燃气分布式能源系统综述_之一_康慧

率达 86%(见图 2).
1 分布式能源系统
1.1 分布式能源系统的特点 目前国际上利用天然气的首选技术是分布式能源
系统 , 它先利用天然气发电 , 将发电后的余热用于供热 制冷 , 再将更低温度的废热供应生活热水 .现在世界上 一些发达国家的热电效率已经达到了 96%以上 , 可将 天然气的所有能量吃光用尽 .这一技术带来的好处是 : ①能源利用效率大幅度提高 ;②由于兼并发电 , 经济效 益好 ;③冬夏实现天然气供应的平衡 ;④燃气价格承受 能力大幅度提高 . 1.1.1 能源利用率高
分布式能源系统直接安装在用户端 , 通过在现场 对能源实现梯级利用 , 可减少中间输送环节损耗 , 实现 资源利用最大化 .分布式能源系统的一次能源以气体 燃料为主 , 可再生能源为辅 , 并可利用一切可以利用的 资源 .其二次能源以分布在用户端的热 、电 、冷联产为 主 , 其他能源供应系统为辅 , 将电力 、热力 、制冷与蓄能 技术结合 , 以直接满足用户多种需求 , 实现能源梯级利 用 , 并通过公用能源供应系统提供支持和补充 .各系统 在低压电网和冷 、热水管道上进行就近支援 , 互保能源 供应的可靠性 .分布式能源系统可将能源利用效率发 挥到最大状态 , 不仅节约了能源 , 也保护了环境 .
2)联网运行模式主要用于电网中 负荷快速增长 区域和重要的负荷区域 , 是将分布式能源系统电源接 入公用电网的配电网或者负荷安装处 , 与公用电网一 起向负荷供电 .为了保证用户的供电可靠性 , 采用联网 运行模式是分布式能源系统未来发展的主要形式 .
联网运行模式有 2种 :①并网 , 即发电机与公共电 网并列运行 , 可接受公共电网电能 , 但不向公共电网输 送电能 , 不售电 .②上网 , 即发电机与公共电网并列运 行 , 可接受公共电网电能 , 且 可以向公共电网 输送电 能 , 可售电 . 1.3 分布式能源系统的工作原理
分布式能源系统发电在我国主要有独立运行模式 和与公用电网联网运行模式 2种 .
1)独立运行模式即发电机供电系统独立运行 .其 主要用于大电网覆盖不到的边远地区 、农牧区 , 由分布 式能源系统单独供电 .我国在近 、中期应高度重视独立
运行模式的发展 , 这对于解决 “三农 ”问题有着重要的 意义 .
在上述 2种工作过程中 , 由于采用燃汽 —蒸汽联 合循环 , 天然气的热能被逐级梯次利用 , 热能利用率可 达 70% ～ 85%, 高于凝汽式发电的 30% ～ 36%.
分布式能源系统与传统的凝汽式电厂比较具有以 下 8个优点 :
1)能源利用率 达 70% ～ 85%, 而凝汽式 电厂由 于有大约 65%的热能通过冷却塔作为废气排入空中 , 其能源利用率在 30% ～ 36%之间 .
5)用水量少 (0.45 m3 /kW· s×106 ). 6)占地面积小 (0.1 ～ 0.15 m2 /kW). 7)调峰性能好 (冷起机需 30 min). 8)设备国产化程度高 , 控制水平先进 .
Байду номын сангаас
益 .③模式适合于以燃气轮机 —蒸汽轮机联合循环发 电的冷热电联供系统 .
1.燃气轮机 ;2.发电机 ;3.余热锅炉 ;4.烟 囱 ; 5.抽凝式蒸汽轮机 ;6.汽轮发电机 ;7.凝汽器 ;8.凝水泵
分布式能源系统依托智能信息化技术可以实现现 场无人值班 , 通过社会化服务体系提供设计 、安装 、运 行 、维修一体化保障 .在研究分布式能源系统有关问题 时 , 业内也有称之为 “分布式供电 ” 、“分布式发电 ”或 “分散式电源 ”的 , 但就其概念而言 , 是有一定区别的 .
分布式能源系统直接为附近的用户供电 , 发电设 施规模一般较小 , 目前主要有小型燃气轮机发电 、小型 燃气内燃机发电 、风力发电 、小型水电 、燃料电池发电 以及太阳能光伏发电等形式 . 1.2 分布式能源系统的运行模式
1)系统流程 (见图 7). 2)应用特点 :① 燃气轮机单循环发电 , 有利于提 高系统热 (冷 )量输出比例 .② 燃气轮机排烟直接驱动 烟气型溴冷机运行 , 可减少设备配置 , 降低设备投资费 用 , 提高系统能量综合利用率 .③适合于以燃气轮机
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第 2期
孟召军 , 等 :基于 Ansys平台的汽轮机滑停转子热应力的研究
区域建筑物采用热电冷联供系统后 , 其供电不受 电网限制 , 确保了用户的供电安全 .电制冷 (热 )设备 的大量使用 , 会使电网负荷急剧加重 , 供电系统的可靠 性 、安全性受到严重威胁 .采用分布式能源系统 , 其发 电机可作为自备电源与城市电网联网运行 , 既可缓解 电网压力 , 改善电能质量 , 又可保证供电可靠性 , 避免 供电危机 .
中图分类号 :TK01 文献标识码 :A 文章编号 :1673 -1603(2009)02 -0103 -04
根据国际分布式能源联盟的定义 , 分布式能源是 指安装在用户端的高效冷热电联供系统 .分布式能源 主要包括农村 小水电 、小型独立电 站 、废弃生 物质发 电 、煤矸石发电 , 以及余热 、余气 、余压发电等 .利用可 再生能源 (风能 、太阳能 、水能 、生物质能 、地热能 、海 洋能等非化 石能源 )的 发电也属 于分布式 能源的 范 畴 .分布式能源也称分布式供能 、分散式发电 、分布式 供电 .分布式能源系统也叫做冷热 电三联供系统 .目 前 , 分布式能源系统主要是以燃气作为能源 , 将制冷 、 供热 (采暖和供热水 )及发电过程一体化的多联产系 统.
DO I :10.13888/j .cnki .jsie (ns).2009.02.013
第 5卷第 2 期 2 0 0 9年 4月
沈阳工程学院学报 (自然科学版 ) JournalofShenyangInstituteofEngineering(NaturalScience)
Vol.5 No.2 Apr. 2009
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高压转子热应力分析具有一定的通用性 . 参考文献
[ 1] 张洪信 , 赵 青海 .ANSYS有限 元分 析完 全自 学手 册 [ M] . 北京 :机械工业出版社 , 2008.
[ 2] 张保衡 .大容量火电机组寿命管理与 调峰运行 [ M] .北京 : 中国电力出版社 , 1988.
2)环 境 污 染很 少 , 而凝 汽 式 电 厂却 向 外 排 放 SO2 、CO2 , 废水 、废渣 、废热 .
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康 慧 :燃气分布式能源系统综述 (之一 )
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3)发送电损耗少 , 而凝汽式电厂的电损 (升压 、输 送 、降压 )约为 7% ～ 9%.
4)初投资少 (约 2 800元 /kWh), 建设周期短 (1 年 ).
天然气进入燃气轮机 , 燃烧做功带动发电机发电 , 产生的 530 ℃烟气进入余热锅炉 , 将水加热使之变为 蒸汽 , 蒸汽可以用作工业供汽也可用于蒸汽吸收式制 冷机制冷 .在这一工作过程中 , 可以发电 、供热 、制冷 , 从而实现了热电冷联产 , 向外界排放的只是 120 ℃烟 气 (不含硫等有害物 ), 见图 3.
根据分布式能源系统中发电机组的不同及系统主 要功能的不同 , 分布式能源系统可分为以下 3类 . 1.4.1 燃气轮机 +余热锅炉 +蒸汽轮机 +蒸汽型溴
冷机 1)系统流程 (见图 5). 2)应用特点 :① 燃气轮机 —蒸汽轮机联合循环发 电 , 可以大大提高系统发电效率 .② 采用冷热电联供 , 可提高系统的用热量 , 提高电厂的负荷率 , 提高经济效
1.燃气轮机 ;2.发电机 ;3.余热锅炉 ;4.烟囱 图 3 燃气 — 蒸汽联合循环 (不带汽轮机 )的
分布式能源系统工作原理
天然气进入燃气轮机 , 燃烧做功带动发电机发电 , 产生的 530℃烟气进入余热锅炉 , 加热 水使之变为高 压蒸汽 , 高压蒸汽进入抽凝式蒸汽轮机做功带动汽轮 发电机发电 , 做功后的一部蒸汽被抽出用于向外工业 供汽 , 也可用于蒸汽吸收式制冷机制冷水 , 见图 4.
图 4 燃气 — 蒸汽联合循环 (带汽轮机 )的 分布式能源系统工作原理
表 1为实际比较数据 .
表 1 实际比较数据
比较项目
凝汽式 大型联合 分布式 发电厂 循环热电厂 能源系统
能 源利用率 (%) CO2 排放量 (kg/kWh) 发 送电损耗 (%)
36 0.8 7～ 9
55 ～ 75 0.3 6 3
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沈阳工程学院学报 (自然科学版 )
第 5卷
出的尾气 , 不经过二次换热 , 直接转化为冷能 、热能 , 系 统能源利用效率可高达 85%. 1.1.3 环保
分布式能源系统采用天然气作为能源 , 燃烧排放 物对环境无污染 .以天然气为燃料的 CCHP系统是低 排放 、低噪声的高标准环保型系统 .CO2 排放较燃煤机 组少 40%;NOX排放可不大于 25 mg/nm3 .采用消隔音 措施后 , 距厂房 1 m噪音不大于 60 dbA, 符合高标准 的环保要求 . 1.1.4 安全
[ 3] 赵国平 .300MW 汽轮 机机 组滑 停优 化研 究 [ D] .北京 :华 北电力大学 , 2006.
Researchoftherotor' sthermalstressforvariableparametersshut-down ofthe300MW steam turbinebasedontheAnsys
1)联合循环发电 +排汽换热供暖 (供冷 ), 燃料利 用效率达 85%(见图 1). 2)燃气轮发电机组 +余热回收系统 , 燃料利用效
1.1.2 节能 分布式能源系统将发电过程中产生的废热用来供
热和制冷 , 充分利用了一次能源 .制冷机回收发电机排
收稿日期 :2008 -06 -15 作者简介 :康 慧(1953 -), 男 , 北京人 , 教授级高级工程师 , 主要从事热电联产 、集中供热 、电厂标识系统 、电厂安全等方面的研究 .
燃气分布式能源系统综述 (之一 )
康 慧
(中国电力工程顾问集团公司 , 北京 100011)
摘 要 :分布式能源系统 , 相对于传 统的集中供电方式而言 , 是指分 布在用 户端的能 源综合 利用系 统 , 即 将冷热 电系统 以小规模 、小容量 、模块化 、分散式的方式布置在用户附近 , 可独立地输出冷 、热 、电能的系统 .根据即将 于 2009年 6月出 版发行的 《热电联产规划设计手册 》一书第 13章 , 改写并重点介绍了以 燃气作为能 源的分布 式能源系统 的原理 、运行模 式 、国内外发展现状 、三项关键技术 及相关标准 , 以推动我国分布式能源事业的健康发展 . 关键词 :冷热电三联供系统 ;运行模 式 ;相关标准 ;接入公用电网 ;设备选型 ;公共安全
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传统动力系统的技术开发以及商业化的努力主要 着眼于单独的设备 , 例如 , 集中供热 、直燃式中央空调 及发电设备 .它们共同的特点是追求单一目标下的能 耗 , 在忽视环境影响和不合理的能源价格的情况下 , 可 能具有一定的经济效益 .但是 , 如果从科学技术角度出 发 , 这些设备都未达到有限能源资源的高效和综合利 用 .而分布式能源系统却是一种整体能效高的系统 . 1.4 分布式能源系统工程应用的常见模式
图 5 燃气轮机 +余热锅 炉 +蒸汽轮机 +蒸汽型溴冷机
1.4.2 燃气轮机 +补燃型余热锅炉 +蒸汽轮机 +蒸 汽型溴冷机
1)系统流程 (见图 6).
图 6 燃气轮机 +补燃型余热锅炉 +蒸汽轮机 +蒸汽型溴冷机
2)应用特点 :①燃气轮机 —蒸汽轮机联合循环发 电 , 可以大大提高系统发电效率 .② 采用冷热电联供 , 可提高系统的用热量 , 提高电厂的负荷率 , 提高经济效 益 .③ 配置补燃型余热锅炉有利于根据系统的热 、电 、 冷负荷 , 合理配置燃气轮发电机组及蒸汽轮发电机组 的机组容量 , 从而减少系统设备投资费用 , 提高系统运 行经济效益 .④ 该模式适合于以燃气轮机 —蒸汽轮机 联合循环发电的冷热电联供系统 . 1.4.3 燃气轮机 +烟气型溴冷机