分布式能源系统的热力学分析_史凯
分布式空气源热泵集中供暖白皮书
分布式空气源热泵集中供暖白皮书分布式空气源热泵集中供暖白皮书简介分布式空气源热泵集中供暖是一种基于分布式能源系统的供暖方式。
它利用空气能作为能源，通过热泵技术将低温热能转换为高温热能，并将其分发到室内各个供暖终端。
与传统的集中供暖方式相比，分布式空气源热泵集中供暖具有能耗低、环保、安全性高等优点，逐渐受到人们的关注和应用。
1. 背景和发展历程1.1 能源危机和环境问题推动分布式能源发展随着经济的快速发展和全球能源需求的不断增长，能源供应面临着挑战。
传统集中供暖方式往往依赖于煤炭、石油等传统能源，导致能源消耗过度、二氧化碳排放增加等环境问题。
为了应对能源危机和环境问题，人们开始关注分布式能源系统，并以此为基础研发出了分布式空气源热泵集中供暖技术。
1.2 分布式空气源热泵集中供暖的发展历程分布式空气源热泵集中供暖技术起源于20世纪70年代初的瑞典，当时煤炭和石油价格飙升，人们迫切需要一种更加高效、环保的供暖方式。
瑞典的研究人员首先将空气源热泵技术应用于供暖领域，成功地将室外低温热能转换为室内高温热能。
随后，这一技术逐渐推广到其他欧洲国家和亚洲国家，受到了广泛关注和应用。
2. 分布式空气源热泵集中供暖的原理和工作模式2.1 空气源热泵的原理空气源热泵利用空气中的低温热能，通过蒸发器和压缩机等设备将低温热能转换为高温热能。
具体而言，空气源热泵包括：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等主要组成部分。
在蒸发器中，制冷剂吸收空气中的热能并蒸发，然后通过压缩机增加制冷剂的压力和温度，使其成为高温高压气体。
接下来，高温高压气体通过冷凝器释放热量，并将制冷剂转变为高温高压液体。
高温高压液体通过膨胀阀减压，变为低温低压液体，以重新进入蒸发器。
2.2 分布式空气源热泵集中供暖的工作模式分布式空气源热泵集中供暖通过将空气源热泵安装在室外，通过管道将高温热能传输到室内各个供暖终端，实现集中供暖。
具体而言，分布式空气源热泵集中供暖包括：室外机组、室内机组、管道和散热器等主要组成部分。
分布式能源系统的可行性和经济性分析
分布式能源系统的可行性和经济性分析一、引言分布式能源系统是一种采用分散的、小型化的能源设备进行能源生产与供应的系统，具有节能、高效、环保等特点。
本文将对分布式能源系统的可行性和经济性进行详细分析。
二、分布式能源系统的可行性分析1. 可持续能源来源分布式能源系统采用可再生能源作为能源来源，如太阳能、风能等。
这些能源来源广泛，不会因为资源的枯竭而中断供应，具有可持续性。
2. 供应安全性分布式能源系统将能源的生产与供应分散到不同的地点，降低了整个能源系统在某一地点发生故障时影响的范围。
这种分散性使得能源供应更加稳定和可靠。
3. 应对气候变化分布式能源系统使用可再生能源，减少了对传统化石能源的依赖。
这有助于减少温室气体的排放，应对气候变化。
三、分布式能源系统的经济性分析1. 资本投入分布式能源系统相比传统的中央化能源系统，需要较高的资本投入。
但随着技术的不断进步和规模的扩大，分布式能源系统的建设成本逐渐降低，预计在未来会更加经济。
2. 运维成本分布式能源系统的运维成本相对较低。
由于系统规模较小，维护和管理相对简单，无需大量的人力和物力投入，因此运维成本较低。
3. 节能效益分布式能源系统在能源生产和供应的过程中，能够减少能源的传输和损耗。
与传统的中央化能源系统相比，节能效益显著，可以降低能源成本。
4. 成本回收分布式能源系统可以通过与电网进行双向输电，将多余的能源卖给电网，并获得收益。
这有助于降低系统建设成本，并实现成本回收。
四、总结分布式能源系统具备可行性和经济性。
它采用可再生能源作为能源来源，具有可持续性；分散的能源设备增强了供应的安全性；采用分布式能源系统可以应对气候变化。
在经济性方面，虽然建设成本较高，但运维成本较低、节能效益明显，并且可以通过成本回收实现经济效益。
随着技术的进一步发展，分布式能源系统的经济性将进一步提升。
因此，分布式能源系统在未来将具备较大的发展潜力。
五、参考文献[1] Chiara, N., Castagnetti, D., & Fattori, F. (2017). Asset management for distributed energy systems: Traceability and evidences. Energy, 141, 184-199.[2] Jöhr, S., Stünzi, M., & Vieira Alves, A. (2019). A fully decentralized hybrid AC/DC microgrid to increase the share of renewable energy sources. Applied energy, 240, 963-975.[3] Su, Y., Zeng, P., & Zhao, H. (2020). Optimal investment timing and capacity of behind-the-meter distributed energy storage system considering the long-term technology learning effect. Applied Energy, 261, 114331.。
微燃机分布式能源系统的热力学分析
式 中 ： 为 空 气 物 理 热 ， ｗ ； 为 天 然 气 物 理 热 ， Ｑ ｋ Ｑ ｋ ； 为天然 气 低 热值 ，Ｊ Ｎｍ。Ｖ ｗ Ｈ ｋ／ ； 为 天 然 气 流量 ，
ｍ。 ｓ 标准 状态 ） Ｅ为发 电量 ， ｗ ； 为供 热 量 或 制 ／（ ； ｋ Ｑ， 。
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同济 大 学 与 意 大利
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翘 力 第 发 37 电 卷
国 土 资源 部 合 作 在 该 校 组 建 了 微 燃 机 D E 置 开 展 面 向用 户 的微 燃 机
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行参 数 。微燃 机 润滑 油 冷 却空 气 流量 为 ０ ９ ｋ ／ ， ． ｇ ｓ 温 升为 ３ ０℃ ； 大单 效 吸收式 制冷 机组 的额定 供热 量为 远
微燃 机 的热力 学 过 程 可 近 似 如 下 ： 气 机 和燃 压
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以来 微 燃 机 即在 小 型 D E S 领 域 得 到 了推 广应 用
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能源利用中的热力学问题
能源利用中的热力学问题热力学是物理学中非常重要的一个分支，研究的是热、能量、温度等物理量之间的关系。
在能源利用中，热力学问题也是一个非常重要的环节，合理的利用和控制热力学过程，能够大大提高能源的利用效率。
本文将从能源的三个方面，包括传统能源、新能源和化石燃料的转化利用等方面来讨论能源利用中的热力学问题。
一、传统能源的热力学问题传统能源是指石油、煤炭、天然气等能源，这些能源的热力学问题主要集中在燃烧过程中。
1.燃烧过程的热力学问题燃烧是传统能源转化为热能的主要过程，热力学问题主要包括燃烧能量的产生、传输和利用。
在燃烧过程中，热量会释放，但是又会在传输过程中丢失部分能量，因此燃烧中的能量利用效率较低。
2.传输过程的热力学问题热力学传输过程主要包括热量传导、对流和辐射传热，常见的管道、炉膛、热交换器、锅炉等，都涉及到热力学传输过程。
在传输过程中，要合理的控制传热的速度，尽量减少能量的丢失，提高能源利用效率。
二、新能源的热力学问题新能源包括太阳能、水力能、风能、地热能等，这些能源的热力学问题主要涉及能量的利用和储存。
1. 太阳能的热力学问题太阳能的利用主要有光热和光伏两种方式。
其中光热转化利用太阳光，通过收集、储存、传输、利用来产生热能，涉及到热量传导、对流和辐射传热。
而光伏转化利用太阳光则是通过光伏电池将太阳光直接转化为电能，存在着光电转换效率等问题。
2. 水力和风能的热力学问题水力和风能的利用都涉及到能量的传输和转化。
水力能的利用主要是利用水流的动能产生能量，风能的利用则是利用风力产生机械能或电能。
热力学的问题主要在于如何有效地利用动能，将其转化为电能或者机械能。
同时，能源储存也是一个重要的方面，如何在产生能量的时候将其储存起来，以便在需要的时候使用。
三、化石燃料的转化利用中的热力学问题化石燃料是指石油、煤炭、天然气等，将其转化为能源则要涉及到化学反应和热力学过程。
1. 燃料的热化学反应热化学反应是指燃料在燃烧过程中产生的热能和化学能之间的转化。
一种基于风能储能的分布式能源系统
第５ ５卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 １ ０月
汽
轮
机
技
术
Ｖ０ １ ． ５ ５ Ｎｏ ． ５
０ｃ ｔ ． ２ ０ １ ３
ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
一
种 基 于 风 能储 能 的分 布 式 能 源 系统
王 凯 ， 张 远 ， 孙 燕 平 ， 杨 科
（ １华北 电力科 学研 究院 有 限责任 公 司 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ５ ； ２ 中国科 学院 工程热 物理研 究所 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ； ３ 中国科 学院研 究 生院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９； ４ 中国科 学 院风 能利 用重点 实验 室 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ）
关键词 ： 分布 式供 能 ； 风能储 能 ； Ａ Ａ—Ｃ Ａ Ｅ Ｓ系统 ； 能量利用 分 类号 ： Ｔ Ｋ Ｏ １ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ １ － ５ ８ ８ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ ３ ３ ５ － ０ ４
中国能源研究会热力学及工程应用专业委员会三届二次会在呼和浩特召开
中国能源研究会热力学及工程应用专业委员会三届二次会在呼
和浩特召开
无
【期刊名称】《油田节能》
【年(卷),期】2007(018)003
【摘要】中国能源研究会热力学及工程应用专业委员会三届二次会议于2007年7月24-26日在内蒙古呼和浩特市召开。
会议分为3个部分，第1部分由专委会副主任委员、清华大学史琳教授主持，华北电力大学副校长、专委会副主任委员、秘书长（兼）扬勇平做专委会工作报告，内蒙古工业大学校长邢永明教授致辞，华北电力大学院士、热力学及工程应用专业委员会主任委员黄其励致辞；
【总页数】1页(PF0002)
【作者】无
【作者单位】《油田节能》编辑部
【正文语种】中文
【中图分类】G647
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3.中国妇女研究会妇女教育专业委员会第三届年会暨妇女教育与女性发展国际研讨会在长沙召开 [J],
4.中国能源研究会城市能源专业委员会2007年年会在上海召开 [J], 本刊通讯员
5.氯碱工业协会全国CPE专业委员会第三届二次常委会在威海召开 [J], 何勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
热力学发展简史
热力学发展简史热力学是研究能量转化与能量流动规律的科学，它涉及到物质的热力学性质、热力学过程以及热力学定律等方面。
本文将为您介绍热力学发展的历史，从热力学的起源开始，逐步展示热力学的发展脉络和重要里程碑。
1. 热力学的起源热力学的起源可以追溯到18世纪，当时科学家开始研究热的性质和能量转化规律。
最早的热力学研究可以追溯到法国科学家尼古拉·卡诺的工作，他提出了热力学第一定律，也被称为能量守恒定律。
这个定律表明能量在系统内的转化不会增加或者减少，只会从一种形式转化为另一种形式。
2. 热力学第一定律的建立热力学第一定律的建立是热力学发展的重要里程碑。
它由卡诺在1824年提出，他的研究主要集中在热机的效率和能量转化方面。
卡诺的研究形成为了热力学第一定律的基础，即能量守恒定律。
这个定律表明，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
3. 热力学第二定律的建立热力学第二定律的建立是热力学发展的又一重要里程碑。
热力学第二定律主要研究热能的转化过程中的能量损失和不可逆性。
在19世纪中叶，热力学第二定律的概念逐渐明确，科学家们开始研究热能的转化效率和能量流动的方向。
热力学第二定律的建立为热力学奠定了坚实的理论基础，也为工程实践提供了重要的指导。
4. 熵的引入与热力学第三定律熵是热力学中一个重要的概念，它描述了系统的无序程度。
熵的引入使得热力学的理论更加完善。
热力学第三定律是指在绝对零度时，熵为零。
热力学第三定律的建立为热力学提供了一个基准点，使得热力学的研究更加系统和准确。
5. 热力学在工程和科学领域的应用热力学在工程和科学领域有着广泛的应用。
在工程领域，热力学的理论为热能转化设备的设计和优化提供了重要的依据。
在科学领域，热力学的理论为研究物质的性质和相变过程提供了重要的工具和方法。
总结：热力学的发展经历了数百年的演变，从热力学第一定律的建立到热力学第二定律和熵的引入，再到热力学第三定律的提出，热力学的理论逐渐完善。
分布式能源中的基础科学问题
分布式能源中的基础科学问题摘要：分布式能源系统位于或临近负荷中心，不以大规模、远距离输送电力为主要目的，是建立在能量梯级利用概念基础上的一种先进供能系统。
在分布式能源系统中，可再生能源与化石能源可以通过不同形式在发电、供热和制冷等不同环节得到互补利用，由此实现能源综合梯级利用、高效转换和大幅度节能，兼具高效、环保、经济、可靠和灵活等特点。
基于此，本篇文章对分布式能源中的基础科学问题进行研究，以供参考。
关键词：分布式能源；基础科学；问题研究引言分布式能源系统具有燃料多元化的特点，不仅可以采用天然气、氢气为燃料，还可以利用太阳能、生物质等可再生能源，实现其就地生产、就地消纳。
与可再生能源结合的多能源互补的分布式能源系统处于能源可持续发展前沿，是我国实现能源可持续发展的必由之路。
一、分布式能源及储能系统的战略意义目前全球能源生产和利用格局正在发生深刻的历史性变革，能源低碳化利用、可再生能源为主体能源以及多能互补的能源体系成为各国重点发展和攻关方向。
据预测，至２０４０年可再生能源在一次能源中的占比将由目前的４％增加至约１５％。
以天然气和可再生能源为主要能量来源的分布式能源系统，将冷、热、电系统以小规模、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，该能源系统具有以下优点：直接面向当地用户需求、供能系统为中小容量、包含多种能源输入形式、满足用户多种能量需求。
分布式能源系统是对集中式供能系统的有力补充，同时为能源的综合梯级利用提供了可能，实现了能量利用率的提高，也为可再生能源的利用开辟了新的方向，在能源体系中占据重要地位。
二、我国分布式能源系统的发展机遇与挑战与欧美各国相比，我国分布式能源起步较晚。
２００２年，分布式能源概念首次被引入我国。
２００４年，《国家发展改革委关于分布式能源系统有关问题的报告》中对分布式能源的概念、特征、发展重点等做了较为详细的描述，明确了我国分布式能源的发展方向。
２０１１年，国家能源局与财政部、住建部和国家发展改革委联合下发《关于发展天然气分布式能源发展的指导意见》，对发展天然气分布式能源的重要性、目标、政策及有关措施作了全面阐述。
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1）现状 目前以天然气为燃料的分布式能源建设，已由学术研讨，进入工 程开发，在北京，上海、广东已有一批工程实现热、电、冷产，以其自身 优势和经济效益显示其强大生命力。 目前我国北京、上海、广东省已有 一批分布式热、电、冷工程投入运行，取得明显的经济效益、环保效益 和社会效益。 我国的供电系统从规模上分为集中输电网络系统、配电 网络系统和分布式能源系统 3 类。 集中输电网络系统和配电网络系统 是国家级， 省级电力部门以及地方级电力部门所经营的集中供电系 统,分布式能源系统(Distributing Energy System)[3]。 这是相对于集中供电 网络系统而言的一种分散布置的小型供电热冷站,由用户所经营。 分 布式能源系统靠近负荷(电、热、冷) ,采用较小型的能源机组向所在小 区域联供热电冷。 它所采用的机组一般是以天然气为主要燃料(燃油
2）发展趋势 我们必须提高天然气能源的利用效率。 应当注意到,发达国家在 能源价格升高的压力下, 多年来一直在不断地努力提高能源利用效 率。 分布式能源系统, 就是美国在第一次能源危机的 1973 年之后不 久开始发展的。 进入本世纪以来,美、欧、日等国都加快了发展分布式 能 源 的 步 伐 。 美 国 能 源 部 计 划 2010 年 DES/CCHP 的 发 电 装 机 容 量 达 到 92GW,占 全 国 总 用 电 量 的 14%; 2010～2020 年,还 会 新 增 95 GW, 使其装机容量占到全国总用电量的 29%。 2000 年英国新 CCHP 项目 共 1 536 个, 总 装 机 容 量 达 到 4176 GW, 计 划 到 2010 年 可 以 达 到 10 GW,增 加 1 倍[4]。 相 比 之 下,我 国 面 临 的 能 源 环 境 形 势 比 他 们 更 严 峻, 因此应当学习他们的经验,利用他们的成果,在提高能源利用效率方面 做出更大的努力。 综上所述, 中国面临着大力发展天然气 DES/CCHP, 快速提高能效、改善环境的极好机遇,从而可以从容应对能源环境严 峻形势的挑战。 天然气的利用规划进行协调整合的重点是:是 DES/CCHP 为 主 的 用 户 有 承 受 国 际 LNG 市 场 价 格 的 能 力; 可 以 推 动 天 然 气 产 业 快 速 发 展。 LNG/管输天然气规划必须与产 业 、电 力 、城 镇 等 规 划 协 调 整 合 。 作为天然气主要下游用户的工业和城镇建筑物的 DES/CCHP, 如果没 有在上述各个规划层面上与天然气供应和规划密切配合,是根本不可 能 实 现 的 。 DES/CCHP 与 电 力 发 展 规 划 的 关 系 更 为 密 切 。 美 国 到 2010 年 DES/CCHP 发电将占总发电量的 14%; 2020 年 DES/CCHP 发 电 将 占 总 发 电 量 的 29% 。 而 我 国 目 前 的 电 力 发 展 规 划 基 本 上 排 斥 DES,实际上也就是在排斥天然气的高效利用。 这个问题,如果不先在 观念、法律和规划层面上解决,DES/CCHP 是难以发展 的 。 DES/CCHP 规划是节能减排规划最有力的保证之一。 天然气多了, DES/CCHP 快 速发展了,工业和建筑物的能效即可得以大幅度提高,环境也会大大改 善 。 因 此 在 节 能 减 排 规 划 中, 必 须 把 发 展 DES/CCHP 列 为 重 要 的 内 容。 当然, 推动天然气产业、DES/CCHP 技术和其他机遇的协调整合, 还需要法律、政策等各方面举措的支持和配合。 例如,在错综复杂的 相互影响的各因素中,电力法的修改和电力体制改革的加速就是一个 很关键的因素。 但是, 只有在领导的认识和规划的层面上加以落实, 才能够有力地促进其他政策、 法律方面的前进。 历史给中国发展天 然气产业和分布式能源提供了技术,积累了经验,能源和环境的挑战也 给中国协调和同步发展分布式能源和天然气产业创造了历史的机
为备用燃料)。 由于分布式能源系统可热电冷联供, 使燃料得到梯级 利 用,其 热 效 率 可 达 70%～85% ,电 损 耗 低( 2% ～3%)。 分 布 式 能 源 系 统是一种以燃气作为能源,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,通常由发电机组、溴化锂吸收式冷(热)水机组和换 热设备组成。 该系统是将高品位热能用于发电,发电机排放的低品位 能源(烟气余热、热水余热)用于供热或制冷,以实现能源的梯级利用,目 的在于提高能源利用效率,减少碳化物及有害气体的排放。
目前国际上分布式能源系统是采用天然气作为主要能源,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。 大型发电厂中 集中式热电联产是一种成熟的能源供应形式, 然而我国大部分地区夏 季都有空调制冷需求, 并且空调制冷负荷占了相当比例的夏季电负 荷, 造成用电紧张, 因此发展各种形式的冷热电联产系统, 对一次能 源进行有效的梯级利用是解决当前能源短缺问题的一种途径。 此外, 分布式能源, 相对于大型集中式能源系统拥有高效, 灵活, 可靠性高, 面向用户等优点, 在世界范围内掀起能源供应形式的革命其中分布式 冷热电联产系统与分布式可再生能源系统一起, 在这场革命中获得了 广泛的应用, 拥有光明的发展前景[2]。 所以, 分布式冷热电联产系统的 实验与理论研究对于解决我国能源问题, 提供能源政策的依据等方面 有着重要的意义。 1.3 我国分布式能源实现热电冷联产的现状及发展方向
遇。 因此中国必须利用后发优势,跨越发展,用十几年的时间完成发 达国家几十年走过的提高能效、改善环境的历程。
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2011 年 第 19 期
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
○电力与能源○
科技信息
2 以 DES 为例进行热力学分析和计算
下 面 以 微 型 燃 气 轮 机(微 燃 机) 分 布 式 能 源 系 统(DES)为 例 ，分 析 各组件的热力学过程和火用损失的计算方法。 进行能量平衡和火用平 衡计算,确认该系统比常规能源系统在能源利用率、火用效率方面具 有更好的经济性。
【关键词】微型冷热电三联供系统；分布式能源系统，热力学分析；能量分析，火用分析 【Abstract】Compared with the traditional centralized supply power mode, the distributed energy is referred to the energy comprehensive utilization system that distributes at the user end. It’s such a system that the heating and power system is arranged near the use r with small scale, small capacity, modularization, dispersed mode. And the cold, thermal and electricity can be putout independently. The distributed energy system that takes the gas as its energy, Thermodynamic analysis on combined cooling heating and power system of distributed energy system was given, the thermodynamic process and calculation method of energy loss of each component for distributed energy system (DES) with micro gas turbine have been determined, so as to promote the healthy development of distributed energy enterprise in our country. 【Key words】Micro combined cooling;Heating and power system；The distributed energy system;Energy and exergy analysis
1 研究现状综述
1．1 分布式能源系统简介 分布式能源是指安装在用户端的高效冷热电联供系统濉溪。 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。 主要是相对于大型的区域电厂而言,广义上是 指小型的能量梯级利用系统,在用户现场或靠近用户现场的小型和微 型独立输出电、热(冷)能的系统[1]。 主要设备包括燃机、余热锅炉、非电 制热制冷机组等。 1.2 分布式能源系统的特点