分布式能源耦合系統2023/7/11分布式能源現狀2分布式能源概念及組成1分布式能源耦合系統4常規分布式能源系統局限性35分布式能源耦合系統應用實例目錄2023/7/121.分布式能源概念與組成能源梯級利用原理圖概念：是指分布在用戶端的能源綜合利用系統。一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端的熱電冷聯產為主，其他中央能源供應系統為輔，實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應系統提供支持和補充。分布式能源系統方式：分布安置在需求側，根據用戶對能源的不同需求，實現能源對口供應；目的：實現能源利用效能的最大化。2023/7/131.分布式能源概念與組成冷熱電聯產系統（CCHP,CombinedCooling,HeatingandPower）是分布式能源系統中前景最為明朗，也是最具實用性和發展活力的系統，符合吳仲華先生提倡的“溫度對口，梯級利用”準則，是在熱電聯產系統基礎上發展起來的，直接面向用戶，按用戶需求提供電、冷、熱以及生活熱水等，同時解決多重用能需求和實現多重目標，滿足建筑或工業能源需求的總能系統。2023/7/141.分布式能源概念與組成2023/7/151.分布式能源概念與組成高溫段輔助系統

余熱利用系統動力系統燃氣輪機·

斯特林機

燃氣內燃機·燃料電池

微燃機冰蓄冷裝置·

電制冷機蓄熱裝置·

燃氣鍋爐

熱泵余熱鍋爐吸收式制冷機換熱裝置設備組成中溫段低溫段2023/7/162.分布式能源現狀美國以天然氣為主要能源、CCHP技術為核心的分布式能源已有成熟歷史，裝機容量占發電總電量比例增長較快；頁巖氣革命加快分布式能源應用；研究方向：發電機效率提升，“智能電網”技術在測量、并網、安全性應用。美國、日本和歐洲等家在傳統冷熱電聯供（CCHP）技術上有較為成熟應用經驗，近年來各國進一步加大了發展力度。日本重視能源利用效率，視分布式能源為高附加值社會資本，目前已建成分布式能源項目和總裝機容量較可觀。丹麥等歐洲國家一直重視分布式能源的發展，丹麥20年間國民生產總值增長43%，但能耗實現零增長，2000年底的能源效率比1989年提高了22.3%。常規分布式能源技術相對成熟，國內部分項目進行了成功應用。有一批燃氣分布式能源技術方面專家，積累了系統優化配置、優化運行、協調控制等可貴經驗；具備一定的技術基礎，一批分布式能源系統成功設計、建設和投產運行，為我國分布式能源發展奠定一定技術基礎；系統配套設備由依賴進口到開始國內配套，具備一定降低造價條件，但核心設備原動機主要還依靠國外設備廠商。2023/7/173.常規分布式能源局限性常規分布式能源存在主要問題：在項目和工程實踐中愈發顯示出局限性。局限性表現系統單一能源利用率提升受與環境協調不足經濟性欠佳發展障礙發電并網難氣價較高、氣源難保障優惠政策落實不到位專業運營能力欠缺關鍵設備技術難度高、價格昂貴實例效果不明顯耦合系統意義克服常規分布式能源系統缺陷在能源技術和利用方式上綜合考慮能源、經濟和環境因素實現多能源系統耦合平衡，以及能源與環境最佳匹配融合2023/7/184.分布式能源耦合系統4.1CCHP與可再生能源系統的耦合4.2CCHP與常規能源系統的耦合4.3CCHP與信息系統的耦合4.4CCHP與環境的耦合4.5煤化工多聯產耦合系統2023/7/194.分布式能源耦合系統CCHP與環境的耦合我國能源消費以煤為主，能源利用效率低、排放嚴重分布式能源與常規能源的環境影響評價分布式能源系統與環境工程技術的耦合（煙氣脫硝方法）分布式能源與區域能源規劃的耦合常規能源系統污染物排放系數：SO2排放系數：CO2排放系數：NOX的排放系數為3.3kg/MWh內燃機為原動機分布式能源系統污染物排放系數：解決辦法：利用排放系數，衡量常規能源與分布式能源排放量，從而提出解決辦法。污染物類型CO2SO2NOXTSP參數580忽略2.3忽略2023/7/1104.分布式能源耦合系統CCHP與環境工程技術的耦合表2-3常規能源系統與分布式能源系統污染物排放比較（舉例）該建筑物采用分布式能源系統，每年可減少SO2排放217260kg，減少NOx的排放21737kg，減少CO2排放8190048kg，減少粉塵排放679kg。

在相同供電量情況下，常規能源系統各種污染物排放都高于分布式能源系統，因為分布式能源系統提高了能源利用率和燃用了天然氣清潔燃料。與SO2和CO2排放控制相比，分布式能源系統在NOX排放控制上并沒有顯著的改善，分布式能源系統NOX排放為常規能源系統69.7%。（目前在大型機組上采用的煙氣脫硝主要有SNCR、SCR和SNCR/SCR混合法。SCR應用最多，較成熟。）污染物類型SO2(kg)CO2(kg)NOX(kg)TSP(kg)常規能源系統21726062322679分布式能源系統忽略不計40595忽略不計2023/7/1114.分布式能源耦合系統CCHP與區域能源規劃的耦合綜合能源規劃及其物理數學模型CEP提出的物理數學模型屬于能源－經濟－環境－技術綜合模型，以分布式能源、能源梯級利用、可再生能源與三聯供的耦合、及能源網絡等能源領域的先進技術的有機結合，形成一個具有創新性的制定CEP的框架結構。結論：分布式能源在環境保護上有獨特優勢，原動機采用現代污染控制技術，使污染物排放（NOX，SOX）大大降低；使用天然氣和可再生能源等清潔能源；系統位于負荷中心，采用冷熱電聯供提高能源利用效率、減少環境污染，但達到高標準排放要求還要耦合環境工程技術和區域能源規劃技術來控制。2023/7/1124.分布式能源耦合系統CCHP與可再生能源系統的耦合耦合機理：最大限度的利用環境勢能和清潔能源，提高能源的綜合利用率，減少環境排放。(將不可利用的低品位熱能,如空氣、土壤、水中所含的熱能、太陽能和工業廢熱等,轉換為可以利用的高品位熱能。)耦合特性：CCHP與熱泵耦合使用，利用CCHP余熱提升極端天氣下熱泵系統低溫側溫度可大大提高系統效率；同時利用CCHP技術作為調節，可保證冬夏季熱泵系統向地下的放熱量一致，提高系統運行的穩定性。熱泵系統在利用低品位能源時會受到低溫側熱源的影響從而降低系統的運行效率甚至無法運行，如水源側溫度低于5度時制熱效率會顯著下降。冬夏季從地下吸/放熱量長期不對等會影響系統的運行效率。2023/7/14.分布式能源耦合系統CCHP與熱泵系統的耦合（應用分析）多種能源技術的耦合使用與單一熱泵系統供熱相比，系統一次能源利用率提高了61%；與單一燃氣系統供熱相比，系統一次能源利用率提高了113.4%。2023/7/14.分布式能源耦合系統CCHP與可再生能源系統的耦合耦合機理：

CCHP也可與太陽能（風能、生物質能等）及熱泵耦合，構成另一種具代表性分布式能源耦合系統。在該耦合系統中，太陽能可以是太陽能光伏發電，作為CHP發電系統的電力補充；也可以是太陽能集熱熱水系統，與熱泵系統互補使用，并耦合CCHP構成耦合系統。某些情況下，太陽能也可單獨與熱泵系統耦合構成分布式能源耦合系統。優先使用太陽能：太陽能集熱器集熱量設計應以滿足熱水總負荷40%作為太陽能熱量。確保用熱需求：采用集中熱水系統可有效保證大流量用水特點，保證用水可靠性和舒適性需求。新能源利用最大化：采用水源熱泵作為太陽能輔助熱源，按使用熱水最高日用水量進行設計，即太陽能集熱量為0時，仍能滿足熱水負荷需求。并對公建等其他部分提供冷源，實現太陽能和水源熱泵耦合利用，高效節能。投資合理、運行經濟：采用“以熱定冷”設計原則，合理確定生活熱水供熱量，根據總熱量確定供冷范圍供冷負荷總量。耦合特性：太陽能與熱泵分布式能源耦合系統特性舉例2023/7/14.分布式能源耦合系統CCHP與可再生能源系統的耦合可再生能源發電技術：太陽能光伏發電、太陽能高溫集熱發電、風力發電等。耦合機理：克服可再生能源發電技術缺陷，提高系統可靠性、穩定性和效率。耦合特性：可再生能源發電缺陷發電成本高發電的不連續、不穩定、低密度隨時間、季節以及氣候等變化而變化造成電網的不穩定和棄風棄電現象耦合特性（解決辦法）將可再生能源發電系統與基于化石能源的分布式發電技術耦合成一種復合式發電系統，即基于可再生能源發電的分布式能源耦合系統將可再生能源分布式發電系統與蓄能系統耦合，構成另一種基于可再生能源發電的分布式能源耦合系統形式。智能電網的發展體現了這種能源多元化與儲能系統的耦合，用化石燃料發電機組和儲能裝置（如蓄電池組）對可再生能源帶來的電壓或頻率波動進行調節，形成穩定平滑的電力供應。2023/7/14.分布式能源耦合系統基于可再生能源的耦合系統（應用分析）蓄能技術主要包括：勢能蓄積，包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能等。動能蓄積，如飛輪蓄能等。熱能蓄積，包括顯熱與潛熱蓄熱技術等。電磁能量蓄積，包括超導磁體蓄能、超級電容器蓄能等。化學能蓄積，包括常規的蓄電池技術以及將可再生能源轉化為甲醇、氫等二次能源等。基于可再生能源的分布式能源耦合系統工藝流程圖2023/7/14.分布式能源耦合系統CCHP與常規能源系統的耦合耦合機理采用蓄能系統可充分利用外網低價谷電，起到“削峰填谷”作用。克服可再生能源如風能、太陽能受自然條件影響為不連續穩定能源缺陷，采用儲能系統可減小其波動頻率并進行平均化調節。平衡和調節耦合系統負荷需求，提高系統運行穩定性和經濟性。耦合特性系統經濟性原則高效節能原則某大學城區域供冷系統冰蓄冷系統原理圖可靠性原則優選蓄能模式原則2023/7/14.分布式能源耦合系統CCHP與常規能源系統的耦合耦合機理和特性：耦合系統中煙氣余熱系統起輔助作用，用于回收CCHP煙氣余熱滿足系統較低品位負荷需求，以提高系統能源綜合利用率、節能率和經濟性，同時減少余熱排放對環境影響、提高環境效益。但煙氣余熱回收系統應用前提，是耦合系統存在熱水等較低品位負荷需求和系統存在煙氣余熱回收條件。改造后集中生活熱水制備工藝流程圖余熱鍋爐尾部熱水鍋爐主要技術參數熱媒水產量145t/h廢氣流量655.2t/h熱媒水出口溫度91℃廢氣進口溫度150℃熱媒水進口溫度59℃廢氣出口溫度105℃2023/7/14.分布式能源耦合系統CCHP與信息系統的耦合耦合機理和特性：分布式智能能源耦合系統耦合型DCS系統耦合型智能能源管理平臺實現能量、資源和信息的耦合優化，構建智能能源系統和資源循環系統，統籌考慮能源、資源、環境等因素和協同解決問題，實現多種能源形式耦合匹配。能效網絡閉環控制原理框圖2023/7/14.分布式能源耦合系統煤化工多聯產耦合系統基于煤氣化聯合循環發電的分布式能源耦合系統多聯產系統集成理論化工系統多聯產耦合系統集成2023/7/14.分布式能源耦合系統耦合特性小結通過耦合特性研究，揭示了分布式能源耦合系統的環境特性、以及與其它能源系統耦合使用的特性和機理，明確指出耦合特性是分布式能源的本質特征和發展趨勢。分布式能源耦合系統通過能源梯級利用實現常規化石能源的高效利用，并將多種分布式系統與可再生能源耦合使用，可以彌補可再生能源不穩定、不均衡缺陷，實現系統能效最佳。分布式能源也是智能能源的重要組成部分，通過分布式能源與信息技術耦合、與常規能源系統耦合，形成智能化區域能源網絡系統，實現物質流、能源流、信息流的有機融合，構建出一個根據能源需求實現多種能源技術耦合使用的智能化分布式能源耦合系統，達到區域能源最優配置和能源環境最佳匹配。2023/7/15.應用實例機場分布式能源耦合系統耦合系統負荷需求分析供能時間：機場每年采暖期4個月（11月15日~次年3月15日），制冷期6個月（4月15日~10月15日）。可根據室外氣象參數變化適當調整供能時間，提高機場環境的舒適性。機場建設項目設計負荷指標面積冷負荷熱負荷電負荷M2KWKWKW1542202700018000104362023/7/15.應用實例耦合系統集成工藝流程：CCHP與蓄能、調峰設備、熱泵耦合利用發電機組余熱滿足T2航站樓基本供能負荷，直燃機組、電制冷機、鍋爐作為調峰設備，滿足冷熱負荷的逐時變化特點。2023/7/15.應用實例耦合系統優化配置本方案考慮選擇兩臺發電機組分別接入航站樓2＃配電室兩段10kV母線，根據對2＃配電室的負荷分析，單臺發電機組容量應在800～1000kW，本方案按照兩臺單機出力為836kWe的燃氣發電機組考慮。方案：主設備配置方案836*2發電容量制冷容量供熱容量臺數制冷總量供熱總量KWKWKW臺KWKW發電機組8362余熱直燃機45623582293047164燃氣鍋爐560011200電制冷4571313713蓄能3290014100合計167227117183642023/7/15.應用實例耦合系統優化運行如上表所示，CCHP系統每多發的1kWh電量用于電制冷，最終可滿足5.7kWh的冷負荷需要。可見這種耦合運行方式適用于冷電比相差較大的場合。本項目中設計冷負荷與發電機組裝機容量之比約為17，冷電比相差較大，因此CCHP與電制冷具有較大的耦合運行調整空間，即在大部分時間內可通過優先利用CCHP自發電滿足電空調運行需要，一方面可通過增加電負荷保證CCHP發電設備較高的負荷率，另一方面可利用電空調較高的制冷效率滿足總冷負荷需求。(1).CCHP與電制冷機組的耦合性分析發電量余熱制冷電空調制冷外供準是冷電比增量KWHKWHKWHKWH11.24.55.75.7表CCHP與電制冷耦合運行的冷電比變化2023/7/15.應用實例耦合系統優化運行沒有蓄能系統時，由于發電余熱不能充分利用，使得在空調負荷較低時段CCHP系統發電設備停止運行，否則將導致大量余熱不能充分利用。蓄能系統的利用使得在高電負荷、低空調負荷時段發電設備也能根據電負荷高效運行，增加了發電機組運行時間，并且使得即使在熱電負荷不匹配情況下CCHP系統綜合效率仍能保證在較高水平。(2).CCHP與蓄能系統的耦合性分析2023/7/15.應用實例耦合系統優化運行圖A為CCHP與電空調及蓄能系統的簡單耦合模式，電空調只起到改變電負荷及供冷量作用，蓄能系統只調整發電余熱與熱負荷之間的不平衡。圖B增加了電空調供冷與蓄能之間的耦合模式，實際運行中可利用夜間低谷市電蓄能或者延長發電機組運行時間同時，蓄存電空調及發電余熱制冷量。可見B模式下利用適宜時段的蓄能量更多，有利于系統能效提高。本耦合系統中由于CCHP與蓄能相結合的應用，使得設備