压或高压燃气。,1.冷热电三联供技术概述,微燃机性能特点,微型燃气轮机叶片很小，为了获得较好的空气动力学性能，多使用单级离心 压气机和单级向心透平，冷热电联供系统所使用的微型燃气轮机的功率在 30kW300kW之间。微燃机的特点是废气余热回收为热水；运动部件少，重量轻，振动小，没有必要设置特殊的防振设施；输出功率受环境温度影响；罩外噪声小；100 kW以下可切网运行。另外，小叶片的冷却问题使透平进口温度受到限制，使目前的微型燃气轮机简单循 环的效率很难超过20%，带回热器的可以接近30%。发电效率低、发电功率小,1.冷热电三联供技术概述,高温段,辅助系统,余热利用系统,动力系统,燃气轮机 斯特林机 燃气内燃机 燃料电池 微燃机,冰蓄冷装置 电制冷机 蓄热装置 燃气锅炉 热泵,余热锅炉 吸收式制冷机 换热装置,设备组成,中温段,低温段,1.冷热电三联供技术概述,三联供系统常用的余热利用设备有余热锅炉、吸收式制冷机和换热设备,余热锅炉,1.冷热电三联供技术概述,吸收式制冷机,溴化锂制冷机,氨制冷机,蒸汽型,直燃型,余热型,热水型,复合热源型,以蒸汽的潜热为驱动源,以燃料燃烧为驱动源,以热水的显热为驱动源,以各种余热为驱动源,热水与直燃型复合热水与蒸汽型复合蒸气与直燃型复合烟气与直燃型复合,1.冷热电三联供技术概述,换热器,1.冷热电三联供技术概述,高温段,辅助系统,余热利用系统,动力系统,燃气轮机 斯特林机 燃气内燃机 燃料电池 微燃机,冰蓄冷装置 电制冷机 蓄热装置 燃气锅炉 热泵,余热锅炉 吸收式制冷机 换热装置,设备组成,中温段,低温段,1.冷热电三联供技术概述,辅助设备,蓄冷设备,蓄热设备,燃气锅炉,电制冷机,热泵,目录,冷热电三联供技术概述,冷热电三联供设计、选型与优化,影响冷热电三联供经济性因素,冷热电三联供相关政策及前景,5,1,3,4,主要内容,2,冷热电三联供系统基本类型,2.冷热电三联供系统基本类型,采用燃气轮机，为充分利用烟气余热和烟气中的含氧量，宜采用：,1）燃气轮机+补燃型吸收式冷暖机（直燃机）；2）燃气轮机+余热吸收式冷暖机（直燃机）+电制冷机+燃气锅炉；3）燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机+汽水换热装 置+燃气锅炉；4）燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+热泵型电制冷机+电制冷机+换热装置+燃气锅炉；5）燃气轮机+补燃型吸收式冷暖机（直燃型）+电制冷；6）燃气轮机+高压余热锅炉+汽轮发电机+低压余热锅炉+蓄热装置+蒸汽吸收式制冷机+电制冷机+换热装置,2.冷热电三联供系统基本类型,采用内燃机，内燃机有烟气、缸套水等余热，为充分利用余热宜采用：,1）燃气内燃机+热水型吸收式制冷机+电制冷机+燃气锅炉；2）燃气内燃机+热水型吸收式制冷机+热泵型电制冷机+电制冷机+蓄冷装置+燃气锅炉；3）燃气内燃机+补燃型烟气热水型吸收式冷暖机（直燃机）+电制冷机。,2.冷热电三联供系统基本类型,采用微燃机时，由于发电量小，当回热器的回热量可调时，宜采用：,1）微燃机+补燃型吸收式冷暖机（直燃机）；2）微燃机+热水型吸收式冷暖机（直燃机）；,目录,冷热电三联供技术概述,冷热电三联供设计、选型与优化,影响冷热电三联供经济性因素,冷热电三联供相关政策及前景,5,1,3,4,主要内容,2,冷热电三联供系统基本类型,3.冷热电三联供设计、选型与优化,从业主或相关设计方了解项目的建筑特点、负荷变化规律、相关的能源价格等资料，据此确定建筑的负荷变化规律并制定机组的运行制度，然后确定发电机组容量，根据发电机组的余热供应能力选择余热利用设备，再根据余热利用设备和对设计负荷的要求确定调峰设备容量，最后根据主设备的参数和工艺要求选定各种辅助设备。根据可能采用的运行模式、工艺方案等的不同，发电设备、余热利用设备、调峰设备可能有多种选择方案，应针对项目具体情况对各种可能的方案进行综合比较，最后选出最佳方案。,三联供系统的基本设计思路,三联供系统选型需落实资料,项目的面积、建筑特点和功能分区，冷热需求面积；项目冷负荷、热负荷、热水负荷和电负荷情况；项目的运行规律：制冷、供暖期持续时间及负荷变化规律；当地能源价格（天然气价、电价、冷价、热价、热水价、自来水价等）；电力报装容量，现有市电接入情况；天然气供应状况：距离、管网、压力等级、流量；当地的市政条件、地热条件、可再生能源条件；现有供能设备及使用情况：（包括设备种类、容量、供能范围、供能参数、设备启停规律、相关运行、投资费用等）；三联供能源中心可考虑建设位置：（关于目前机房位置，三联供机房位置、消防防爆空间）；业主可提供资料和图纸：（建筑平面布置、建筑暖通设计说明、变配电室位置、电气一次主接线等）；业主对项目的要求，以及其它建议和意见。,3.冷热电三联供设计、选型与优化,三联供系统选型程序,3.冷热电三联供设计、选型与优化,落实设计资料,负荷分析 确定发电设备容量,余热设备选型 调峰设备选型,对选定的设备组成的多个方案进行计算、比较和筛选：最终确定最有方案,目录,冷热电三联供技术概述,冷热电三联供设计、选型与优化,影响冷热电三联供经济性因素,冷热电三联供相关政策及前景,5,1,3,4,主要内容,2,冷热电三联供系统基本类型,经济性因素,经济性影响因素,燃料价格,年利用小时,电价,M1,M2,M4,M3,4.影响冷热电三联供经济性因素,供热价格,4.影响冷热电三联供经济性因素,燃料因素,燃料费在DES/CCHP年运行成本中占有相当大的比例，最高的达到78%，最低的也有44%。因此天然气价格的波动将直接影响到系统的年运行成本。,图4-1 天然气价格对投资回收期的影响,各种DES/CCHP系统的投资回收期都随天然气价格的升高而增加，微燃机和内燃机变化情况基本一致，而小型燃气轮机的投资回收期随天然气价格的增加，增加幅度较慢，当天然气价格从1.0元/Nm3增加到1.5元/Nm3时，其投资回收期从3.02 a增加到9.96a，远低于微燃机的从3.84a增加到15.55 a和内燃机的从4.21 a 增加到15.54 a.。,4.影响冷热电三联供经济性因素,电价因素,提高电价会增加系统投资收益，提高系统的运行经济性，发电效率越高的系统，其年收入中的供电收入所占的比例也越大。,图4-2 电价对投资回收期的影响,当电价从0.5元/kWh增加到1.0元/kWh 时，微燃机和内燃机投资回收期均大幅下降，微燃机从9.66a降到1.79a，内燃机从10a 降到1.71a，小型燃气轮机投资回收期的变化相对较小，从5.64a降到1.48a,4.影响冷热电三联供经济性因素,热价因素,提高热价也会增加系统投资收益，提高系统的运行经济性，发电效率越高的系统，其年收入中的供电收入所占的比例也越大。,图4-3 热价对投资回收期的影响,图4-3为典型情况下热价对不同系统投资回收期的影响，由于内燃机的联供供热量小于微燃机的，因此，热价对其的影响也小，当热价从20元/GJ 增加到45元/GJ时，内燃机投资回收期从17.23 a降到9.05a，微燃机的投资回收期则从19.71a降到8.87a，下降幅度大于内燃机，这是由于微燃机联供供热量较大，热价提高，有利于供热收入的增加，同时小燃机的投资回收期也下降。,4.影响冷热电三联供经济性因素,年供热天数的影响,图4-4年供热天数对投资回收期的影响,图4-4所示为典型情况下3种DES/CCHP系统投资回收期随供热天数的变化而变化的曲线，随着供热天数的增加，从94d 增加到135d，微燃机及内燃机系统投资回收期减少约4a。由于价格因素往往随市场变动，很难人为规定，因此尽量提高设备的利用时间就变得非常重要。这一方面要求有一个稳定的热（冷）负荷，另一方面设备容量也不能定得太大，总之应使设备的年利用小时数为极大。,供热天数越长，供热负荷越大，系统的能源利用率也就越高，这也是DES/CCHP系统优势之所在，一般要求供热时间4000h/a。只有供热负荷充足，系统才能获得可观的热收入。,4.影响冷热电三联供经济性因素,敏感性分析,图4-5微型燃气轮机DES/CCHP系统,对于微燃机系统，天然气价格的影响最大，天然气价格提高50%，系统投资回收期从3.79a增长到21a，电价增长50%，系统投资回收期从16.71a降到2.83a。,微燃机,4.影响冷热电三联供经济性因素,敏感性分析,图4-6燃气内燃机DES/CCHP系统,对于燃气内燃机系统，电价的影响最大，其次是天然气价格，电价提高50%，系统投资回收期从24.41a降到2.91a，气价增长50%，系统投资回收期从4.21a增长到20.85a,燃气内燃机,4.影响冷热电三联供经济性因素,敏感性分析,图4-7小型燃气轮机DES/CCHP系统,小型燃机受天然气价格影响较大，气价增长50%，投资回收期从3.3a增长到10.56 a。热价对于每一种系统的影响相对都比较平缓。,小型燃气轮机,目录,冷热电三联供技术概述,冷热电三联供设计、选型与优化,影响冷热电三联供经济性因素,冷热电三联供相关政策及前景,5,1,3,4,主要内容,2,冷热电三联供系统基本类型,5.冷热电三联供相关政策及前景,政策规范,能源法中第三十九条明确国家鼓励发展推广热电联供、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、冷联供技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率。2008年上海市正式颁布了分布式供能系统工程技术规程（上海市工程建设规范DG/TJ08-115-2008），其中明确规定对于符合并按照“以热（冷）定电”原则运行的分布式供能系统。该办法规定对分布式供能系统和燃气空调项目单位给予一定的设备投资补贴，其中分布式供能系统按1000元/千瓦补贴，燃气空调按100元/千瓦制冷量补贴。建设部于2007年组织编写了三联供技术规程，目前还没有正式颁布；北京市发改委于2006年组织编写了分布式供能系统技术规程讨论稿，目前没有正式颁布；铁道部在建设了北京南站三联供系统后，也将燃气冷热电三联供技术作为其组织编写的铁路客站工程建设技术规程中的一个重要内容,5.冷热电三联供相关政策及前景,前景,综上所述，采用分布式供能系统是一条高效利用能源的好道路，是城市天然气利用的良好途径和城市能源建设的重要方面，可以缓解季节性电力短缺，改善生活环境。冷热电联供系统在很大程度上可以减轻我们所面临的问题。因此在规划、实施燃气发电装置时，应采取集中大型燃气发电厂的建设与分散在各类建筑或建筑群的燃气冷热电联供的分布式能源供应系统并举的政策。实行这种政策，既可减轻建设大型集中燃气发电厂的资金、环保和供水等方面的压力，又可提高城市能源供应，特别是电力供应的安全可靠度。在“十二五”的大力助推下，分布式冷热电联产技术必然会有很好的发展市场。但是我们还需要看到，由于目前没有完备的政策法规标准等，在发电并网方面还没有明确的条文进行说明，因此，在推广分布式供能系统时需要政府的大力支持，包括在天然气和电的价格上给予倾斜。,Thank You!,