能源的梯级利用

过去20年中国能源消费比例
煤是我国能源的主体， 消耗量逐年快速增长，2010年 我 国 消 耗22亿 吨 标 准 煤，占一次 能 源 的68%，而且这种以煤为主体的能源结构将在未来相当 长时期内难以改变，预计2010—2050年的总消费量在1 000亿吨标准煤以上。
“高危”的石油对外依存度
现在中国石油对外依存度已达到55%，实际 上已突破了这条警戒线。国家发改委能源 研究所的有关研究也证实了这些预测： 2020年中国石油的需求量将为4.5亿吨～ 6.1亿吨，届时国内石油产量估计为1.8亿 吨，进口量将为2.7亿吨～4.3亿吨。进口 依存度将处于60%～70%。
天冠集团正在实施的循环经济
在生产过程中让各类 产品在各自的循环之 中环环相扣，各种废 弃物的处理和回收利 用均与产业链融合， 汇成一个总循环，达 到了循环经济所倡导 的‘资源——产品—— 再生资源’的良性循 环。”
生物油的多级利用
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能源梯级利用


能源梯级利用（energy cascade use）：是 能源合理利用的一种方式。 由于热能不可能全部转换为机械功，因而， 与机械能、电能相比，其品位较低。热功 转换效率与温度高低有关，高温热能的品 位高于低温热能。一切不可逆过程均朝着 降低能量品位的方向进行。能源的梯级利 用可以提高整个系统的能源利用效率，是 节能的重要措施。
以煤热解为基础的热电气多联产技术
将煤加入热解气化炉, 经热裂 解析出挥发分, 产生的热解气 可以作为工业用气和民用煤 气, 热解煤气和焦油也可以通 过进一步的工艺从中获得苯、 萘、蒽、菲及目前尚无法人 工合成的多种稠环芳香烃类 化合物及杂环化合物, 热解产 生的半焦可直接送到燃烧炉 中, 作为燃料燃烧产生蒸汽, 用于发电或供热。
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研究背景
几种能源的梯级利用 生物质的梯级利用
致谢
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石油加工的工业体系
•从利用石油资源增加经济效果来说,生产石油化工的利润较高，在我国 目前价格政策的情况下, 粗略的估计,作为燃料的石油加工工业的产值 约为原油的两倍,而石油化工产品的产值,即使在目前综合利用率不高的 情况下,合成纤维半成品的产值约为原油的六倍, 塑料和有机中间体的产 值约为原料的八倍, 合成橡胶的产值约为原料的十二倍。 •作为能源,凡是可用煤的场合,应尽可能用煤。
太阳能和燃料电池三联产系统
太阳能热动力系统白天发电，用于供电，部分用于电解水产生氢气，用于夜间通过 燃料电池发电、供热或制冷，而其生成产物水可用于白天的循环利用，并且太阳能 热力发电所产生的余热推动吸收式制冷机组，用于夏季工况下房间温度的调节。
太阳能和生物质能三联产系统
适合于西部的多能源互补分布式能源系统方案，主要由电力输出系统、沼气 产生与储存系统、供热子系统组成。


热电冷三联产(CCHP)是一种将制冷、供热( 包 括采暖和热水) 及发电一体化，建立在能量梯 级利用基础上的多联产供能系统，可广泛应用 于同时具有电力、热力、制冷需求的场所。 燃料燃烧高品位的热能通过汽轮机或燃气轮机 发电，低品位的能量可以根据用户需要用来直 接供热，或者将此热量通过吸收式制冷系统制 冷，实现冷、热、电的联产联供。 典型热电冷三联产系统主要包括发电( 动力装 置和发电机) 、供热( 余热回收装置) 和制冷 等系统。
生物质能和天然气互补的分布式能源系统
系统包括生物质气及净化系统、储气系统、燃气发电 机组、吸收式冷温水机组和二次余热回收装置等。
垃圾焚烧热电冷三联产系统
垃圾焚烧热电冷系统的构想主要是基于生态工业园区内的工厂废弃物的资源化循 环利用。该系统的物流中没有废物概念，只有资源概念，各环节实现了充分的资 源共享，变污染负效益为资源正效益。采用灵活的“污水处理—煤浆制备—垃圾 发电—集中空调”模式。
CCHP的特点



能量利用效率高：传统的大型发电厂的发 电效率一般为 28%～43% ; 而三联产系统使 能源利用效率从常规发电系统的 40% 左右 提高到 70%～80% ，甚至更高80% ～90% 输变电投资减少 供电可靠性提高：提高供电安全性；缓解 电力高峰负荷 环保性能突出，CCHP系统CO2排放仅为传统 能源系统30%～50%
燃气—蒸汽联合循环

燃气—蒸汽联合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧 低温放热的特点,使得联合动力装置的总效率比常规的 高参数纯蒸汽动力装置的效率(最高约为40%)高得多。 由于联合循环热效率达55%和天然气中含有大约25% (重量比)的氢气这两个因素，使得天然气联合循环发 电厂单位发电量所产生的温室气体CO2减小了50％。 整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统，是将煤气化 技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由 两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联 合循环发电部分。
目录
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研究背景
几种能源的梯级利用 生物质的梯级利用
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世界能源消费与燃料结构及预测
Fra Baidu bibliotek
根据《BP 2030能源展望》，能源供应多样化将得以加强，核能、水电和可再生能 源等非化石能源有望首次成为供给增长的主要来源。预计在2010－2030年间，可 再生能源包括太阳能、风能、地热能源和生物能对能源增长的贡献率将从5％增至 18％。
以煤完全气化为基础的热电气多联产技 术特点
a. 多种技术的有机结合, 以目前已相对成熟的煤炭完 全气化技术为核心, 使煤炭在气化炉中转化为煤气, 使得该技术在目前阶段可与已成熟的技术相组合直 接应用, 随着合成气其它利用技术的发展与成熟, 可对系统进行进一步的优化组合;
b. 在系统中, 颗粒物、SO2 , NOX 和固体废物等污染物 可以有效的得到控制。
煤基多联产是煤炭清洁利用的必然趋势
煤 基 多 联 产 系 统 的 美 好 构 想
煤的综合利用
热电联产和集中供热



发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机作过功的蒸汽 对用户供热的生产方式，是指同时生产电、热能的工 艺过程，较之分别生产电、热能方式节约燃料。 集中供热：可选择大容量高效率的锅炉替代众多低效 高污染的小型锅炉。 在热电联产的建设中，从以燃煤为主的热电厂向燃气 的热、电、气三联供热电厂发展；分布式热电冷联产 也得到迅猛发展。
禽畜粪便
工业废弃物 城市有机垃圾 合计

0.38
0.62 0.16 12.91
0.22
0.35 0.03 3.71
5.9
9.4 0.8 100.0
到2020年，生物质能预计将是唯一能极大地影响运输业（不包括电 车）燃料利用状况的可再生能源。
生物质能的利用技术与产品
生物质的梯级利用
DFG Research Training Group 1703

主要目标是为可再 生能源开发组合优 化资源高效利用价 值网络。主要是将 农业、林业、材料 科学、商业管理、 商业信息系统和数 学联合，开发新的 观念和方法来提升 资源的高效利用。
电-碳水化合物-氢循环技术路线
美国与中国科技大联合提出的关于电-碳水化合物-氢循环技术路线。这个路线 可以实现人类的四个基本需求：空气，水，食物和能源，同时还能最小化对环 境的影响。
以煤热解为基础的热电气多联产技术特点
a b c d e f
•获得热值较高的热解煤气
•对煤种要求低
•系统的煤炭利用效率大大提高 •系统工艺简单
•运行费用也较低
•易脱除煤气中的H2S, NH3
以煤部分气化为基础的热电气多联产技术

以煤部分气化为基础的热电气多联产技术就是针对煤中不同成分实现分级利用, 将煤部分气化后所得的煤气用作燃料或化工原料,剩下的半焦通过燃烧加以利用。
多能源复合型三联产系统
由太阳能发电、风力发电和天然气驱动的内燃机、燃料 电池等发电设备组成的分布式能源系统。
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研究背景
几种能源的梯级利用 生物质的梯级利用
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生物质的分类
年产能/亿吨 有机废弃物 作物秸秆 林业剩余物 育林薪柴 可用量 3.90 7.15 0.70 折标煤 1.96 0.75 0.40 所占比例% 52.8 20.2 10.8
以煤部分气化为基础的热电气多联产技 术的特点
•降低了系统的投资和运行成本 •采用较低的气化温度
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•系统污染物控制成本降低
以煤完全气化为基础的热电气多联产技术
以煤完全气化为基础的热电气多联产技术就是将煤在一个工艺过程——气化单元内完全 转化, 将固相炭燃料转化为合成气, 合成气可以用于燃料、化工原料、联合循环发电及 供热制冷, 实现以煤为主要原料, 联产多种高品质产品, 如电力、清洁燃料、化工产品以 及为工业服务的热力。


IGCC的特点
• 1.燃料的适应性广。 • 2. 具有进一步提高效率的前 景。 • 3. 优良的环保性能。 • 4. 耗水量较少，节水效果显著。 • 5. 充分利用煤炭资源，组成 多联产系统。 • 6. 宜大型化，并能与其他先 进发电技术结合。 • 7．便于分段、分步建设电站。
热电冷三联产