热电联产系统

《热电联产系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热电联产系统（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三章热电（冷）联产系统一什么是热电（冷）联产系统如图1所示，通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变成低体味的热 能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏日的空 调，从而形成热电冷三联供系统。为了和谐热、电和冷三种动态负荷，实现最正确的整 体系统经济性，系统往往需要设置紧缩式制冷机和锅炉，乃至蓄能装置等。能源转换效率方面所具有的突出优势热电（冷）联产系统在能源转换效率方面所具有的突出优势，使得其活着界各国的能源 领域多数具有显著地位。欧洲委员会在大气改变计谋的能源框架中，将热电联产放在 超级重要的位置。被以为是对实现排放目标奉献最大的一项技术，其减少C

2、02排放量的潜 力为210Mt,占总目标的四分之一。为了增进热电联产事业的进展为了增进热电联产事业的进展，欧洲委员会在财政、税收、科研、政策等方面作出了大 量工作。1977年，成立了专门的咨询机构，对如何提高供热效率、加速热电联产的进展 进行探讨。1988年出台了有关条文和谐热电联产业主与电力部门之间的关系，要求电力 部门必需以合理的价钱购买热电联产厂多余的电，减少热电联产厂家的后顾之忧。在技 术开发与研究方面，欧盟国家在1991年就开始实施旨在提高能源效率的SAVE打算”，许 多热电联产与区域供热的研发示范项目取得了该打算的资助。另外在1978年开始实施二热电（冷）联产的要紧形式热电联产系统

3、锅炉加供热汽轮机由于煤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。锅炉加供热机热电联产系统适应于以煤为燃料。这也是我国的热电联产 系统普遍采纳的形式。这种系统的技术已超级成熟，要紧设备也早已国产化。由于这种 系统占地大，负荷调剂能力差，发电效率低，一样在煤改气的热电联产中得以应用，新 建燃气热电联产系统很少采纳这种形式。燃气轮机热电联产系统燃气轮机热电联产系统分为单循环和联合循环两种形式。单循环的工作原理是：空气经 压气机与燃气在燃烧室燃烧后温度达1000C以上、压力在1-的范围内而进入燃气轮机

4、推 动叶轮，将燃料的热能转变成机械能，并拖动发电机发电。从燃气轮机排出的烟气温度 一样为450C600C,通过余热锅炉将热量回收用于供热。大型的燃气轮机效率可达30% 以上，当机组负荷低于50%时，热效率下降显著。考虑到热和电两种输出的总效率一样 能够维持在80%以上。燃气轮机组启停调剂灵活，因此关于变更幅度较大的负荷较适应。 目前工业燃气轮机的生产大体上来自西方国家，女如GE,ALSTOM, SIEMENS,SOLAR,ABB燃气轮机热电联产系统上述单循环中余热锅炉能够产生的参数很高的蒸汽，若是增设供热汽轮机，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

5、热，能 够形成燃气-蒸汽联合循环系统。这种系统的发电效率进一步取得提高，可达到50%以 上。内燃机热电联产系统内燃机热电联产系统当规模较小时，它的发电效率明显比燃气轮机高，一样在30%以上， 因此在一些小型的燃气热电联产系统中往往采纳这种内燃机形式。可是，由于内燃机的 润滑油和气缸冷却放出的热量温度较低（一样不超过90C），而且该热量份额专门大， 几乎与烟气回收的热量相当，因此这种采暖形式在供热温度要求高的情形下受到了限制。 内燃机的生产厂家有总部这在瑞士 的WARTSILA NSD公司、德国的MANB&W公司和美国 的 CATERPILLAR公 司等燃料电池燃料电池它是把氢和氧反映生成水放出

6、的化学能转换成电能的装置。其大体原理相当于 电解反映的逆向反映。燃料（H2和CO等）及氧化剂（O2）在电池的阴极和阳极上借助 氧化剂作用，电离成离子，由于离子能通过在二电极中间的电介质在电极间迁移，在阴 电极、阳电极间形成电压。在电极同外部负载组成回路时就可向外供电。燃料电池种类 很多，依照利用的电解质不同，要紧有磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池 （MCFC）、固体氧气物燃料电池（SOFC）和质子互换膜燃料电池（PEMFC）等。燃料电池具有无污染、高效率、适用广、无噪声和能持续运转等优势。它的发电效 率可达40%以上，热电联产的效率也达到80%以上。目前，多数燃料电池正处于开发研

7、 制种，尽管磷酸燃料电池（PAFC）等技术成熟并已经推向市场，但仍较昂贵。鉴于燃料 电池的独到优势，随着该项技术商业化进程的推动，必将在以后燃气采暖行业起到愈来 愈重要的作用。从事燃料电池研究和开发的单位要紧有美国的国际燃料电池、联信、Plug Power、Analytic Power、Onsi和西屋等公司，加拿大Ballard公司，日本的三菱、松下、三 洋、东芝、宣士电机和富士电机等公司，德国MT U公司和西门子公司等。我国也有大连 化物所等多家单位从事燃料电池的研究。热电冷联供系统由上述各类热电联产装置与制冷机及其他部件（如热网、蓄冷器等）的组合，可形成多 种热电冷联产系统形式。小型热电（

8、冷）联产装置可设置在一个建筑物内，发电直接供 建筑物的用电负荷，所产生的热（冷）量由建筑物内管网输送至各房间。大型热电（冷） 联产系统，即以热电厂为热源的区域供热QH）或区域冷热联供（DHC）系统，发电一 样直接输送至电网，而热（冷）量那么通过热网输送给各建筑物用户。若是依照热网输 送介质的不同来划分，大型热电冷联产系统的形式要紧有三种，即热水输送、冷水直供 和蒸汽输送。三热电（冷）联产的进展现状十九世纪七十年代末期，在欧洲一些人口密集的城区，开始显现了由往复式蒸汽机带动 的发电机，并对蒸汽机的乏汽加以利用，这是初期的热电联产系统。在本世纪初期，由于纯 发电开始产生显著的规模效益，热电联产系统

9、没能取得进展。二战后，区域供热在北欧、苏 联和一些东欧社会主义国家取得普遍应用，并带动了热电联产的进展。而在欧洲其他国家, 由于燃料丰硕、廉价，热电联产进展缓慢。在经历了1973/1974年和1979/1980年两次石油危 机后，以热电联产形式为主的区域供热、区域供冷开始受到西方国家的重视。美国将区域供 热列入其政府节能打算，英国国会那么评判区域供热为减少国家能耗的重要手腕，而法国更 是以立法的形式推动热电联产的进展。美国最近几年来热电联产进展美国最近几年来热电联产进展迅速，热电联产装机容量在19801995年的15年间由12000MW增加至45000MW。目前，热电联产装机容量已占美国总装机

10、容量的约。在日 本能源供给领域中，要紧以热电联产系统为热源的区域供热（冷）系统是仅次于燃气、 电力的第三大公益事业，至到1996年共有132个区域供热（冷）系统。燃气轮机热电（冷） 联产和汽轮机驱动紧缩式制冷设备是日本热电（冷）联产的要紧形式。在欧洲，欧共体 的热电联产发电量已占其总发电量的9%（其中丹麦、芬兰和荷兰已达到30%以上），并 打算到2020年达到18%,这将减少二氧化碳排放亿吨。区域供冷区域供冷没有区域供热应用的如此普遍，但由于其在经济上的吸引力也正活着界范围内 慢慢被提倡和应用。1962年美国在Harford city,Connecticut建成世界上最先的区域供冷系 统，并可

11、同时供给蒸汽。目前美国已有超过60个区域供冷系统。日本的区域供冷进展最 快，而欧洲也已有多个热电冷联产系统投入运行。我国热电联产建设我国早在建国初期，学习苏联体会，重视进展热电联产建设。在供热机组占全数火电设 备总容量中，从1952年的2%增加到1957年的17%，仅低于苏联，居世界第二位。在经历 了七十年代的进展低潮后，随着改革开放和经济的进展，我国热电联产又取得了专门大 进展。至V1999年末，我国单机容量6000千瓦以上的热电机组装机容量达万千瓦，占同期 同容量火电机组的。这些机组要紧以煤为燃料，即热电厂是由燃煤锅炉和抽凝（或背 压）汽轮机组组成。在供冷方面，热电冷联产形式的区域供冷在我

12、国方才起步，但进展迅速。全国多个城市 拥有在燃煤热电厂基础上成立的热电冷联产系统，如济南热电冷联产系统的供冷总容量近几 年已从无进展到，杭州两个正在建设的热电冷联产系统供冷总容量将超过120MW。在燃气 轮机或内燃机基础上成立的燃气热电冷联产系统也已显现，如上海黄浦区中心医院和浦东国 际机场热电冷联产系统，北京的燃气集团大楼和清华大学校园热电冷联供系统等。四热电（冷）联产的研究现状和方向尽管热电（冷）联产系统在西方国家已取得较为普遍的应用，而且组成热电（冷） 联产系统的各要紧设备的产品已经超级成熟和完善，可是由于我国在能源结构、价钱、 治理体制和冷、热、电负荷等外部条件与国外存在不同，这就造成

13、了热电冷联供系统在 我国大中城市的推行应用，仍需要研究一些技术方面的重要课题。热电冷联供系统评判体系的研究成立一套以城市能源系统为中心的热电冷联供系统评判体系，从经济-能源-环境等各 类角度全方位对热电冷联供系统进行评判，并与其它城市供热、供冷和供电形式进行比较, 为热电冷联供系统的推行应用奠定基础。关于具体的工程项目，依照外部环境的不同，通过 该评判模型，能够确信最正确的热电冷联供系统形式和运行模式。热电（冷）联产系统的优化研究热电冷联供系统优化配置的研究这包括：组成热电冷联供系统的各要紧部件的模型， 例如热电机组、制冷机组、热泵机组和蓄能装置等；整体系统最正确配置的建模和算法;不 同外部环

14、境下系统最正确配置选择等。热电冷联供系统优化运行的研究针对全年转变的热电冷负荷，在上述热电冷联供系 统最正确配置的基础上，提出合理的运行模式和运行方案，是一个十分复杂的研究课题。热电冷联供系统和谐操纵研究由于一天中不同时段的电价和电力、热（冷）负荷的 转变，实现合理的热电联产系统的运行方式以达到最正确的经济效益，不对系统进行优化操 纵是不行的。为此，需要研究开发出一套将热电联产系统和供热（冷）系统作为一个整体的 优化和谐热电（冷）联产操纵系统。重点装置的研发与应用小型楼宇热电冷联产系统的研发：由于楼宇具有独立的热、电、冷负荷和系统规模小等特点， 热电冷联供系统的配置和运行问题尤其重要。需要研究

15、热电机组容量、型式，制冷机、余热 锅炉的搭配，蓄能装置的利用，热电冷装置与电网的接入与和谐等诸多问题。因此，应在上 述研究的基础上，进一步专门加以研究和分析。重点装置的研发与应用蓄能系统的研究：为了和谐冷热负荷与电负荷的关系，往往需要在热电冷联供系统中设置蓄 热蓄冷系统。在热电冷联产系统中应用蓄热蓄冷系统在我国尚没有体会。因此，对蓄热蓄冷 装置的型式、结构和在整个热电冷联供系统中的运行策略研究是必不可少燃料电池的研究：燃料电池的发电效率可达40%以上，热电联产的效率也达 到80%以上。鉴于燃料电池的独到优势，随着该项技术商业化进程的推动， 必将在以后热电（冷）联产系统中占据重要的地位。因此，燃

16、料电池本身及 在热电（冷）联产中的应用研究是超级成心义的。除湿系统与热电联产的结合除湿系统的研究:除湿系统所利用的热量品位往往比吸收式制冷机更低，且能源利用效率 更高。因此，除湿系统与热电联产的结合往往是更为先进的热电冷联产系统，国外一些 研究机构也对此开展了研究工作。因此除湿系统及其在热电冷联产中的应用研究是一个 新的方向。热电（冷）联供系统的创新研究本项研究要紧包括系统新运行模式和系统流程与配置的创新研究，就系统新运行模 式的研究方面，要紧指针对不同外部环境下的热电冷新运行模式的提出和研究。就系统 流程与配置的创新研究而言，要紧指热电联产与电动热泵、蓄能装置的结合、电动制冷 与吸收式制冷等不同形式的系统配置与流程的创新与研5应用实例北京XX宾馆热电冷联产项目技术经济方案中国能源网（）北京XX宾馆热电冷联产项目技术经济方案为适应北京申办奥运会要求，和