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1、 分布能源与建筑能源的优化整合（二）在传统建筑能源系统中，由于每一个系统都是相对孤立的，所以增加功能必定增加投入。但对于分布能源技术而言，它通过有效整合过去相对孤立的电力、热力、燃气等能源系统，实现系统综合优化，从而实现降低总体工程造价和配套费用的目的。分布能源优化整合建筑能源系统假如我们在城市中建立一座大楼，采纳传统方式，为了消防等安全要求，我们需要建立两路供电系统。有时为确保楼宇电力系统的供给安全，以满意将来的各类使用者的要求，还不得不选购安装应急柴油发电机和与之配套的系统；为了解决采暖问题，我们需要接入集中供热，或者采纳燃气锅炉，或许是电锅炉和相应的电力系统；制冷需要制冷机组，可能是电力
2、离心制冷机、直燃机或单体电空调，也可能是地源或水热泵；解决做饭和生活热水需要接入燃气和购置燃气热水器；假如采纳中心空调，或许还要除湿设备；若是智能楼宇还需要一个比拟大的UPS电源。以北京为例：建筑物电力系统投资100-500元/平方米不等，平均约250元/平方米；集中采暖资源费80-120元/平方米；电空调平均100元/平方米。假如采纳分布式能源，或许仅需要一条自然气管道，最多增加一条帮助供电线路，建一套热电冷能源中心就可以完成上述多个系统的功能。假如条件不允许，也可以采纳液化自然气/石油气，建立一个独立的“岛”式能源系统。建筑能够在规划阶段就采纳这一设计理念，对绝大多数建立工程来说是可以实现
3、降低工程造价的目标。采纳分布能源技术不仅仅在工程造价中能得到优化，在系统使用上也可得到长期经济效益。道理很简洁，以上海居民公寓为例：1立方米自然气价格为2.1元，采纳微燃机热电冷联产可以产生2.472.98元的产值，利用1立方米自然气节省0.370.88元支出；假如是北京的宾馆，自然气价格1.8元/立方米，每利用1立方米自然气可以节省0.761.06元能源支出。各类用户平均节省支出水平在2060%之间，效益特别明显。分布能源的主要技术装备目前世界各国的能源技术讨论专家们，正充分发挥想象，利用一切最新科技成果，并尽力挖掘各类传统技术，研制生产了各种各样的分布式能源设备。例如：以美国Solar公司
4、为代表的小型燃气轮机；以英国Bowman公司为代表的微型燃气轮机；以美国Cat公司为代表的燃气内燃机；以美国STM公司为代表的燃气外燃机，以及燃料电池、太阳能电池、太阳热发电、余热汲取式制冷机组、楼宇式风力发电、楼宇式抽水蓄能发电、污水热泵能量回收系统、微型污水处理站沼气回收系统、微型垃圾焚化余热利用系统等等。由于大家对与燃气内燃机和小型燃气轮机的技术都已比拟熟识，所以这里我们着重介绍有标志性的两种燃气机组热电（冷）系统。微型燃气轮机：中国科学院工程热物理讨论所分布能源技术专家徐建中院士将微燃机称之为“分布能源的核心技术”。由于微燃机是一种构造简洁便于大量工业化生产、余热品质高适合热电冷联产、
5、技术潜力大的能源转换设备。同样是燃气轮机，微燃机将传统燃机的多级空气压缩机叶轮和动力透平叶轮构成的转子一次周密铸造成为一个轮盘转子，一边是空气压缩机，一边是动力叶轮，让转子在滑油或空气轴承上高速旋转，带动永磁发电机产生高频沟通电，经过可控硅电子变频掌握器进展“交直交”可控变频，自动跟随电网的频率、相位、周波并网发电。这一设计大大简化的发电和掌握系统，不仅可以有效降低造价，还可以有效降低运行本钱。为了提高效率，微燃机普遍采纳了回热循环技术，利用燃机排出的600-700高温烟气，对压缩过的空气进展预热，并使之提高到250以上，使燃烧基温提高，并让燃料能够充分燃烧，实现节能。微燃机转子与永磁电机 电
6、子变频掌握器微型燃气轮机采纳了模块化集成设计，每一个机组就是一个独立的发电单元，可以独立使用，也可以多台机组阵列布置，特别敏捷。由于微燃机排烟温度在287-650以上，可以与余热汲取制冷机组实现直接对接，同时因微燃机排烟中含氧超过15%，可以与燃料再燃，能够直接提高直燃机和锅炉的燃烧效率。微燃机还可以使用包括沼气在内的低热值燃料，应用范围特别广泛。微型燃气轮机与余热汲取制冷机组直接对接的试验正在进展，美国马立兰州大学建立了一套测试系统，利用微燃机发电的余热制冷和除湿，该工程已经运行两年。北京燃气集团采纳英国Bowman 80kW GT80微型燃气轮机为根底组织了一套热电冷联供系统，目前正在安装
7、。上海理工大学一套采纳Capaston 60kW微燃机组成的热电冷系统也在安装测试之中。与直燃机的直接对接是否适用，还需要进一步讨论和通过运行考验。但是利用BowmanGT80微型燃气轮机烟气的余热锅炉能产生140kW高温热水和蒸汽，可以产生8.5-15万大卡的冷量，能满意1500-2500平方米建筑的制冷需要，而蒸汽或热水制冷机组技术非常成熟，价格也更加低廉，运行安全牢靠。业主可以依据需要采纳不同的技术路线，但该技术的有用性已经确立无疑。Bowman微型燃气轮机发电容量80kW，烟气供热量140kW，另有10kW热量来自滑油冷却水，温度足以供给生活热水。机组自身也采纳了模块化组合设计，回热器
8、、余热锅炉、燃气增压机、并网/独立发电双模式模块全部是选装设备，使用特别敏捷。该机组采纳较为传统的滑油轴承，其噪音明显小于空气轴承，仅77分贝（1米），而且不同于空气轴承不能紧急停机。滑油每年更换一次，油滤半年更换一次，其他根本没有什么大的维护工作，设备大修周期为3-5年。机组长3米，宽0.8 米，高1.8米，重1.8吨（含余热锅炉），布置特别敏捷。标准型可每小时生产90热水150kW，氮氧化物排放25ppm。设备可在室内布置，也可以放在室外，很敏捷。燃气外燃机：对于只使用热水的用户，例如：宾馆饭店、游泳池、洗浴中心和公寓热水系统，外燃机热电联产系统的优越性是无与伦比的。外燃机利用的历史悠久的
9、斯特林循环，犹如蒸汽火车头的原理，在热端加热管束中的介质，利用介质膨胀做功推动活塞运行出力产生电流和60的热水。STM外燃机热电系统 外燃机内部构造示意图STM外燃机作为一个独立模块，将发电、冷却、供热、掌握等各种功能全部集成于一身，每一模块就是一个独立发电单元。因而组成的发电系统不管是单台，还是多台机组阵列，既不需要厂房，也不需要现场掌握室，完全实现现场无人职守。每台机组都可通过一般网线或电话线进展远控，而遥控掌握端，仅需要一台使用Win95视窗的一般PC机即可。因此，系统造价大大低于其他技术，且使用极为敏捷便利。 8台机组组成的阵列发电系统STM外燃机发电出力55kW，效率31.5%，噪音
10、68分贝（1米），氮氧化物排放8ppm，一氧化碳为1ppm，是目前世界上最环保的热发电机组。设备震惊特别小，运行时可将一枚1元硬币直立在机壳上不倒。体积为长2.59m、宽0.86m、高1.1m（不含散热器）。该设备供电同时可供热90kW，相当每日供给60热水50吨，综合热电联产效率为82%。由于外燃机的独特设计，对于燃料的热值和成分要求较低，热值2670大卡/立方米以上的燃气，无论是自然气、煤气、煤层气，还是沼气、生物质热解气、氢气等都可使用。进气压力仅为0.0170.136kg/cm在城市低压和次中压管道上即可使用。STM外燃机是一种长寿命、低维护机组，因零件仅为内燃机的50%，所以性能牢靠
11、，维护简洁，大修周期5万小时。通常耗材只有机油、冷却液、去离子水和火花塞。机油为一般汽车机油，2年更换一次；冷却液为汽车防冻剂；用于制造功质的去离子水，每年填加一次；火花塞因不同于燃气内燃机需频繁工作，所以没有使用更换寿命限制，只需要定期检查。运行缺乏本钱内燃机的1/10。STM外燃机的供电系统特别简洁，采纳异步发电机，由电网的电力启动系统，随电网的周波、频率和相位运行，在电力到达输出能量时自动并网供电。电力380V 输出，在用户端低压系统供电，削减不必要的投资和损耗。设备有完善的爱护系统，电力消失不正常波动和电网断电，可以快速反映，完全确保用户电力系统和电网的安全。中国第一套20kW外燃机热
12、电联产示范验证工程由清华大学、北京燃气集团和中国能源网，在新加坡STK 公司资助下正在北京进展测试，该系统将为清华每日供应480kWh电力并为北区学生浴室供应24吨洗澡水，解决约500名学生的洗澡需求。分布能源系统设计应用的一些问题设计应用分布能源系统一要摆脱传统能源系统设计理念的惯性思维，二要用于创新。当一件新生事物消失时，在我们还不能完全理解和清晰熟悉的时候，肯定不要预先设置立场。分布能源是一种基于需求的能源系统，一切应当实事求是，从用户的实际需要动身，同时尽力在适用性和经济性中寻求平衡。“岛网”之异：对于进展分布能源国内外专家始终存在是建立“能源岛”还是建立“能源网”的不同看法。所谓“岛
13、”就是系统完全独立，自给自足，完全不依靠电网供电，甚至燃气也采纳双燃料，不受制于任何人。而“网”则强调于电力和燃气系统的乐观融合，追求设备利用的化和能源供给的安全性。许多能源岛是被电力垄断逼出来得，进展岛式能源系统，出于电器设备启动要求，装机容量需要的比拟大，投资比拟铺张，同时由于完全不需要电网，电网一分钱也赚不到，对谁都没有好处，是一种极端的做法。随着电力垄断被逐步打破，电力改革进一步深入，电力部门和用户都应当选择投资更少，使用效率更高的能源网系统。日本的阅历是分布能源系统的发电容量在25-35%之间，缺乏局部由电网补充，友好供电，相互依存。“以热定电”还是“以电定热”，在确定分布能源系统设
14、计原则时，设计人员往往困惑于上述问题。假如根据国家四部委联合公布的（计根底）1268号关于进展热电联产的规定“以热定电”的要求设计，机组选型不是大就是小，不易匹配。在北京燃气集团调度大楼工程中，中国电机工程协会热电专业委员会王振铭秘书长提出的设计原则建议，该工程能源配置的原则是“以基荷电力定容量，缺乏电力从电网补充，缺乏热量补燃解决”和电力“并网不上网售电”。因此燃气发电装置的功率选择，接近或小于大楼要求的实际电力需求，并具有较大的调整敏捷性。与建筑标准的关系问题。我国建筑工程中与能源相关的标准，通常都是在比拟极端的边界条件下确定的，与实际运行状况的需求相差甚远，大大超过根本负荷需求。假如根据
15、建筑标准设计分布热电冷系统，唯恐没有一套系统能够开起来。上海黄埔中心医院就是一个典型的例子：根据标准的标准需要2套1180kW小型燃气轮机，当时由于资金缘由只建了一套，结果建好运行，一台也只能到达60%的负荷出力。除了电力，热和冷也不能根据建筑标准设计，否则热量和冷量也是难以用掉的。解决这一问题可以采纳复合系统技术，利用日间和夜间气温变化，采纳蓄热和蓄冷技术削峰填谷，实现自身平衡。假如还不能满意可以使用一局部电力制冷，利用多余电量，到达综合平衡。在北京一些工程中，依据讨论分析实际需要的能量为电力20W/m2、采暖30W/m2、制冷40W/m2。热电冷联产是一种新兴技术，需要在摸索中查找规律，照搬传统标准确定是不适合的。分布能源多为模块化组合，假如发觉容量明显缺乏或过多可快速调整。分布能源的安全性问题。一些地方的电力部门反对分布能源系统主要的理由是对电网的安全影响，认为小电源必定担心全。实际上美国、欧洲已经使用该技术20余年，并没有影响电网的安全供电，所以各国才乐观推广。目前的主要设备电子自动化程度特别高，安全性大大好于传统发电系统，电流的品质特别直高，远好于电网与建筑系统的连接安全问题，也可以通过优化设计解决。所以，安全牢靠性不是主要问题，关键还是利益机制。电力改革的一个重点就是加强竞争，爱护环境，有效利用资源，随着电力改革的深入，阻力将逐步消退。
