天然气分布式能源技术及其应用

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综合 考量 ,人们 比较一 致 的看 法是 :在城 市应 该采 用天 然气 或 以天 然气 为主 、太 阳能 为辅 的能源 组合 来 发展分 布式 冷热 电联供 系统 。
分 布式 能源 系统 是建在用 户侧 ,直接 面对 用户 ,按 用 户需 求提供 各种 形式 能量( 主要 是 电力 、 汽 、 蒸 供
机) 吸 收式 制 冷 机 联合 ;先将 天 然 气 燃烧 产 生 的 与
1 0 0 ℃ 以上 高温 燃 气 用 以驱 动 燃 气轮 机 ( 内燃 0 或
机) 做功 、发 电 ,再利 用 30 50 ℃ 的发动机 排气 0~ 0
通 过余 热锅 炉产 生蒸汽 :在夏 季用 于驱动 吸 收式双 效溴化 锂蒸 汽型 机组 ,对 外提供 7 ℃左 右 的冷水 , 供 制冷 空调 ;在 冬季 则通 过换热 器提 供 6 ℃ 的热 5 水 以供 暖( 在复 杂循环 中, 则先用 较 高温度 的蒸 汽驱 动 汽 轮 机 发 电 ,再 用 汽 轮 机 排 汽 驱 动 吸 收式 制 冷
能减 排优 势 的分布 式能 源系统 ,作 为 2 l世 纪科 学
用 能 的最佳 形式 蓬勃 兴起 ,得 到世界 各 国的普遍 重
视 和推 广运 用 ,发展迅 速 。
大 小 、燃料 种类 或技 术 ,也 不论 该系 统是否 与供 电
网联 网。
在 我 国 ,分布式 能源 系统也 引起 人们 的广泛 关
热力 循环系 统有机 地 结合在 一起 、来 同时满足 能源 和环 境性 能等 多 目标 需求 的复杂 系统 。其 总体性 能 不仅 与各 子系统 的具 体形式 和性 能参数 有关 ,更 为 重 要 的是 还 取 决 于系 统 构 成 的 流程 方 式 以及 各 子 系 统 间的热力 参数 匹配情况 。因此 ,系统集 成技 术 涉 及到 分布式 冷热 电联供 系统 的各个 层面 ,是 决定
据 此界 定 ,分布 式能源 系统 的形 式多样 ,既包 括 微型 或小 型燃气 发 电、风 力 发 电、光 伏发 电 ,太
注 。国家 “ 二五 ”规划 已将促 进分 布式 能源系 统 十
的推广 应用 作 为战略 目标 之一 ,或成 未来 一个 时期 能源发 展 的重要 方 向,在调整 能源 结构 、转变 经济 发展方 式 的大变 革 中发挥 重要作 用 。 1 分布式 能源 系统 的界 定及 主要 发 展方式 分布 式能源 系统 是一 种根据 工程 热力 学原理 , 按 “ 度对 口、热能梯 级综 合利 用 ”原 则 ,着 力提 温 高 能 源 利 用 水 平 的概 念 、方 法 及 其 相 应 的 能量 系
天 然气 分布 式 能源 集 燃气轮 机 、燃气 内燃 机 、 吸收式 冷热 水机 、压缩 式冷 热水 机 、热 泵 、吸收 式 除湿机 和 能源综 合控 制等 高新 技术 和设 备于 一体 , 通 过 对 输 入 能量 及 内部 能 流 根 据 热 能 品位 进 行 综 合 梯级 应用 ,以达 到更 高 的能源利 用 率 、更 低 的能
统 。所 谓 “ 分布 式 ”是 相对 于传 统 的集 中式供 能系
统而 言 的 。分布 式 能源 系 统既不 同于传 统 的 “ 大机 组 、大 电厂 、大 电网 ”的集 中式 能源 生产 、供 应模 式 ,又 与传 统概念 中的 “ 小机 组 ”有着本 质 区别 。
和 优 化 能源 结构 以及 改 善 城 市环 境 质 量 等 诸 因素
推 广和 发展 天然气 分布 式 能源 ,是解 决 我 国能 源 与环 境 问题 的重要技 术途 径 ,也 是构建 未来 新一 代 能源 系统 的关键 技术 。
合 理安 排不 同 品位 和形 式 的能量 、以及各 分系 统构
成 的优化 匹配 与转 换利 用 ,总体 合理 地利 用不 同品 位 的物 理能 ;即着 眼于更 好 的总效 果 ,而 不拘泥 于 单 一 设 备 或 工 艺 过 程 的 能源 利用 率 或其 他 性 能 的 提 高 。核心 问题 在于 能 的综合梯 级利 用 ,即按 能量
阳能 高温 集 热发 电 ,燃料 电池 等独立 电源技 术 ,也
包 含 燃 料 电池一 燃 气 轮机 联 合 循 环 及 分 布 式 冷 热 电联 供 系 统 等 。其 中 ,冷 热 电联 供 系 统 ( mbnd c ie o c in ,haiga d o r C P 是 分布式 能源系 ol g et n we,C H ) i n p 统发 展 的主 要方 向和 主要形 式 ,也 是最 具活力 、实 际应 用最 多的一种 方 式 。 分布 式 冷 热 电联 供 系 统 可 以利 用各 种 化石 能 源 和 各式可 再生 能源 ,或 是化石 能源 与可再 生能源 的互 补组合 。但 从能源 的来源 、品位 、供 能稳 定性
源。
能源 联盟 所做 的
) 02 )2 1 年第 4 上 海 煤 气 期
Ap I plc
天 然 气 分 布 式 能源 是 在 热 电联 产 系 统 基 础 上 发展起 来 的一种 总 能系统 ,它直接 面 向用户 ,按 用
户需求 供 电、供 冷 、供热 、供 应生 活热 水等 。
4 天 然气 分布式 能源 的技术 关键
重要 用户 的安全 供 电 。
与传统 的 、单一 功能 的简单热 力循环 和热 电联
32 装 机 容量 多为 中小容量 ,灵活性 大 ,调控 简便 . 天然 气分 布式 能源 ,主要 是针 对局 部用户 的 需 求 ,其系 统容 量受 到用户 需求 的制约 。因此 ,相对
上海煤气 21 年第4 ( 02 期 (艿
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性 方 面 的 可 能不 足 ,可 有 效 提 高 用 户 的供 电安 全 性。 尤其 是在 电网崩溃 或意外 灾害( 如地 震 、 风雪 、 暴 严重 冰冻 、战争 、人为破 坏等) 况下 ,仍可确 保对 情
个 功 能 目标 ,满足 用户 的特殊 需求 。
7% 0 ,甚至 可 高达 9 % 0。
级地 转 化能量 并尽 量缩 小两 级之 间 的温 差 ,才 能实
现 能量 的有效 利用 。 天 然 气分 布 式 能源 采 用 燃 气 轮机 ( 燃气 内燃 或
直接安置在用户近旁的天然气分布式能源与
大 电 网相 互配 合 ,有 力地弥 补 J大 电 在 安全稳 定 ,
应 中心 ,直接 面对 当地用 户 的需求 ,就布 置在用 户
附近 ,于 是 便 简 化 了系 统 提供 用 户 能量 的输 送 环
节 ,从而减 少 了能量 输送 过程 的能量 损 失与输送 成
本 。根据 国际 分布式 能源 联盟 提供 的数据 , 目前 有 相 当数量 的发 电量 损耗 在输 配 电过程 中 ;若从用 户 端计 算 ,集 中式供 电的一次 能源 利用率 尚不足三 分 之一 。而天 然气 分布 式能源 的一 次能源 利用 率超 过
冷 、供 热 、去 湿 、通 风和 热水) 的中小 型、多 目标功 能的能量 转换 、综 合利 用系 统 。
j 2 0 年 成立 的 国际分布 女 02
在 实践 中,人们把 利用 天然气 为主 燃料 ,通 过 冷热 电联 供方 式实现 能源梯 级综 合利用 ,一次 能源 利用 效率超 过 7% 0 ,贴近 负荷 中心就 地实现 冷 热 电 三联 供 的分布 式能源 系统 ,统 称 为天然气 分布 式能
热 机上 最好 ,因为可 以得 出较 多的机械 功 ;低 品位 能源 就 只 能作 为 提 供 生 产 较 低温 度 的 蒸汽 或热 水
之 用 , 1 0 ℃ 以上 的热 能 尚可用 于驱动 吸 收式制 如 7 冷 机组 ,而 6 ℃以下 的热 能就只 好充 当加 热冷水 0 使用 ,各 得其 所 。这 就 是说 ,能量 品质存 在 高低差 异 ,依其 温度 而 定 ,是 呈现梯 次 的 。不 过 ,无 论 多 高温 度 的热量 也不 可 能完全 转化 为功 ,因此只 有综 合考 虑 能量所 具有 的数 量和 品质 两方面 的属性 ,逐
显而 易见 ,对理想 热机 而 言 ,高温 热源 的绝 对 温 度 越 高越好 ,低 温冷 源 的绝对温 度 越低 越 好 。诚 然 ,理 想 热机效 率 高 ,实 际 的热 机 效率相应 也高 。 高 ,表示 能源 所产 生 的工质 ( 气或 蒸汽) 燃 温 度 高 ,称 做高 品位 能源 。 低 ,表示 热机 废气 的 温 度 比较低 ,就 叫做低 品位 能源 。高 品位 能源 用在 31 能源 损 失少 、输送 成本低 、供 电安全 . 天 然 气 分 布 式 能源 作 为服 务 于 当地 的能 量 供 作为 新一代 的供 能模 式 ,天然 气分 布式 能源 是 集 中式供 能系统 的有 力补 充 。它具 有分 布式 能源 系 统 的所 有特 点 。
源 成本 、更 高 的供 能安全 性和 更好 的环保 性 能等 多
功 能综 合 目标 。
机) ,从而 实现 能 的综 合梯 级利 用 。
天 然气 分布 式能源 的 总体 思路 ,是 根据 “ 度 温 对 口,热能梯 级综 合利 用 ”原理 ,在 系统 的高度上 综合 考 虑能量 转换 过程 中物 理能 的梯 级利用 ,通 过
于集 中式供 能系统 而言 ,其 装机 容量仅 为 中 、小容 量(w 级至 Mw 级) k ;其 中楼宇 型天然 气分 布式 能
产系 统相 比 ,天然气 分布式 能源 是一种 更加 复杂 的
能量 转换利 用系统 。它不是 各种用 能子 系统 的简单 叠加 ,而 是一个 通过 系统集 成将 非热 力循环 系统 与
3 天然气 分布 式 能源 的特点
在理 想条 件下 ( 温传热 、 恒 没有 任何 摩擦 发 生) , 理想 热机 的热 效率 为 :y lT仍 ,其 中: 是 高温 / —2 =
热源( 质) 工 向热 机传 热 的绝对温 度 ,
向低温 冷 源传 热 的绝对温 度 。
是 热机废 气
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天 然 气 分布 式 能源 技 术 及其 应 用
上海 液 化 石 油 气 经 营 有 限 公 司 吴 齐 伟
摘要 :推广和发展具有明显节 能减排优势 的天然气分布式能源 ,是科学用能 ,解决我国能源 与环境 问题 的重 要技术途径,也是构建未来新一代 能源系统 的关键技术。文章扼要地介绍 了分布式能源 系统 的概念 、内涵和 总体思路 ,重点讨论了分布式能源 系统 的主要发展形式— —天然气 分布 式能源的技术特 点、技术关键 、应用 发展情况及其未来的发展趋 势。展望天然气分布式能源在我 国现 已进入实质性快速起步阶段 ,即将迈 向规模
化 Hale Waihona Puke Baidu 施 进 程 ,产 业 前 景 广 阔 。 关键 词 :天 然 气 分 布 式 能源 展 望
0 前 言
近 年来 ,以天然 气 为主要 能源 的、具有 明显 节
界 定 ,分布 式 能源 系统 包括 高效热 电联 产 、就 地式
可 再生 能源系 统 以及 能量循 环 系统( 包括利 用废 气 、 余 热或压 差来 就地发 电) ,同时 , 这些 发 电系统 应能 在 ( 在靠 近) 费 的地 点提供 电力 ,而 不 论其 项 目 或 消
2 天 然气分 布式 能源 的总体 思路
对 分析热 机性 能至 关重 要 的热 力 学第二 定律 , 用来 分 析能源 利用 充分 与否 ,研 究提 高热 机效 率 的 方向。
品位 的 高低 ,“ 能高用 ,低 能低用 ” 高 ,进行 梯级 利 用 ;尽量 做到 “ 物尽 其用 ” ,避 免 “ 大材 小用 ” 。从 而得 到在 经济 效益 、能源利 用率 和碳排 放三 方面 都 比较 满意 的一 体化 系统 。
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