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1、分布式能源基础知识一、分布式能源及天然气分布式能源国际分布式能源联盟WADE对分布式能源定义为：安装在用户端的高效冷/热电联供系统， 系统能够在消费地点（或附近）发电，高效利用发电产生的废能一生产热和电；现场端可再 生能源系统包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。分布式能源 系统可以有效实现能源梯级利用，是相对传统集中式供能方式（“规模效益”法则下“大机 组、大电网、超高压”）而言，风能、太阳能、生物能源发电等，一定程度上都可以算是分 布式能源。分布式能源具有能效高、清洁环保、能源供应安全可靠性好、削峰填谷、经济效 益好等优点。天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷
2、热电三联供等方式实现能源的梯级利 用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式， 是天然气高效利用的重要方式。二、冷热电联产冷热电联产（Combined Cooling Heating and Power， CCHP）是一种建立在能量梯级 利用概念基础上，将制冷、制热（包括供暖和供热水）及发电过程一体化的供能系统。由于冷热电联产承担了制冷、制热和发电等多项功能，故系统中的设备数量较多、功能 复杂。因冷热电联产是由热电联产发展而来，是热电联产技术与制冷技术的结合，故以下从 热电联产和制冷两个方面来对冷热电联产系统进行介绍。（一）热电联产热电联产是指发电厂既生产
3、电能，又利用汽轮发电机做过功的蒸汽对用户供热的生产方 式，即同时生产电、热能的工艺过程，较之分别生产电、热能方式节约燃料。具体的工作原理：由于燃烧形成的高温烟气不能直接做功，需要经锅炉将热量传给蒸汽， 由高温高压蒸汽带动汽轮发电机组发电，做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热。 系统中的主要设备为锅炉和汽轮机，这是我国的热电联产系统普遍采用的形式。这种系统的 技术已非常成熟，主要设备也早已国产化。（背压式和抽汽式的区别）具体到小型的天然气的热电联产可以分成两类：（1）燃气轮机或余热锅炉的排气还可以直接驱动排气直热型和排气再燃型冷温水机为用 户提供所需制冷、采暖及生活热水。这种模式下，尾气
4、余热直接由冷温水机回收进行制冷、 采暖并提供卫生热水，无须另加热交换器，系统流程简单，造价低，特别适用于无蒸汽需要 的楼宇建筑。(2) 燃气轮机驱动电机发电，排出的高温尾气通过余热锅炉回收产生蒸汽，部分蒸汽供 给吸收式制冷机，其余蒸汽通过热交换器提供采暖及卫生热水，或作为工业用汽使用。这种 模式适合于大量需要蒸汽的建筑，例如需要蒸汽消毒的医院，还适合于已经使用蒸汽吸收式 制冷机的建筑物进行技术改造。余热锅炉可以产生的蒸汽参数较高，如果增设供热汽轮机，使余热锅炉产生的较高参数 的蒸汽在供热汽轮机中继续做功发电，其抽汽或背压排汽用于供热，可以形成燃气一蒸汽联 合循环系统。这种系统的发电效率进一步得
5、到提高，可达到50%以上。当然燃气设备除了燃气轮机外还有内燃机、微燃机等。一般来讲，内燃机的发电效率明 显比燃气轮机高，一般在35%以上，多用于小型系统中；燃气轮机的供热能力较强，多用于 大型系统中。(二) 制冷制冷技术有压缩式、吸收式和其他制冷方式。压缩式的主要设备有压缩机、蒸发器、冷 凝器和节流机构，通过消耗外功并传递给压缩机进行制冷，可通过机械能的分配来调节电量 和冷量的比例。吸收式制冷机则是用发生器、溶液泵、吸收器和节流阀取代了压缩机，通过 消耗低品位热能来制冷，把来自热电联产的一部分或全部热能用于驱动制冷系统。(1)漠化锂吸收式制冷机漠化锂吸收式制冷机以水-漠化锂为工质对，其工作原理
6、为：漠化锂稀溶液在发生器中 被加热，产生制冷剂(沸点较低)一一水蒸汽，水蒸汽在冷凝器中被冷却，并凝结成液态水。 液态水经节流机构减压后进入蒸发器并在其中吸热蒸发，进行制冷，液态水重新汽化为水蒸 汽。而发生器中发生了水蒸汽的漠化锂浓溶液是吸收剂(沸点较高)，经节流阀减压后，进 入吸收器吸收蒸发器来的水蒸汽。而后，吸收了水蒸汽的漠化锂稀溶液由溶液泵提高压力送 回发生器，完成吸收制冷循环。由于漠化锂吸收式制冷机对热源参数要求低、适应性强，而且消耗电能少，所以在我国 现阶段的冷热电联产系统中最为常见。根据驱动热源的不同，可分为蒸汽型、直燃型、热水 型、余热型和复合热源型，可视热电联产系统产物选取不同机
7、型。尽管如此，漠化锂溶液易 结晶的特性和机组能效比偏低的缺点却在一定程度上制约了漠化锂吸收式机组的发展。(2)氨吸收式制冷机氨吸收式制冷机以氨-水作为工质对，其工作原理与漠化锂式有相似之处。其优点是能制取0C以下冷量而不易结晶，对除了铜以外的金属基本无腐蚀性，系统的体积也较小。其 最大缺点在与大量的氨泄露会危害人体健康。此外，它也同样具有吸收式制冷机组传热设备 较多、能效比偏低的通病。三、设备（一）燃气内燃机和燃气轮机燃气内燃机的发电效率通常在30%40%之间，比较常见的机型一般可以达到35%。 燃气内燃机最突出的优点正是发电效率比较高，其次是设备集成度高，安装快捷，对于气体 中的粉尘要求不高
8、，基本不需要水，设备的单位千瓦造价也比较低。但是内燃机也有一些不 足的地方，首先，内燃机燃烧低热值燃料时，机组出力明显下降；（一台燃烧低热值8000 大卡/立方米天然气燃料的500千瓦级燃气内燃发电机组，在使用低热值4000大卡/立方米 的焦化煤气时，出力可能下降到350400kW左右。）此外，内燃机需要频繁更换机油和火 花塞，消耗材料比较大，也影响到设备的可用性和可靠性两个主要设备利用指标，对设备利 用率影响比较大，有时不得不采取增加发电机组台数的办法，来消除利用率低的影响；内燃 机设备对焦化煤气中的水分子含量和硫化氢比较敏感，可能导致硫化氢和水形成硫酸腐蚀问 题，需要采取一些必要措施加以克
9、服。燃气轮机比较适用于高含氢低热值和气体含杂质较多的劣质燃料，一些燃气轮机甚至使 用原油和高硫渣油燃料。燃气轮机自身的发电效率不算很高，一般在30%35%之间，但 是产生的废热烟气温度高达450550C，可以通过余热锅炉再次回收热能转换蒸汽，驱动 蒸汽轮机再发一次电，形成燃气轮机一蒸汽轮机联合循环发电，发电效率可以达到45%50%， 一些大型机组甚至可以超过55%。采用燃气轮机的优势相对比较多，首先是设备的可用性 和可靠性都比较高，综合利用率一般可以保持在90%；其次，对于燃料的适应性比较强， 含硫、含尘高一点问题都不大；再有就是发电出力一般不会减少，甚至因为燃料进气量增加 而有所增加；此外，
10、燃气轮机功率密度大体积小，比较适合再移动，便于转移运行现场，这 对于存在一些不确定性的焦化厂项目的焦化煤气利用非常有利。但是，世上的事务有一利， 必有一弊，没有十全十美的事情。燃气轮机进气压力比较大，越是发电效率高的机组燃料进 气压力越高，因为焦化煤气本身没有什么压力，这就需要使用燃气压缩机，压缩燃气需要消 耗大量的能量，影响到设备的实际输出功率，一些项目甚至需要消耗燃气轮机15%20%的功 率，对于联合循环项目达到影响可能是10%15%的输出功率；采用联合循环系统存在与蒸汽 轮机相同的水资源条件要求，系统比较复杂，投资也比较大，同时搬迁也比较困难。（二）蒸汽轮机原理是由高温高压蒸汽带动汽轮发
11、电机组发电，做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热或制冷。由此机组也一般有两种，一种是背压式机组，另一种是抽汽式机组。背 压式机组不设冷凝器，用汽轮机尾部的余热作为热源，需要稳定的热负荷才能正常发电，其 优点是热效率高。而抽汽式机组设置冷凝器，在汽轮机的中段抽取一定压力（一般在1.0MPa 左右）蒸汽作为热源，其优点是热负荷可灵活调节，但热效率比背压式机组低。机组充分利 用了汽轮发电机梯级做功的原理，能够提高发电机组的热效率，纯凝汽式发电机组的热效率 一般为25%30%，而热电联产机组总热效率则在45%以上。（三）漠化锂机组（1）蒸汽型使用蒸汽作为驱动能源。根据工作蒸汽的品位高低，还可分
12、为单效和双效型。单效型工 作蒸汽压力范围为0.030.15MPa（表压）；双效型工作蒸汽压力范围一般为0.40.8MPa（表 压）。（2）直燃型一般以油、气等可燃物质为燃料。不仅能够制冷，而且可以供热（采暖）及提供卫生热 水。（3）热水型使用热水为热源的漠化锂机组。通常是以工业余热、废热、地热热水、太阳能热水为热 源，根据热源温度可分为单效热水型及双效热水型。单效型机组热水温度范围为85140C， 高于140C的热水可作为双效机组的热源。（4）太阳能型由太阳能集热装置获取能量，用来加热漠化锂机组发生器内稀溶液，进行制冷循环。该 机型分为两类，一类是利用太阳能集热装置直接加热发生器管内稀溶液；另一类是先加热循 环水，而后再将热水送入发生器内加热溶液。后者加热型式与热水型机组相同。（5）排烟利用型四、基于燃气轮机的几种典型模式（1）燃气轮机+余热直燃机（补燃型）（2）燃气轮机+余热锅炉+蒸汽漠化锂制冷+电制冷+燃气锅炉
