分布式能源

概述科學用能及能的梯級利用分布式能源系統冷熱電聯產系統&

科學用能及能的梯級利用發展趨勢能源是什么？能能源：就是向自然界提供能量轉化的物質（礦物質能源，核物理能源，大氣環流能源，地理性能源）。人類的發展離不開優質能源的出現和先進能源技術的使用。用能高新技術快速沖擊發展趨勢人類需求不斷上升環保要求日趨增強節能節約和科學用能。提高能源的綜合利用效率；——梯級利用在利用能源同時，分離、回收污染物；——降低耗能實現能源再循環利用，減少廢能。——優化模式能的梯級利用能的形式多樣，但可劃分為兩大類：熱和功知識點回顧：同學們記得熱力學第一定律和第二定律說的是什么嗎？TheFirstLaw:能量守恒。TheSecondLaw:能量轉換方向——品位。能的梯級利用物理能的梯級利用吳仲華表述為“溫度對口、梯級利用”。熱力循環的發展有兩個階段：第一階段：提高蒸汽初溫來提高效率，但上升空間隨溫度上升愈加不明顯，難以突破50%。第二階段：聯合循環（燃氣輪機和蒸汽輪機聯合，達到梯級利用，整個實際效率可超過60%）。能的梯級利用化學能與物理能的綜合梯級利用分析發現，燃燒釋放熱量這一初始環節，往往更容易造成能的品位損失。縱觀工程熱力學，很少涉及化學能轉換。舉例：我們把某一燃料先吸收低品位的熱量，讓其轉變為合成燃料，然后再燃燒釋放出更高品位的熱能，即提高了反應熱的品位，又減少了熱損失。我們把化學能與物理能綜合梯級利用，會更好的提高利用效率。&分布式能源系統問題1：什么是分布式能源系統？究竟如何定義？問題2：為什么我們要采用分布式能源系統？問題1：什么是分布式能源系統？世界分布式能源聯盟WADE：指安裝在用戶端的高效冷熱電聯供系統。產品和技術包括：1、高效的熱電聯產系統：功率在3KW-400MW，如燃氣輪機、內燃機、蒸汽輪機、微型燃氣輪機和燃料電池等。2、分布式可再生能源技術，其中包括光伏發電、小水電、現場生物能發電、微風風力發電。知識點回顧：可再生能源有哪些？太陽能、風能、水能（潮汐能）、海洋能、地熱能、生物質能、氫能；其中大中型的水電和傳統的生物質能為舊的可再生能源，其余的稱為可再生新能源。問題1：什么是分布式能源系統？美國能源部的定義是：可在以下幾個方面區別于集中式能源：分布式能源是小型的、模塊化的，規模是千萬到兆瓦級；包含供需雙側的技術，如光電系統、燃料電池、燃氣內燃機、燃氣輪機、熱力驅動的供熱制冷系統等一般位于用戶現場或附近，如分布式能源裝置可以直接安裝在用戶建筑物里，建在區域能源中心或附近。問題1：什么是分布式能源系統？我國發改委的定義：分布式能源是近年來興起的利用小型設備向用戶提供能源供應的新的能源利用方式。與傳統集中式能源系統相比，分布式能源接近負荷，不需要建設大電網進行遠距離高壓或者超高壓輸電，可以大大減少線損，節省輸配電建設投資和運行費用。問題1：什么是分布式能源系統？我國發改委的定義：由于兼具發電、供熱等多種能源服務功能，分布式能源可以有效地實現能源的梯級利用，達到更高的能源綜合利用效率。分布式能源設備起停方便，負荷調節靈活，各系統相互獨立，系統的可靠性和安全性較高；此外，多采取天然氣/可再生能源為燃料，更加環保。問題1：什么是分布式能源系統？綜合來看，有四層含義：接近負荷，把發電和供能建在用戶附近；能源的梯級利用和綜合利用，實現高效經濟和環保效益。滿足用戶冷、熱、電、蒸汽、生活熱水等各種負荷需求。智能，調節靈活。分布式能源系統DistributedEnergySystem,DES:是一種新型的能源系統，它一般建于用戶附近，減少了輸配系統投資和能量損失，是更高效、更可靠和更加環保的能源系統。分布式能源系統分布式能源系統形式多樣可以是以微型或小型燃氣動力裝置發電、燃料電池等動力裝置；可以是以風力發電、光伏發電、太陽能高溫集熱發電等可再生能源建立的獨立電源技術；也包括如燃料電池－燃氣輪機聯合循環以及分布式冷熱電聯產系統等。問題2：為什么我們要采用分布式能源系統？簡單理解，即目前我們采用的單獨集中式能源系統是存在缺陷的，分布式能源起到了一種查缺補漏的作用。20世紀初以來電力行業流行的觀點是：發電機組容量越大效率越高，單位千瓦投資越低、發電成本也越低。所以隨著能源產業的發展，電力工業發展方向是大機組、大電廠和大電網”。但是，在許多情況下，分布式能源系統是集中供電不可缺少的重要補充，二者的有機結合是未來能源系統的重要發展方向。優點和體現避免過高的輸配成本。電網的輸配成本占電能生產成本的50%—80%。建設周期短，節約投資。就地轉換，就地供應。易于實現熱電冷三聯產。制冷供熱介質不宜遠距離傳輸。聯產總效率可達75%，甚至更高。而大型供熱電廠也只有60%-70%。優點和體現環保效果好。可再生能源有天然優勢，即便用化石燃料，也因易于實現聯產，從而減少污染物排放。具有不低的供電效率。除太陽能、風能等遠低于大型發電機組的發電效率，其余的差距并不明顯。非常適合對鄉村、牧區、山區、發展中區域以及商業區和居民區的電力供應，大幅度減輕環保壓力。有人認為分布式能源就是那些容量小的能源利用系統。你怎么看待這個問題？這種看法是片面的。分布式能源系統中的小型包含兩個意思：一方面，分布式能源所涉及的新型發電技術本身容量不大；但隨著技術的不斷發展，尤其以燃料電池為代表，其發電容量是在不斷的增加的。另一方面，有些國家的排放標準是以年排放量規定的，為了避免排放超標，而不得不采用一些小的發電裝置。所以，從容量來界定分布式能源是不客觀不可持續的。發展：分布式能源起源于19世紀80年代，1882年，美國紐約出現了以工廠余熱發電滿足自身與周邊建筑電、熱負荷的需求，成為分布式能源最早的雛形。國內外學者們對分布式能源系統的稱呼：國內：分布式能源、分布式能源系統、分布式電源、分布式供能、能源島；發展：國外：DistributedPower;DistributedGeneration;DistributedPowerGeneration;DistributedEnergyResources;DistributedEnergySystem…我們這門課中統一稱為“分布式能源系統”，簡稱“分布式能源”。國外發展：1978年在美國推廣。2009年底，美國熱電聯產機組裝機總容量約8500萬kW，占其9%，發電量約占12%。預計2030年實現2.4億kW。美國分布式能源發展得益于相對較低的天然氣價格。歐洲分布式能源發電量占總發電量的9%，其中丹麥、荷蘭、芬蘭均可達到30%以上。歐盟的燃氣分布式能源發展以德國為代表，它們能在積極發展可再生能源、大力利用低碳能源并在逐步壓縮核電。德國對燃氣分布式發電的補貼及保護政策較大。國外發展：日本85年的裝機容量是20萬kW。2011年，3.11大地震后，日本福島受損的核電機組發生泄漏，舉世震驚。不完全統計也有12萬人進行核輻射檢查。“對周邊國家波及嚴重。”此后，日本也在大力發展分布式能源。國內發展：我國是在1995年開始分布式能源的熱電冷三聯產應用的，與國外確實存在很大的差距，但近幾年，國家能源局，國家發改委等陸續出臺對分布式能源發展尤其是天然氣分布式能源發展的指導意見，對今后我國的分布式能源發展具有里程碑意義。分布式能源系統發展趨勢：方向是提高能源綜合利用率、改善能量系統的熱經濟性、滿足用戶的多種需求、減少環境污染。目前主要方向之一就是熱電冷聯產。從原動機分類而言，目前分布式能源研究主要有以下方面：先進的燃氣輪機和微型燃氣輪機目前燃氣輪機系統效率約為25%～32%，下一代效率不低于40%；并要求在沒有燃后控制的情況下，減少氮氧化物和一氧化碳的排放。燃料電池目前燃料電池的主要突破依然在電池的壽命及其可靠性上，提高效率，降低成本也要必須考慮的因素。風力發電主要目標還是降低風電成本，并降低對風速的要求，以使風力發電的電能供應更加平穩。光伏發電降低光伏電池的成本，推動低成本材料的研制和開發。&熱電冷聯產系統熱電冷聯產(Cogenerationcoolingheatingandpower,CCHP)是在熱電聯產(Cogenerationheatingandpower,CHP)的基礎上發展起來的。二者不同之處在于，CCHP可以向建筑物同時提供電力、制冷、供暖、衛生熱水和其他通途的熱能，側重領域是商用寫字樓及公共樓宇。而CHP只能提供電力和熱能，側重于需要工藝用熱的工業企業。大幅度提高了系統能源利用率的同時，降低了環境污染，明顯改善系統的熱經濟性。&熱電冷聯產系統CCHP是一種建立在能量的梯級利用概念上，把制冷、供熱（采暖和供熱水）及發電過程一體化的多聯產總能系統。目的在于提高能源的利用效率，并減少碳化物和有害氣體的排放。目前我國的燃氣熱電冷三聯產在相當一段時間內都會是分布式能源系統的主要形式。熱電冷聯產和分布式能源的關系（*）二者相互交叉、部分重合。現在的熱電冷聯產，一部分屬于分布式能源，其安裝在用戶當地或附近地點，滿足當地用戶需求或支持電網，一般容量相對較小，可連接電網也可不連接。還有一部分是屬于大型集中電廠的熱電聯產，俗稱熱電廠，這一部分的發電是上網的，一般容量較大4～40WkW，不屬于分布式能源系統。&熱電冷聯產系統CCHP的優點：實現能源的綜合利用，提高能源的利用率。可達90%。環保。由于燃料多為氣態清潔燃料，本身就有優勢，不僅對污染物，而且二氧化碳排放也減少；此外，溴化鋰吸收式制冷也減少了對氟利昂的使用。經濟。同CHP相比，增加了夏季的熱量需求，使得一部分產生的余熱用于吸收式冷機制冷，提高了對整個的經濟性。CCHP的優點：能源安全，增加用戶電力可靠性。電網在安全性、穩定性、供電質量方面需求嚴格，一個環節故障，都會導致大規模停電。而采用如微型燃氣輪機的分布式能源系統，可以作為一個非常好的補充，保證供電的穩定，增加電網可靠性。CCHP的優點：削峰填谷，緩解電力緊張，實現能源消耗的季節平衡。夏季，CCHP的使用可以有效減少對電網的需求，削減峰量，同時還可以填補天然氣的用量低估。冬季燃氣輪機的高溫煙氣余熱利用，又可以削減對冬季天然氣的用量峰值。從而也提高了天然氣管網的利用率，降低相對維護成本。CCHP的缺點：目前使用規模均較小，安裝在樓宇內，只能使用天然氣或油品。小是個相對詞，并不是指CCHP系統可以小到為一家一戶獨立使用，而是為了一棟樓或小區進行冷熱電聯供。不如空調，熱水器這樣靈活。熱電冷聯產的構成與分類不同應用領域配置模式差異很大，主要取決于當地的能源需求結構。但總體都包括三大系統：動力系統、供熱系統和制冷系統。只是每個系統的種類選擇有很多。動力系統內燃機、燃氣輪機、微型燃氣輪機和燃料電池等。供熱系統熱源、熱網和熱用戶組成。制冷系統主要有壓縮式和吸收式制冷。動力系統內燃機。可使用天然氣、丙烷或柴油，容量從5kW到10MW。作為一個往復運動機械，將往復運動轉變為回轉后驅動發電機組，其輸出功率可以發電也可以驅動制冷壓縮機等設備。

特點：發電投資小，啟動迅速、可靠性高，變負荷性能好，余熱可以回收，是目前應用最廣的分布式發電技術，效率在25%~40%。

內燃機冷卻系統和排氣中的熱能可以用來供暖、生產熱水或給一些吸收除濕設備提供動力。燃氣輪機。利用天然氣、煤氣、油等驅動燃氣輪機并發電，排氣進入余熱鍋爐，以低壓蒸汽或熱水形式回收，滿足用戶采暖、空調和熱水要求。

特點：高效環保、排煙溫度高、便于熱回收、可利用熱能連續穩定。

目前已有尺寸小、質量輕、污染排放低、燃氣適應性廣、具有高機械效率和高排氣溫度的燃氣輪機，容量范圍從幾十kW到300MW以上，具有高發電效率（30%～40%）和高的熱效率（70%～80%）。微型燃氣輪機及其分布式能源系統。使用天然氣、煤制氣、柴油等，可為小型樓宇或小型工廠提供現場電力、熱力、制冷能源。

特點：清潔、可靠、多用途，低造價，低排放。燃料電池。可將化學能轉化成電能和熱能。發電效率比其他要高1/6～1/3，目前以低熱值定義的發電效率為40%～55%。