天燃气分布式能源场景解决方案

发布日期:2017-3-1 浏览次数:3145

 

 

 

天然气分布式能源简介

 

 

 

(一)分布式能源的概念及主要特点
      分布式能源系统(Distributed Energy System,简称DES)是在有限区域内采用冷热电三联供(CombinedCold Heat and Power,简称CCHP)技术,通过管网和电缆向用户同时提供电力、蒸汽、热水和空调用冷冻水服务的综合能源供应系统,其着眼于提高终端能源供应的效率——一次能源经过各种转换方式组合,最经济、高效地提供用户所需要的空调、采暖、生活热水、蒸汽等各种终端能源服务。
       在一些城市商业中心、居民区和一些工业园区,其电力负荷和冷、热负荷密度都比较大。而目前的解决方式都是采用分产,能量利用效率低,经济性差。利用DES/CCHP将天然气发电后余热按照梯级用能的模式供给吸收制冷、蒸汽和热水用户,能源利用效率可以高达70%到90%,并能在负荷中心就近实现能源供应,是天然气高效利用的重要方式,同时余热供冷供热与发电共同分摊能源成本,因此与传统集中式供能方式相比,天然气分布式能源具有能效高、清洁环保、安全性好、削峰填谷、经济效益好等优点,这是它的第一大优势。第二大优势是,DES/CCHP发电在10 kV电压下就地直供,避免了升降压和远程传输设备的电力损失以及运营费用,能够依靠大电网的巨大容量保证用户的供电负荷、电压和频率的稳定,并可作为事故备用电源。
(二)分布式能源的发展现状
       全球气候变暖的严峻形势促使世界各国积极寻求减少温室气体排放的各种途径。发达国家在20世纪就开始研究和使用分布式能源系统。美国在1978年颁布公共事业管理政策法后,正式开始推广建设分布式能源系统。目前,美国已有6000多座分布式能源站,美国计划50%的新建商用建筑使用CCHP(Combined Cooling Heatingand Power)系统,将15%的现有商用建筑改用CCHP。根据美国的调查数据,采用冷热电三联供系统分布式能源,写字楼类建筑、商场类建筑、医院类建筑、体育场馆类建筑、酒店类建筑分别可减少运营成本12%、11% 、21%、32% 和23%。2009年日本CCHP总数达8199个项目,总装机已达938万KW,并提出2万㎡以上新建筑设计,应论证采用CCHP可能性。另外,分布式能源系统在英国、丹麦、德国等欧洲各国的应用也比较普遍。
       随着我国天然气在能源利用中比重的不断增加,目前我国以天然气为燃料的分布式能源系统建设已进入实质性开发实施阶段。在北京、上海、广州等城市的居民小区、商城楼宇、大学城都有一批电、热、冷联产示范工程投运。在上海已建成8项6528 KW分布式能源,连同计划建设的共13项16808KW,建成100项容量为150万KW的分布式能源,2020年前再翻一倍达300万KW。北京市已建成3项5467KW的分布式能源,连同拟建的共l4项66285KW。近年来几大城市相继实施的大型CCHP项目,取得了明显的经济效益、环保效益和社会效益,CCHP系统在中国的应用越来越受到关注和重视。
               

 

 

 

 

工作原理

 

 

 

  系统主要主要构成:发电设备、余热利用设备供气系统设备(工业需求)和电控系统:

  发电设备:燃气轮机、内燃机、微燃机

  余热利用设备:余热型溴化锂吸收式冷温水机组、余热锅炉、换热器

  供气系统:过滤撬、增压撬、前置模块

  电控系统:PLC控制系统、分布式能源云数据库

  1、燃气通过发电设备先发电,所发电力上网或直供客户使用。

  2、发电设备发电过程中产生的余热(高温燃气、缸套水或其他),通过余热利用设备可提供蒸汽、热水、空调冷热水等。实现能源梯级利用,提高能源利用率。

  3、电控系统可监控设备运行状况、实现数据采集分析、调节机组输出功率。

 

 

 

天然气分布式能源系统简图

 

 

 

 

 

 

天然气分布式能源适用场景

 

 

 

  分布式能源系统适用于具有多种能源需求,能源消费量大且集中的地区,以及对供电安全要求较高的单位,如:医院、宾馆、商业综合体、高档写字楼、交通枢纽、数据中心、机关和工厂等。这类用户组织性强,便于集中控制和管理,用电、用冷(热)负荷时间长,产生的节能效益较高,更适用于该系统。

 

 

 

天然气分布式能源优势

 

 

 

  (1)节约能源成本:分布式能源实现了能源的梯级利用,能源综合利用效率可达85%以上,在用能地点附近供能,减少能源传输损耗,直接减少能源成本10%-30%。

  (2)解决污染排放问题:天然气分布式能源以清洁能源天然气为燃料,大大减少污染物排放,减少污染物排放:CO2约33%; SO2约100%; NOX 约55%; PM约100%,解决锅炉排放等环境问题。

  (3)供电安全:突破电力短缺,解决扩容而周边无多余配电容量的问题。常用兼备用电源,停电时保障一级电力负荷的供应。

 

 

 

天然气分布式能源各场景解决方案

 

 

 

  (1)工业天然气分布式能源系统解决方案

  →能源需求特点


  ◎持续稳定的电力供应

  ◎有稳定蒸汽需求或工艺用导热油需求

  ◎对能源成本敏感

  →工业分布式能源系统配置的特征

  ◎主要考虑解决工业蒸汽、导热油、或热风等用热需求;

  ◎原动机按需求可采用燃气轮机(满足蒸汽需求)或内燃机(加热导热油)或微燃机(热风)等;

  ◎系统年运行时间长,一般高于5000h。

 

 

 

  工业用户系统解决方案示意图

 

 

 

 

 (2)楼宇型天然气分布式能源系统解决方案(医院)

  →能源需求特点:

  ◎持续稳定的电力供应

  ◎空调制冷需求

  ◎全年热水需求

  ◎经济的能源成本

  ◎严格的噪声及污染排放

  →楼宇型分布式能源系统配置的特征

  ◎主要考虑解决冷热需求并供应  一部分电力,系统设计采用冷热负荷图设计;

  ◎原动机可采用微燃机以保证系统的噪音和污染排放满足要求;

  ◎系统年运行小时长,基本上可超过5000h。

 

 

 

                                                                        医院分布式能源系统解决方案示意图

 

 

 

  (3)数据中心天然气分布式能源系统解决方案

  →能源需求特点

  ◎持续稳定的电力供应

  ◎全年空调需求

  ◎供能安全性要求高

  ◎较低PUE值(数据中心消耗的

  所有能源与IT负载使用的能源之比)

  →数据中心分布式能源系统配置的特征

  ◎冷(热)比电接近1:1,系统配置采用“以冷定电”+冷电平衡原则;

  ◎原动机多采用内燃机,主要考虑内燃机发电量和其余热通过溴化锂之后产冷量接近1:1,故此可保障系统经济性;

  ◎数据中心供能安全性要求高,系统原动机、溴化锂及水泵等设备需采用N+1配置。

 

 

                                                                                             数据中心分布式能源系统解决方案示意图

 

 

 

  (4)区域型能源中心天然气分布式能源系统解决方案

 

  →能源需求特点 :

  ◎持续稳定的电力供应

  ◎空调冷热负荷较大

  ◎可能存在较稳定的生活热水需求。

  →区域型能源中心分布式能源系统配置的特征

  ◎遵循“以热/冷定电,热/冷电平衡”的 原则进行系统配置,分布式能源系统仅解决区域内的部分能源需求,需配置相应的调峰设备共同满足整个区域的能源供应;

  ◎原动机基本选用燃气内燃发电机组,系统采用冷电/热电联供形式;

  ◎条件允许的情况下,多余电力可以上网;

  ◎系统过渡季节运行时间较短或不运行,年运行小时相对较短,主要为冬夏空调季。

  ◎中央供热水、空调冷能,节约设备采购、维护费用,智能化家居。

 

 

  区域型能源中心分布式能源系统解决方案示意图

 

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