天然分布式能源的节能计算及影响因素李先瑞

天然气分布式能源的 节能计算及影响因素分析
李先瑞
中国建筑科学研究院
目录
1.分布式能源的重要特性 —节能性 2. 分布式能源全年综合利用率的计算 3. 分布式能源节能率的计算 4. 热电比对节能的影响 5. 负荷率对节能的影响 6. 最大负荷小时对节能的影响 7. 同时使用系数对节能的影响 8. 不同地区不同建筑的能耗
? 5）在《分布式供能系统工程技术规程》中规定：热 电比年平均不应小于55% 。
? 我国主要城市各类型建筑物的热电比
燃气内燃机的余热量及适用范围
? 燃气内燃机的余热量
? 燃气内燃发电机组所搭建的CCHP 系统，主要使用于 以下几个市场：
? 医院与宾馆
? 医院和宾馆的特点在于对热的需求较多，较稳定，而 且用电负荷也比较稳定。这样的负载，特别适合燃气 发电机组作为主发电的CCHP 系统。医院与宾馆的装 机容量一般在300-3000KW 。
热电比对节能率的影响
? 热电比对天然气分布式能源的节能率也有一定的影 响（见图）
? 从上图可知，当全部使用自己发电量，热电比为 1.2 时，节能率可达20% 。
负荷率对节能的影响
? 负荷率K2 ? 供热区热用户的负荷不可能总在额定负荷下连续运行，
而是根据各自的生产特点，在不同的时间阶段有不同 的负荷，常引入负荷率来衡量其负荷饱满程度。负荷 率K2 就是该时间阶段内热负荷平均与额定热负荷之 比。
Байду номын сангаас
? 1）单机容量在5万千瓦以下的热电机组，其热电比 年平均应大于100% ；
? 2）单机容量在5万千瓦至20 万千瓦以下的热电机组， 其热电比年平均应大于50% ；
? 3）单机容量20 万千瓦及以上抽汽凝汽两用供热机 组，采暖期热电比应大于50% 。
? 4）燃气—蒸汽联合循环热电机组热电比应大于 30% 。
? 全年综合利用率也称为天然气分布式能源系统的燃 料利用系数，是指分布式能源系统生产的冷、热、 电三种产品的总能量与其消耗的燃料能量之比。该 参数是在利用效率法（即能平衡法）分析时的有效 性系数。
分布式能源节能率的计算
? 系统节能率 ?节能率是反映三联供系统先进性的一个重要指 标，三联供系统的节能主要体现在天然气就近 梯级利用的高效与传统大电网供电方式到用户 端较低的供电效率相比较的优势。对于具体项 目而言，节能率是指采用三联供系统与原来用 户可能采用的常规供电和空调方式相比所节省 的一次能源消耗量。
分布式能源节能率的计算
? 供热期节能率=
? 供冷期节能率=
? 式中 --燃煤电厂发电效率与电网输配效率的乘积 --燃气锅炉效率 --燃气分布式能源系统的发电效率 --燃气分布能源系统余热利用率
COP a --吸收式制冷机性能系数 COP e --电制冷机性能系数
X -- 电制冷机承担的冷负荷 Y -- 吸收式制冷机承担的冷负荷
热电比对节能的影响
? 热电比即热电厂发热量和发电量的比值。根据《分 布式供能系统工程技术规程》中的相关规定，热电 比根据下式进行计算：
? 热电比=供热量/ （供电量× 3600 千焦/ 千瓦时） ×100% 。
? 在一定的发电效率之下，热电比越高总热效率越高， 要求余热利用程度越高，热损失越小。根据《关于 发展热电联产的规定》，要求供热式汽轮发电机组 的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产，应符合下 列指标：
? 燃气轮机利用压气机进气导叶的开度来调节空气进气 量，调节范围为100 ～75% 。当负荷小于75% ， 只能通过控制燃料来控制燃气轮机的出力。所以燃气 轮机低负荷运行时，效率会大幅度下降，50% 负荷 时效率下降5～7% ，故燃气轮机不适宜于带部分负 荷运行，空载时的燃料消耗量高。下图是通用燃气轮 机部分负荷下的效率变化。对于以商业建筑为主的冷 热电三联供系统，由于空调负荷变化幅度较大，所以 采用燃气轮机发电装置时需要充分考虑负荷的调节方 法，避免出现效率大幅度下降的现象。
? 对热用户
? 对于整个供热区
? 一般情况下，可用所提供的最大热负荷值来代替额定 热负荷。时间一般可取年、季度或月。例如年负荷率 即为全年（指8760h ）的平均热负荷与全年最大热 负荷之比。
? 供热负荷率
空调负荷率
? 不同气候区冷水机组的部分负荷运行时间分布
燃气内燃机不同负荷率时的效率
燃气轮机不同负荷率时的效率
? 公共交通枢纽
? 机场与火车站，运行时间长，建筑物空间高度大，对 于电力和供热（制冷）的需求都相当大，这样的负载， 非常适合燃气发电机组作为主发电的CCHP 系统。他 们的装机容量一般在3000-30000KW 。
? 有制冷（加热）需求的工厂
? 很多工厂的工艺要求里面都有制冷或者加热工序，而 且需求量相当大。比如注塑，酿酒，窑炉等。他们的 装机容量一般在500-5000KW 。
分布式能源的重要特性—节能性
? 与燃煤热电厂的热效率比较
分布式能源全年综合利用率的计算
? 天然气分布式能源全年综合利用率计算公式
—— 年平均能源综合利用率（% ）； W —— 年净输出电量（kWh ）； Q1 —— 年有效余热供热总量（MJ ）； Q2 —— 年有效余热供冷总量（MJ ）； B —— 年燃气总耗量（m3 ）； QL —— 燃气低位发热量（MJ/m3 ）
? 数据中心
? 数据中心使用了大量的计算机，其中40% 的电力用来 给计算机使用，60% 的电力给空调使用，空调则是给 计算机降温的。他们非常适合用燃气发电机组来做冷 电联供系统。发电机组的余热所产生的制冷量，作为 计算机的冷源。他们的装机容量一般在 10000-
50000KW 。
燃气轮机的余热量及适用范围
? 燃气轮机的余热量
? 燃气轮机可以分别采用：①余热锅炉+背压式汽轮机。 ②余热锅炉+ 抽汽凝汽式汽轮机。③余热锅炉 + 抽汽 背压式汽轮机，④单纯是余热锅炉，来组合成为热电 联产的联合方式循环机组。
? 热电联产机组的一个重要参数是功率系数，它的涵义 是指：机组的供电量与供热量的比值。在燃气 -蒸汽 联合循环型的热电联产机组中，它的一个特点是功率 系数值比较高，这是由于燃气轮机的作功能量占主导 地位的缘故，因而这种类型的热电联产机组比较适宜 于在相对需要较多电能的场合使用。