我国燃机分布式能源系统的应用情况(学生)综述

1、我国燃机分布式能源系统的应用情况-2014.5.12目录目录1、概述、概述2、燃气冷热电联供分布式能源系统燃气冷热电联供分布式能源系统介绍介绍3、系统的分类、特点、系统的分类、特点5、实际运行的、实际运行的DES/CCHP案例案例6、推广应用推广应用4、分布式冷热电联供能源系统经济分析分布式冷热电联供能源系统经济分析简介分布式能源系统（Distributed Energy System）在许多国家、地区已经是一种成熟的能源综合利用技术，它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点，受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐。分布式能源系统有多种形式，区域性或建筑群或独

2、立的大中型建筑的冷热电三联供（Combined Cooling heating and power，简称CCHP）是其中一种十分重要的方式。能源燃气冷热电三联供系统是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，以天然气为一次能源，产生热、电、冷的联产联供系统。它以天然气为燃料，利用小型燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等设备将天然气燃烧后获得的高温烟气首先用于发电，然后利用余热在冬季供暖；在夏季通过驱动吸收式制冷机供冷；同时还可提供生活热水,充分利用了排气热量。一次能源利用率可提高到80%左右，大量节省了一次能源。供应范围燃气气冷热电三联供系统按照供应范围，可以分为区域型和楼宇型两种。区域型系统主要 是针对

3、各种工业、商业或科技园区等较大的区域所建设的冷热电能源供应中心。设备一般采用容量较大的机组，往往需要建设独立的能源供应中心，还要考虑冷热电 供应的外网设备。楼宇型系统则是针对具有特定功能的建筑物，如写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑所建设的冷热电供应系统，一般仅需容量较小的机组，机房 往往布置在建筑物内部，不需要考虑外网建设。燃气冷热电联供分布式能源系统介绍燃气冷热电联供分布式能源系统（Distributed Energy System/ Combined Cooling Heating and Power，简称DES/CCHP），是以燃气（天然气）为燃料通过燃机（燃气轮机或内燃机）获得高品位

4、能量电力，排出的高温废气（烟气）经余热回收装置（余热锅炉或余热吸收式冷热水机）获得蒸汽、热水或冷水，向终端用户供热、供冷。它是从一次能源（天然气）转换到终端用户应用的全过程的科学用能系统，能够实现“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的科学用能思想，提高一次能源利用率；针对各类终端用户的冷热电负荷的变化、使用情况，进行认真统计、分析，采用优化集成各种燃气发电技术、各种类型制冷和蓄冷技术、热泵应用、蓄热技术以及可再生能源应用技术等，达到能效高、低碳减排、经济效益好的DES/CCHP能源供应方案。据资料预测，由于一次能源利用率可达到80%甚至90%，为2020年实现新能源发展规划的要求，我国D

5、ES/CCHP的装机容量可达5000万kw，就能降低一年碳排放达数亿吨，为节能减排做贡献。分类方式方式内容内容特点特点系统意见图系统意见图（1）燃气轮机发电装置+余热锅炉+抽凝式汽轮机发电装置+烟气/热水换热器+蒸汽吸收式制冷机+减温减压装置一般采用轻型或重型燃气轮机发电装置，发电能力可在50MW500MW范围，建设在有较大供热、供冷负荷的各种类型的“园区”或集中的商务区（CBD），为了适应冷、热负荷的变化情况配置了抽凝式汽轮机组和减温减压装置。由于规模较大通常能源站应外供1MPa左右的蒸汽或150以上的高温热水，在“园区”内需冷、热负荷的终端用户或邻近处设供冷站或供热站，以较好地满足终端用户

6、的冷、热需求，但这些供冷站、供热站应由DES/CCHP能源站统一进行管理、调度，以期实现优良的一次能源利用效率。（2）燃气轮机发电装置+余热锅炉+背压式汽轮机发电装置+烟气/热水换热器+蒸汽吸收式制冷机+热水型吸收式制冷机+蒸汽/热水换热器+电制冷机这种基本流程主要适用于中小型DES/CCHP能源站，发电能力可在10MW100MW范围，建设在较小规模的“园区”或在“园区”内设多个分散能源站或一些公共建筑集中的建筑群；为了适应终端用户的冷热负荷变化，设置了多种制冷方式和换热装置。DES/CCHP能源站对外供应热水、冷水和电力。分类方式方式内容内容特点特点系统意见图系统意见图（3）燃气轮机发电装置

7、+高压余热锅炉+背压式汽轮发电装置+低压余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机+蓄冷装置+蓄热装置+换热装置由换热装置制取热水供应用户。利用蓄热装置调节用户热负荷变化时的供热量。夏季余热制冷量不能满足用户需冷量时，应设电制冷机增加制冷量，满足用户所需冷量。若冬季供热量需求较大时，可根据具体条件配置热泵系统供热，满足用户对热量的需求。这种流程适用于25MW以下的中小型DES/CCHP能源站。（4）燃气轮机发电装置+补燃型吸收式冷暖机+电制冷机（热泵型）+烟气/热水换热器+蓄热装置一定压力的燃气与经压气机压缩的空气在燃烧室燃烧后驱动透平机发电和排出400650的高温烟气，补燃型吸收式冷暖机夏季只利

8、用高温烟气制冷，若制冷量不能满足用户需冷量时，以电制冷机补充不足冷量；吸收式冷暖机冬季利用高温烟气制热，若制热量不能满足用户所需热量时，采用补燃增加冷暖机供热量；还可根据项目的实际条件采用热泵系统增加供热量。由于吸收式冷暖机排出的烟气温度为150180，为利用烟气显热和冷凝热配置烟气/热水换热器，夏季供应生活热水等，冬季增加供热量。流程还设置了蓄热器用于各类高峰期的热量调节。分类方式方式内容内容特点特点系统意见图系统意见图（5）燃气轮机发电装置+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机（热泵）+换热装置+燃气锅炉燃气轮发电装置排出的高温烟气经余热锅炉生产一定压力的饱和蒸汽，夏季将蒸汽送入蒸汽型吸

9、收制冷机制冷供用户所需冷量，不足冷量由电制冷机补充；冬季将蒸汽送至汽水换热装置得到规定温度的热水供应用户供热，不足热量可由热泵系统和燃气锅炉补充供热。不同的DES/CCHP能源站的适用范围基本相似，均可适用于小型燃气轮机发电装置的DES/CCHP能源站，但应根据具体工程项目的终端用户的冷、热负荷及其不同时段的变化情况和当地的条件（包括气象条件、可能获得的热泵系统的热源、占地状况、地质条件等），经过技术经济比较，进行设备配置和系统集成优化后合理选择，达到一次能源利用率高、节能减排的优选方案.（6）燃气内燃机发电装置+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机+烟气/水换热器+汽/水换热装置+水/水换

10、热装置+蓄热装置这种基本流程主要用于MW级以上的燃气内燃机发电装置，为了充分利用内燃机的烟气和缸套水、中冷水的多种余热，设置余热锅炉利用高温烟气生产0.50.8 MPa 的饱和蒸汽，再利用烟气/热水换热器将烟气降至6080；缸套水和中冷水经水/水换热装置降温循环。夏季采用蒸汽吸收式制冷机制冷，不足的冷量由电制冷机补充；冬季采用蒸汽/水换热装置得到热水与水/水换热装置得到的热水共同供热用，为调节热负荷设置一定容量的蓄热装置。这种流程应用场所夏季应具有一定容量的热负荷，以充分利用缸套水等余热所获得的热水；冬季热负荷较大时，可在余热锅炉上设置补燃装置在高峰热负荷时段进行补燃供。分类方式方式内容内容特

11、点特点系统意见图系统意见图（7）燃气内燃机发电装置+烟气/热水型吸收式冷暖机+烟气/水换热器+水/水换热装置+电制冷机（热泵型）+蓄冷装置这种流程适用于小型的DES/CCHP能源站。内燃机的高温烟气和缸套水等分别接入吸收式制冷机的高压发生器和低压发生器，可以得到较好的制冷效率，为适应终端用户对冷热负荷变化的需求，配置了电制冷机、蓄冷装置冬季由烟气/热水吸收式冷暖机供应热水，也可将缸套水等经水/水换热装置与烟气/水换热装置将烟气降温至6080共同提供热水，不足热量可根据所在地区条件，在具有合适低温热源的寒冷地区或需供应热水时配置热泵型电制冷机提供热水；或在吸收式冷暖机配置补燃装置满足冬季高峰段的

12、供热需求。（8）燃气内燃机发电装置+热水型吸收式制冷机+电制冷机（热泵）+燃气锅炉这种基本流程主要适用于小型DES/CCHP能源站。内燃机的高温烟气经烟气/水换热装置获得9095的热水，内燃机的缸套水等可与上述热水串联或并联进入热水型吸收式制冷机制冷，也可通过配置的水/水换热器装置获得终端用户所要求的供热温度的热水。夏季不足冷量由电制冷机补充供应，冬季不足热量可根据当地条件配置热泵型电制冷机或燃气锅炉或二者皆有的方式供热。在实际应用中应根据项目的实际条件和冷热负荷变化情况，结合DES/CCHP（六）或（七）进行技术经济比较后选择。分类方式方式内容内容特点特点系统意见图系统意见图（9）微燃机+补

13、燃吸收式冷暖机微燃机排出的烟气经吸收式冷暖机利用余热制冷后排放大气由于微燃机设有回热器、排出烟气温度较低，为适应终端用户冷热负荷变化的需求宜设补燃装置补足供热、制冷。这种流程只适用冷热负荷较小的建筑物。（10）微燃机+热水型吸收式制冷机+电制冷机（热泵）微燃机排出的烟气经烟气/水换热器将烟气降温至8595，充分利用烟气显热和潜热获得90左右的热水夏季采用热水型吸收式制冷机制冷，不足冷量由电制冷机补充；冬季直接应用热水供热，不足热量根据具体条件可采用热泵系统补充供热或配置小型常压燃气锅炉补充供热分布热电联供系统的特点 与常规的集中供电方式相比，分布式冷热电联供系统具有以下优点：(1)安置在用户附

14、近，是合理的能源梯级利用方式，它不仅提高了能效，降低电力成本，且满足了建筑冷热需求，大大减少电厂电网建设投资，避免远距离输配电损失。(2)以天然气为燃料，大幅降低了CO2、NOX、SO2等温室气体排放，有效促进大气环境改善。(3)南方夏季燃气处于用气低谷，而用电处于高峰，采用燃气分布式冷热电联供系统可以缓解夏季用电高峰的压力，起到削峰平谷的作用。(4)相对独立，与大电网配合，提高了供电的可靠性，减少了由于电网拉闸限电、电网崩溃和意外灾害等引发的供电事故所造成的巨大经济损失。(5)不受冷热电负荷大小的相互制约，可以匹配各类规格、大小不一的发电机，克服了冷能和热能无法远距离传输的困难，满足各种建筑

15、冷热电负荷要求。(6)建设周期短，系统安装简单，维护便捷，系统集成化程度高，可实现远程监控和无人值守。综合以上优点并结合实践经验表明，发展冷热电联供系统是高效利用天然气、改善环境、降低成本的最佳方案之一。分布式冷热电联供能源系统经济分析、DES/CCHP经济性的本源以天然气为一次能源的DES/CCHP系统发电同时提供取暖、制冷等用途。DES/CCHP“联供”系统同传统的“热电联产”的重大区别：一是通过各种技术的优化集成，真正实现能源的梯级、循环、高效利用，是循环型的能源经济。二是“就地直供”，可以大幅度节省电网的建设投资、输变电损耗和运营费用，削减电网的峰荷从而提高运行效率并节省调峰电厂的建设

16、投资；可以避免多次转换损失和“高能低用”。规模在1050MW的DES/CCHP单位投资40004500元/kW，略高于联合循环电站，但电网投资很少，运行时间可达5000h/a以上，且建在负荷中心，冷、热、电均可就地直供，在优化的集成匹配下总的终端能源利用效益可高达90%，据最新的项目经济核算，在天然气价格2.5元/m、直供电价0.80元/kWh、区域供冷价格0.46元/kWh条件下，一个中等规模（10MW）的DES/CCHP的投资回收期不超过10年，项目收益的40%来自供冷和热水。DES/CCHP还能改善城市大气环境和平衡电网的峰谷差、前者可通过参与发达国家的“碳税交易”（CDM）而直接获得数

17、量可观的投资补偿。后者可根据各地数据计算。、影响DES/CCHP经济性的因素负荷及时间分布我国南北气候差异很大，因而供暖和空调需求负荷差别很大。不同功能的建筑物需求负荷以及昼夜分别差别也很大。空调系统气候是影响分布式能源系统经济的一个重要因素。表1是暖通行业研究院调研小组2005年对几大城市公用建筑的空调运营时间的调查结果。表1 四大城市空调评价年运营时间表 h空调平均年运营时间北京上海长沙广州酒店3845602564506588写字楼、机关1350108016501921商场2880144024162928注：1）根据建筑标准和使用情况进行的结算（2）采暖和热水系统在南方，只有冬季有少量的采

18、暖，夏季生活热水需求量也少。而北方，一年有56个月需要集体供暖，这期间采暖负荷会随气温的变化（030）而变。按城市热力网设计规范的建筑物采暖热指标，居民住宅的采暖治标推荐值为5864W/。但随着建筑节能的深入，维护结构隔热性能的改善，采暖热指标将会降低。（3）不同建筑的负荷的时间分布城市住宅、工业、机关的用能时间各不相同。居民住宅用能高峰在八个小时工作时间外，一般集中在晚间的19：0023：00，而机关用能高峰在八小时工作时间之内，商业负荷高峰在下午和晚间，酒店则全天都有负荷；工厂负荷分过程工业（24h）和离散制造业（816h）。以上因素使得DES的实际运行时间随地域和功能而变化。不论南方或北

19、方，春秋两季不需供冷或采暖；东北地区供暖时间约56小时，夏季有12个月的供冷负荷；中部地区的冷、暖负荷介乎其间。因此，系统全年能按冷热电联供高效运行的时间一般为40006000h/a，比过程工业的8000h/a短，但比做调峰用的联合循环电站（一般不超过4000h/a）长。年运行时间是影响项目经济性的一个重要因素，它决定设备的使用年限和折旧率，从而影响投资回收期、因此，不同的地域和建筑物类型，DES/CCHP项目的经济性会有差别。2.规模化及集成优化目前国内外有上万个DES，绝大部分是小型的，一次能源发电的功率一般在1MW左右甚至更低，大于10MW的很少。这是因为这些小型的DES多半用于商业建筑

20、、医院、酒店、商场、机关、学校等一栋建筑物或一个单位；冷热点需求总量少。其实国外大型DES数目不多，但是容量都很大。以美国1999年数据为例，大型DES平均装机容量为78MW，数量只占其DES总数的2.8%，但发电容量却占42.8%。大型DES都是以集中供热或区域供冷作为基础的，因其冷、热负荷总量很大，燃气轮机容量也很大。大型的DES/CCHP包括酒店、写字楼、商场和居民住宅，负荷大，运行时间长，冷和电的负荷高峰错开，区域供冷系统的同时系数小，设备初投资低，设备运行负荷率高，因而经济性较好、针对地域和建筑物类型的特点，采取相应的集成优化对策，实现优势互补，可使特定条件下的DES/CCHP项目经

21、济性有所改进。我国在现有公用建筑能量系统改造中，适宜采用规模为50MW左右甚至规模更大的机组，与大型的区域供冷系统或供暖系统结合，并且与末端系统的创新改进集合起来，会使系统的经济性大大改善。小型DES/CCHP的优点是单位或建筑物内直供，输送距离短，没有销售和纳税的问题；但机组小，必然导致单位投资高、效率和运行负荷率低，没有多种用户互补，因此系统的经济性显然不如规模大的项目。但许多地方适宜发展小型的DES/CCHP，特别是电价高、空调和热水需求量大的商业建筑。DES/CCHP项目配置必须能满足冷热负荷变化及能源价格等外部边界条件的大幅度变化，实现变化工况下的实时优化运行。所以必须把系统的配置和

22、设备选型建立在集成优化设计和柔性设计的基础上，才能实现能源用户、投资商、电网、社会四赢的目标。3.气、电价格及其比价（1）电价和天然气价格的影响天然气价格决定DES/CCHP的主要成本，燃料成本占总成本的比重最大。火电类公司运行成本中燃料费用占44%78&。天然气上涨50%，投资回收期最大增幅达229%。气价变动会对系统经济性产生重大影响。电价是决定DES/CCHP收益的一项重要因素。我国现行电价制度是按不同用户类型来制定价格，不同用户电价相差近66%，天然气用于发电、DES/CCHP和民用的价格也不相同。气与电的比价直接影响到分布式系统的经济效益。由于很大一部分收益来自于直供电，且冷、热水的

23、传统功能方式也来自电，若替代较高价格的工业、商业用电，就有很好的利润空间。因此与DES/CCHP对比的分供系统电价基准不同，DES/CCHP的经济性也不同。（2）比价的地域差异我国各地经济发展程度不同，一次能源（煤、油、天然气）和电的输运距离和费用也不同，因而气和电价格及其价格比各不相同。一般来说，西部靠近天然气产区气价相对低廉，但同时煤和水力资源丰富，电价也相对较低；东南沿海能源缺乏而需求巨大，电依靠西部，天然气靠长途管输或LNG，所以价格都比西部高、不过，DES/CCHP所需机械设备多产自沿海地区，设备/能源的比价比西部便宜许多，因而更有利于上高效节能的DES/CCHP项目。（3）天然气和

24、电定价机制各国天然气价格中，发电用气价远低于民用，其价格比日本为1/9，而我国为1/22/3.见表2.表2 国外各类用户用气价格表国家居民用气工业用气发电用气日本9.9483.8411.11美国1.640.8690.54意大利470213610.918注：以上含税价，单位为元/m（人民币）。联合循环发电等大型终端用户通过专用直通管道于干线管网联接，无需降压、配需，费用比民用低得多，而且负荷量大稳定，有助于平衡峰谷差。而民用和商业用户的服务成本很高，且符合系数小、量波动大，应当也能承受较高的价格。（4）冷、热水价格DES/CCHP能源利用效率高，集成优化和规模效应能发挥时间分布互补等优势，故生产

25、的冷、热水成本低。供应的冷、热水的价格一般只包含维护和用水成本。因节省了用户自身设施的投资费用，所以用户获得了实际利益。4.政府的协调、规划、政策扶持因素（1）统筹规划保证规模和集成优化DES/CCHP系统的集成优化涉及气候条件、能量需求、能源价格以及与电网、天然气公司、各种用户之间的关系。把DES/CCHP纳入地区规划是发展DES/CCHP最重要的条件。此外，冷热电区内供应价格也须受政府部门的监管，需由政府牵头组织前期项目方案的可行性研究，进一步通过市场机制向前推进。（2）电力直供中国现行的电力法特别是其第25条限制了分布式能源系统的发展。节能法（急计基础20001268号）积极支持热电联产

26、的发展，但都缺乏实施的细则和可操作性。发电在区域内直供是DES/CCHP两大经济效益之一，可以说没有电力直供的法律支持和保障，大型DES就不可能发展起来。（3）税收优惠按照我国税法，直供电也须缴纳17%的增值税和33%的所得税。而DES/CCHP实现资源综合，符合国家减、免税的政策，且其节能靠的是利用低品味能量、区内直供和集成优化，如此重税使投资难以回收；再者居民使用电空调和电（燃气）热水器，并不用缴税，故此项税收应当免征，或先征后返。（4）天然气价和供应保障建设分布式能源站和其运行带来的社会效益远超过建设调峰电厂；对电网调峰、改善环境、拓展天然气下游市场方面的贡献也较大。天然气公司应协同制订

27、发展DES/CCHP的规划，优先保证供气，并提供与联合循环电厂相同的价格。在国外，天然气公司参与DES项目的投资和运营，也值得借鉴。 、总结DES/CCHP的直接经济效益在于能源的梯级、循环、高效利用以及避免多次转换、传输损失的“就地直供”。但并非任何同时具有冷热电供应需求的地方都能经济地建设DES/CCHP系统。冷热电负荷需求和时间分布以及气、电价格比是影响DES/CCHP项目经济性最终要的客观因素。发挥集成优化和适当规模化的优势应能改善DES/CCHP的经济性。而政府在规划、政策支持、税收优惠等方面采取强有力的措施，可以大大增加DES/CCHP项目的经济性，以推动其健康发展。实际运行的DE

28、S/CCHP案例一 广州大学城DES/CCHP项目，2009年10月建成并试运行，2010年暑期开始供冷。该能源站设有2套发电能力为78MW的燃气蒸汽联合循环燃气轮机发电机组，燃气轮机发电装置的发电效率为38%，排出的500烟气至余热锅炉产生4.0 MPa 的过热蒸汽至汽轮机发电装置；余热锅炉排出的烟气经烟气/水换热器降温后排放，换热得到的60热水与汽轮机凝汽器的冷凝潜热获得的热水汇合后供应大学城的生活热水；广州大学城的区域供冷系统的总供冷能力为11x104冷吨，由设在能源站内蒸汽吸收式制冷站和三个由能源站直接供应电力的电制冷/蓄冷供冷站组成；该DES/CCHP系统的一次能源利用率可达80%。

29、实际运行的DES/CCHP案例二 上海浦东国际机场燃气冷热电联供能源中心，2000年投入运行，设有1台4MW的燃气轮发电装置+余热锅炉（11t/h）+蒸汽吸收式制冷机（1500RT、4台）+电制冷机（4000RT、4台+7200RT、2台）+燃气锅炉。夏季燃气发电装置的高温烟气经余热锅炉生产的蒸汽与燃气锅炉生产的蒸汽，由吸收式制冷供应机场空调用冷，不足冷量由电制冷机补充，生产电力除供能源站自身使用外还供临近用电设备应用；冬季生产的蒸汽供应机场使用，不足热量由燃气锅炉补充。该能源站运行多年，经济社会效益明显。实际运行的DES/CCHP案例三 北京亦庄经济开发区华润协鑫（北京）公司的燃气蒸汽联合循环发电站经技改，增设热水型、蒸汽型吸收式制冷机实现燃气冷热电联供。该发电站设有两套75MW燃气蒸汽联合循环热电联产