天然分布式能源的节能计算及影响因素——李先瑞

1、天然气分布式能源的天然气分布式能源的节能计算及影响因素分析节能计算及影响因素分析李先瑞李先瑞中国建筑科学研究院目目 录录1.分布式能源的重要特性分布式能源的重要特性节能性节能性2.分布式能源全年综合利用率的计算分布式能源全年综合利用率的计算 3.分布式能源节能率的计算分布式能源节能率的计算4.热电比对节能的影响热电比对节能的影响 5.负荷率对节能的影响负荷率对节能的影响6.最大负荷小时对节能的影响最大负荷小时对节能的影响 7.同时使用系数对节能的影响同时使用系数对节能的影响 8.不同地区不同建筑的能耗不同地区不同建筑的能耗分布式能源的重要特性分布式能源的重要特性节能性节能性v 与燃煤热电厂的热

2、效率比较与燃煤热电厂的热效率比较v 天然气分布式能源全年综合利用率计算公式天然气分布式能源全年综合利用率计算公式 年平均能源综合利用率（年平均能源综合利用率（%）；）； W 年净输出电量（年净输出电量（kWh）；）； Q1 年有效余热供热总量（年有效余热供热总量（MJ）；）； Q2 年有效余热供冷总量（年有效余热供冷总量（MJ）；）； B 年燃气总耗量（年燃气总耗量（m3）；）； QL 燃气低位发热量（燃气低位发热量（MJ/m3） 分布式能源全年综合利用率的计算分布式能源全年综合利用率的计算v 全年综合利用率也称为天然气分布式能源系统的燃全年综合利用率也称为天然气分布式能源系统的燃料利用系数，

3、是指分布式能源系统生产的冷、热、料利用系数，是指分布式能源系统生产的冷、热、电三种产品的总能量与其消耗的燃料能量之比。该电三种产品的总能量与其消耗的燃料能量之比。该参数是在利用效率法（即能平衡法）分析时的有效参数是在利用效率法（即能平衡法）分析时的有效性系数。性系数。 分布式能源节能率的计算分布式能源节能率的计算v 系统节能率系统节能率 节能率是反映三联供系统先进性的一个重要指节能率是反映三联供系统先进性的一个重要指标，三联供系统的节能主要体现在天然气就近标，三联供系统的节能主要体现在天然气就近梯级利用的高效与传统大电网供电方式到用户梯级利用的高效与传统大电网供电方式到用户端较低的供电效率相比

4、较的优势。对于具体项端较低的供电效率相比较的优势。对于具体项目而言，节能率是指采用三联供系统与原来用目而言，节能率是指采用三联供系统与原来用户可能采用的常规供电和空调方式相比所节省户可能采用的常规供电和空调方式相比所节省的一次能源消耗量。的一次能源消耗量。v 供热期节能率供热期节能率= v 供冷期节能率供冷期节能率=v 式中式中 -燃煤电厂发电效率与电网输配效率的乘积燃煤电厂发电效率与电网输配效率的乘积 -燃气锅炉效率燃气锅炉效率 -燃气分布式能源系统的发电效率燃气分布式能源系统的发电效率 -燃气分布能源系统余热利用率燃气分布能源系统余热利用率 COPa -吸收式制冷机性能系数吸收式制冷机性能

5、系数 COPe -电制冷机性能系数电制冷机性能系数 X -电制冷机承担的冷负荷电制冷机承担的冷负荷 Y -吸收式制冷机承担的冷负荷吸收式制冷机承担的冷负荷分布式能源节能率的计算分布式能源节能率的计算v 热电比即热电厂发热量和发电量的比值。根据热电比即热电厂发热量和发电量的比值。根据分分布式供能系统工程技术规程布式供能系统工程技术规程中的相关规定，热电中的相关规定，热电比根据下式进行计算：比根据下式进行计算：v 热电比热电比=供热量供热量/（供电量（供电量 3600千焦千焦/千瓦时）千瓦时）100%。v 在一定的发电效率之下，热电比越高总热效率越高，在一定的发电效率之下，热电比越高总热效率越高，

6、要求余热利用程度越高，热损失越小。根据要求余热利用程度越高，热损失越小。根据关于关于发展热电联产的规定发展热电联产的规定，要求供热式汽轮发电机组，要求供热式汽轮发电机组的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产，应符合下的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产，应符合下列指标：列指标： 热电比对节能的影响热电比对节能的影响v 1）单机容量在）单机容量在5万千瓦以下的热电机组，其热电比万千瓦以下的热电机组，其热电比年平均应大于年平均应大于100%；v 2）单机容量在）单机容量在5万千瓦至万千瓦至20万千瓦以下的热电机组，万千瓦以下的热电机组，其热电比年平均应大于其热电比年平均应大于50%；v 3）单机容量）单

7、机容量20万千瓦及以上抽汽凝汽两用供热机万千瓦及以上抽汽凝汽两用供热机组，采暖期热电比应大于组，采暖期热电比应大于50%。v 4）燃气）燃气蒸汽联合循环热电机组热电比应大于蒸汽联合循环热电机组热电比应大于30%。v 5）在）在分布式供能系统工程技术规程分布式供能系统工程技术规程中规定：热中规定：热电比年平均不应小于电比年平均不应小于55%。 v 我国主要城市各类型建筑物的热电比我国主要城市各类型建筑物的热电比燃气内燃机的余热量及适用范围燃气内燃机的余热量及适用范围v 燃气内燃机的余热量燃气内燃机的余热量v 燃气内燃发电机组所搭建的燃气内燃发电机组所搭建的CCHP系统，主要使用于系统，主要使用于

8、以下几个市场：以下几个市场：v医院与宾馆医院与宾馆v 医院和宾馆的特点在于对热的需求较多，较稳定，而医院和宾馆的特点在于对热的需求较多，较稳定，而且用电负荷也比较稳定。这样的负载，特别适合燃气且用电负荷也比较稳定。这样的负载，特别适合燃气发电机组作为主发电的发电机组作为主发电的CCHP系统。医院与宾馆的装系统。医院与宾馆的装机容量一般在机容量一般在300-3000KW。v公共交通枢纽公共交通枢纽v 机场与火车站，运行时间长，建筑物空间高度大，对机场与火车站，运行时间长，建筑物空间高度大，对于电力和供热（制冷）的需求都相当大，这样的负载，于电力和供热（制冷）的需求都相当大，这样的负载，非常适合燃

9、气发电机组作为主发电的非常适合燃气发电机组作为主发电的CCHP系统。他系统。他们的装机容量一般在们的装机容量一般在3000-30000KW。v有制冷（加热）需求的工厂有制冷（加热）需求的工厂v 很多工厂的工艺要求里面都有制冷或者加热工序，而很多工厂的工艺要求里面都有制冷或者加热工序，而且需求量相当大。比如注塑，酿酒，窑炉等。他们的且需求量相当大。比如注塑，酿酒，窑炉等。他们的装机容量一般在装机容量一般在500-5000KW。v数据中心数据中心v 数据中心使用了大量的计算机，其中数据中心使用了大量的计算机，其中40%的电力用来的电力用来给计算机使用，给计算机使用，60%的电力给空调使用，空调则是

10、给的电力给空调使用，空调则是给计算机降温的。他们非常适合用燃气发电机组来做冷计算机降温的。他们非常适合用燃气发电机组来做冷电联供系统。发电机组的余热所产生的制冷量，作为电联供系统。发电机组的余热所产生的制冷量，作为计算机的冷源。他们的装机容量一般在计算机的冷源。他们的装机容量一般在10000-50000KW。 燃气轮机的余热量及适用范围燃气轮机的余热量及适用范围v 燃气轮机的余热量燃气轮机的余热量v 燃气轮机可以分别采用：余热锅炉燃气轮机可以分别采用：余热锅炉+背压式汽轮机。背压式汽轮机。余热锅炉余热锅炉+抽汽凝汽式汽轮机。余热锅炉抽汽凝汽式汽轮机。余热锅炉+抽汽抽汽背压式汽轮机，单纯是余热锅

11、炉，来组合成为热电背压式汽轮机，单纯是余热锅炉，来组合成为热电联产的联合方式循环机组。联产的联合方式循环机组。v 热电联产机组的一个重要参数是功率系数，它的涵义热电联产机组的一个重要参数是功率系数，它的涵义是指：机组的供电量与供热量的比值。在燃气是指：机组的供电量与供热量的比值。在燃气-蒸汽蒸汽联合循环型的热电联产机组中，它的一个特点是功率联合循环型的热电联产机组中，它的一个特点是功率系数值比较高，这是由于燃气轮机的作功能量占主导系数值比较高，这是由于燃气轮机的作功能量占主导地位的缘故，因而这种类型的热电联产机组比较适宜地位的缘故，因而这种类型的热电联产机组比较适宜于在相对需要较多电能的场合使

12、用。于在相对需要较多电能的场合使用。 v 热电比对天然气分布式能源的节能率也有一定的影响热电比对天然气分布式能源的节能率也有一定的影响（见图）（见图）v 从上图可知，当全部使用自己发电量，热电比为从上图可知，当全部使用自己发电量，热电比为1.2时，节能率可达时，节能率可达20%。 热电比对节能率的影响热电比对节能率的影响v 负荷率负荷率K2v 供热区热用户的负荷不可能总在额定负荷下连续运行，供热区热用户的负荷不可能总在额定负荷下连续运行，而是根据各自的生产特点，在不同的时间阶段有不同而是根据各自的生产特点，在不同的时间阶段有不同的负荷，常引入负荷率来衡量其负荷饱满程度。负荷的负荷，常引入负荷率

13、来衡量其负荷饱满程度。负荷率率K2就是该时间阶段内热负荷平均与额定热负荷之比。就是该时间阶段内热负荷平均与额定热负荷之比。v 对热用户对热用户v 对于整个供热区对于整个供热区 负荷率对节能的影响负荷率对节能的影响v 一般情况下，可用所提供的最大热负荷值来代替额定一般情况下，可用所提供的最大热负荷值来代替额定热负荷。时间一般可取年、季度或月。例如年负荷率热负荷。时间一般可取年、季度或月。例如年负荷率即为全年（指即为全年（指8760h）的平均热负荷与全年最大热）的平均热负荷与全年最大热负荷之比。负荷之比。v 供热负荷率供热负荷率v 不同气候区冷水机组的部分负荷运行时间分布不同气候区冷水机组的部分负

14、荷运行时间分布 空调负荷率空调负荷率燃气内燃机不同负荷率时的效率燃气内燃机不同负荷率时的效率v 燃气轮机利用压气机进气导叶的开度来调节空气进气燃气轮机利用压气机进气导叶的开度来调节空气进气量，调节范围为量，调节范围为10075%。当负荷小于。当负荷小于75%，只能通过控制燃料来控制燃气轮机的出力。所以燃气只能通过控制燃料来控制燃气轮机的出力。所以燃气轮机低负荷运行时，效率会大幅度下降，轮机低负荷运行时，效率会大幅度下降，50%负荷负荷时效率下降时效率下降57%，故燃气轮机不适宜于带部分负，故燃气轮机不适宜于带部分负荷运行，空载时的燃料消耗量高。下图是通用燃气轮荷运行，空载时的燃料消耗量高。下图

15、是通用燃气轮机部分负荷下的效率变化。对于以商业建筑为主的冷机部分负荷下的效率变化。对于以商业建筑为主的冷热电三联供系统，由于空调负荷变化幅度较大，所以热电三联供系统，由于空调负荷变化幅度较大，所以采用燃气轮机发电装置时需要充分考虑负荷的调节方采用燃气轮机发电装置时需要充分考虑负荷的调节方法，避免出现效率大幅度下降的现象。法，避免出现效率大幅度下降的现象。 燃气轮机不同负荷率时的效率燃气轮机不同负荷率时的效率v 通用燃气轮机部分负荷下效率变化通用燃气轮机部分负荷下效率变化 最大负荷小时数对节能的影响最大负荷小时数对节能的影响v 最大负荷小时数：最大热负荷利用小时数最大负荷小时数：最大热负荷利用小

16、时数H1 v 计算时段内累计的热负荷总量相对于在该时间段内最计算时段内累计的热负荷总量相对于在该时间段内最大热负荷值下的运行小时数，称为最大热负荷利用小大热负荷值下的运行小时数，称为最大热负荷利用小时数。时数。v 最大负荷小时数最大负荷小时数v 最大负荷小时数是判断发电设备使用率的一个简单指最大负荷小时数是判断发电设备使用率的一个简单指标，一般来说对于投资较高的燃气发电机组等设备，标，一般来说对于投资较高的燃气发电机组等设备，其满负荷时数越长，说明其使用率越高，对于其初投其满负荷时数越长，说明其使用率越高，对于其初投资的回收、系统的经济性越为有利。资的回收、系统的经济性越为有利。v 式中，式中

17、， n：发电设备最大负荷小时数，：发电设备最大负荷小时数，h； Wyear ：发电设备全年发电总量，：发电设备全年发电总量，kWh； Cap：所有发电设备的总装机容量，：所有发电设备的总装机容量，kW。v 设计合理的三联供系统中其发电设备最大负荷小时数设计合理的三联供系统中其发电设备最大负荷小时数一般宜大于一般宜大于3500h。同时使用系数对最大负荷的影响同时使用系数对最大负荷的影响v 根据计算预测的冷负荷，确定总装机容量，重点是确根据计算预测的冷负荷，确定总装机容量，重点是确定合理的同时使用系数。同时使用系数的计算公式如定合理的同时使用系数。同时使用系数的计算公式如下：下： v 同时率同时率

18、K1v 供热区域内有许多用户，一个企业内也有许多用热点，供热区域内有许多用户，一个企业内也有许多用热点，它们在生产工艺过程中的最大设计热负荷往往不会同它们在生产工艺过程中的最大设计热负荷往往不会同时出现。因此，在计算供热区域（或企业）的最大热时出现。因此，在计算供热区域（或企业）的最大热负荷时，必须考虑各用户（各用热点）的同时使用系负荷时，必须考虑各用户（各用热点）的同时使用系数，即同时率：数，即同时率：v 各类企业的同时率可取：机械工厂各类企业的同时率可取：机械工厂K1=0.85；造纸；造纸厂厂K1=0.8-0.9。v 上海地区不同功能建筑的能耗指标参考值上海地区不同功能建筑的能耗指标参考值 不同功能建筑的能耗不同功能建筑的能耗v 北京地区不同功能建筑的能耗指标参考值北京地区不同功能建筑的能耗指标参考值v 西安地区不同功能建筑的能耗指标参考值西安地区不同功能建筑的能耗指标参考值v 广州地区不同功能建筑的能耗指标参考值广州地区不同功能建筑的能耗指标参考值不同功能建筑的售冷量v 全国主要城市的单