华南理工大学课件 天然气开采与综合利用技术5-2(第五章分布式能源)

天然气开采与综合利用NaturalGasExploitation&UtilizationTechnologies11/20/2023\[filename].ppt第五章、天然气的能源利用11/20/2023\[filename].ppt第二节、分布式能源－天然气高效利用的最佳途径DistributedEnergySystem－－TheBestExplorerofNaturalGasDownStreamMarketinChina11/20/2023\[filename].ppt一从“热电联产”到“分布式能源”FromCHPtoDES11/20/2023\[filename].ppt（一）能源终端供应系统的历史回顾

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem热电联产（CogenerationorCHP）最早：锅炉—汽轮机发电与锅炉直接供热的联合，用背压蒸汽或低压抽汽用于供热以替代低压锅炉供汽。现在：燃气轮机或者内燃机发电--排烟及缸套、润滑油冷却水以各种方式供热。冷热电联产（TrigenerationorCCHP）背压蒸汽或燃机排烟，用吸收制冷生产7～13℃的冷水，使供热机组在夏季也有热负荷，提高能源利用效率11/20/2023\[filename].ppt（一）能源终端供应系统的历史回顾

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem区域集中供冷系统（DistrictCoolingSystem,DCS）

利用集中设置的大型冷冻机组向一定的范围内（约1.5公里）提供低温循环冷水的供冷系统。大机组效率高、占地和人员少；节省一次投资、运行费用，提高能源利用效率。目前最大的区域集中供冷系统规模已达10万RT（冷吨）

11/20/2023\[filename].ppt（一）能源终端供应系统的历史回顾

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem分散式电源系统DecentralizedElectricitySystem,DES

“分散式”是对应于集中式的大电站和大电网而言的；主要目标是缓解电网压力，保障供电安全，节省输电设施投资、损耗和运行费用的效益；是新一代电力系统的发展方向

1999年台中大地震，2000年美、加东部大停电等事件之后对于过于集中的大供电系统的反思11/20/2023\[filename].ppt（二）从“联产”到“联供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem联产----CogeneratoinorTrigeneration

侧重于提高一次能源转换效率---通过“联合生产”不同品位的二次能源：功和热或冷来实现（Production)

联供----CombinedEnergySupply

着眼于提高终端能源供应的效率---一次能源经过各种转换方式组合，最经济、高效地提供用户所需要的空调、采暖、生活热水、蒸汽等各种终端能源服务(Supply)Thetwoconceptsaregreatlydifferent!11/20/2023\[filename].ppt分布式能源站简介:

联供模式

DistributedEnergysystem:CogenerationModeElectricity电能Steam

蒸汽+生活热水DirectHeat直接加热或制冷Boilers

锅炉GasTurbineGeneratorFuel

燃料燃气轮机发电机11/20/20238

燃气轮机余热利用的各种组合方案ConfigurationSofgasturbineDES11/20/20239（二）从“联产”到“联供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem从“联产”到“联供”，从电全部上网到“就地直供”，是第二代能源供应系统的重大发展！Thesignificantdevelopment:From“Cogeneration”to“CombinedEnergySupply”,From“Allthroughgridcompany”to“directlysupply”从为提高发电效率而“尽量利用余热”到“就地组合优化协同供应”11/20/2023\[filename].ppt（二）从“联产”到“联供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem“联供”-DES/CCHP与“联产”--CHP区别的关键：KeyofthedifferentbetweenDESandCHP:directlysupplyVSthroughgridcompany

电力内部直供VS上网售给电网公司优越性Advantages：

更高的能源利用效率---更多用户类型、更大区域节省电网投资、运行费和损失提高汽、热、冷的生产--供应系统的效率和经济性11/20/2023\[filename].ppt

（三）第二代能源供应系统

TheSecondGenerationEnergySupplysystem

核心---分布式冷热电联供能源系统（DES/CCHP）：通过各种一次能源转换技术的集成运用，同时满足用户对电、冷、热、汽多种终端能量供应需求。实现对能源的最经济的、环境友好的梯级利用和高效利用。11/20/2023\[filename].ppt天然气的最高能源利用－热电冷三联产电热冷功/电50℃11/20/202313（三）第二代能源供应系统

TheSecondGenerationEnergySupplysystem分布式冷热电联供能源系统（DistributedEnergySystem/CombinedColdHeatPower）1、一次能源经过各种转换方式组合（包括燃机--燃气空调，电压缩制冷，各种水/地源热泵制冷/采暖等等），最经济、最高效率地，直接向用户提供所需要的空调冷水、采暖热水、生活热水、蒸汽等终端能源服务的系统。11/20/2023\[filename].ppt（三）第二代能源供应系统

TheSecondGenerationEnergySupplysystem分布式冷热电联供能源系统（DistributedEnergySystem/CombinedColdHeatPower）2、超越了“特定规模、形式的CCHP组合—适应于特定的用户”的局限；以经济、高效直接提供各种冷、热、汽、电等终端能源服务为目标，构成最优组合3、关键的不同是：从联产到联供，电力直供TheKeyconcept:

“Cogeneration”/“CombinedDirectSupply”，11/20/2023\[filename].ppt分布式能源是天然气最佳利用途径

DESisthebestwaytouseNaturlagas冷热电联供，能源利用效率可达70—80%HighestEnergyEfficiency节约社会资源，缓解能源对经济发展的压力SaveResources,promoteeconomydeveloping终端用户经济负担大大减轻Beneficialtousers输变电损耗极小，可显著降低对大电网的依赖性，有与电网配合调峰的功能11/20/202316（二）从“联产”到“联供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem分布式冷热电联供能源系统（DES/CCHP）经济的直供范围：电：10kV,1—2公里空调冷水：1—1.6公里1MPa

蒸汽：1--2公里60℃左右采暖和生活热水：4—5公里相应的最大经济供应范围：6—12平方公里11/20/2023\[filename].ppt大型分布式冷热电联供能源VS联合循环电站

AdvantageoflargescopeDES/CCHP项目联合循环电站：大型城区或工业DES/CCHP：规模500-1000MW，

100-300MW，运行时间4000h/a,5000-6000h/a，效率55-60%；70-80%；单位投资4000元/kW;4000-4500元/kW;（另有电网投资5000元/kW）11/20/2023\[filename].ppt天然气是DES的最好能源

NGisthebestenergyforDESDES/CCHP的可用能源:煤、燃油、天然气、煤层气、其它可燃气体天然气的优点：1、可以采用燃气轮机或内燃机，联产效率高2、洁净、无污染3、方便、量大4、价格相对便宜

11/20/202319二分布式能源站技术在国内外进展11/20/2023\[filename].ppt美国分布式能源站进展(InU.S.)1978年开始小型热电联产（CHP）

目前正走向小型冷热电联供（CCHP）

现有6000多个，包括200个大学校园华盛顿水门饭店安装了土星热电冷系统

分布式能源站技术在国内外进展

ProgressofDESabroadWaterGateHotelinWashington11/20/2023\[filename].ppt美国商用建筑能耗情况CommercialBuildinginU.S.

商用建筑采用CCHP后节

能46%。

现在美国有4%建筑利用

CCHP，若达到8%则可减

排30%二氧化碳。分布式能源站技术在国内外进展

ProgressofDESabroad11/20/202322Opryland

酒店的CCHP设施TypicalSteamAbsorptionChillersforLargeHotelinUSA11/20/202323微型燃机吸收式冷水机组固体吸附新风去湿机组天然气215kW发电59kW320℃烟气150kW空调冷冻水63kW115℃烟气40kW送风去湿后的新鲜空气排空27kW美国马里兰大学某实验楼多联供系统ADESinMarylandUniversity基本表现形式－－实物图能量利用率高达84.5%分布式能源站技术在国内外进展

ProgressofDESabroad11/20/202324

表4美国建筑冷热电联产的不同系统形式比较系统形式装机容量，MW容量比例（％）系统数量（座）数量比例（％）平均装机容量（MW）联合循环211042.8272.878.1锅炉/蒸汽134127.2606.122.4燃气轮机93318.910410.69.0内燃机50610.377078.60.7其他360.7191.91.9总计49261009801005.0

美国建筑物冷热电联供的形式（1999年）DESprofileinU.S.at199911/20/202325美国冷热电联产进展

2010年：

20%新建商用、写字楼类建筑物使用CCHP

5%现有商用、写字楼类建筑物使用CCHP

25%的美国能源部CHP项目用户使用CCHP2020年：

50%新建商用、写字楼类建筑采用CCHP

15%现有商用、写字楼类建筑采用CCHP

康州哈特福德市百货公司楼顶的Solar热电冷系统

11/20/202326ADESinOkasaAirport11/20/202327ADESinOkasaAirport(Flowsheet)分布式能源与集中供冷结合效益更好11/20/202328ADESinYokohamaMM21分布式能源与集中供冷结合效益更好11/20/202329

日本建筑物冷热电联供的形式（至2003年初）DESprofileinJapanat2003

安装项目数总装机容量（MW）平均装机容量（kW）燃气轮机299327.91097燃气内燃机2351485.7207内燃机1912615.6322目前已5500座（1999年仅142座）11/20/202330ADESinKualaLumpur分布式能源与集中供冷结合效益更好11/20/202331

英国分布式能源站已达1000多个节约能源20%以上，全国累计:6.5亿英镑/年

CO2排放仅为普通电厂1/4，SO2可忽略不计大功率UPS，政府、军事基地等带头采用

白厅CHP计划、唐宁街10号区域供热白金汉宫分布式能源站部分军事基地分布式能源站计划分布式能源站在英国ProgressofDESinU.K.11/20/202332

法国Dalkea在欧洲经营200多个分布式能源站荷兰一公司在欧洲经营分布式能源站1000多个各国能源构成、价格不同，分布式能源发展条件不同欧洲各国普遍重视通过提高能源利用效率、发展可再生能源来保护环境分布式能源站在欧洲ProgressofDESinEU11/20/202333第二代能源供应系统——分布式能源问题和挑战：Problems,

ChallengeandStrategy

1、超越法人范围供应和销售电、热、冷、汽

Supplyenergyservicetomulti-client2、更复杂的金融投资、税收、价格监管、运营管理关系

Complicatedrelationoffinance,tax,price,marketing3、选择最经济的范围和用户群组合

Chooseandorganizeclientgroupandscope

11/20/2023\[filename].ppt第二代能源供应系统——分布式能源问题和挑战：Problems,

ChallengeandStrategy

4、满足各种电、热、冷、汽负荷需求的最优组合设计5、在各种变化条件下都保持最经济、最高效率运营

Optimumdesignandoperation6、高的天然气供气压力，大的电网备用和支持容量

HigherNGpressure,largergridstandbyvoleum7、大型、成套设备制造、供货

Equipmentmanufactoryandsupply

8、现代化能源服务企业优化运营、管理系统

Modernenergyservicemarketingsystem11/20/2023\[filename].ppt三中国发展第二代分布式能源的需要和条件ThenecessityandconditionforChinatodevelopsecondgenerationDES/CCHP11/20/2023\[filename].ppt4、中国天然气产业链特点对消费结构影响的两难DilemmainPlanningChineseNGuser’sProfile◆燃气轮机联合循环电站难以与煤电竞争能源以煤为主，劳动力成本低廉使等热值煤与天然气的比价在0.3到0.5左右,远低于发达国家；Ratioofcoal/gasistoolow

国际上与LNG项目配套的燃气轮机电站与电网公司都有保底上网电价协议，中国迄今尚无。

世界和中国天然气消费构成分析ProfileAnalysisofNGinWorld&China11/20/2023374、中国天然气产业链特点对消费结构影响的两难DilemmainPlanningChineseNGuser’sProfile◆城市燃气在使用时间上和空间上都比较分散，用量有限，不足以作为项目的主要用户；Towngasmarketisverylimited迄今燃气普及率35.3%,（包括LPG1700万吨/年);其余2/3城市和农村开拓燃气市场投入大、时间长，总量有限；◆天然气化工利用只能在气田附近；◆工业用户关键在于价格承受能力。GasPriceistoohighforchemical&industryusers世界和中国天然气消费构成分析ProfileAnalysisofNGinWorld&China11/20/202338分布式能源是解决电力问题的最有效手段

DESisthebestwaytosolveelectricityimpact2004年，我国22个省缺电。错峰削峰成为缓解目前电力紧张局面的最经济、快捷的途径分布式能源：建在负荷中心

既发电直供又联产冷、热，双倍减少电网峰荷；蓄冷技术应用削峰填谷11/20/202339中国建筑物能源需求的特点

TheFeatureofBuildingEnergyDemandinChina1、人口稠密，居住集中；CentralizedPopulation2、随着人民生活水平提高，空调负荷迅速增加；3、生活热水需求快速上升；Increased

hotwaterdemand4、越来越多集中于住宅小区；Commercializeddistrict5、住宅与商业、办公建筑交织。WithCommercialBul.具有建设大型DCS/DES的好条件11/20/2023\[filename].ppt中国建筑物能源需求的特点

TheFeatureofBuildingEnergyDemandinChina

暖通空调热水供应电气炊事

65％15％14％6%80%属于低品位能量，目前多半采用燃料和电力，“高质低用”，属于浪费。CCHP可以使能源梯级利用。11/20/2023\[filename].ppt第二代城市能源供应系统在建筑中的几种类型

TypesofDESusedin

buildingenergysystem1、城区商业中心

CommercialCenterindowntown

用能特点：用电、用冷负荷都非常集中。分布式能源站夏季以集中供冷为主，供冷时间长，单位面积负荷大，冷负荷主要为内部负荷，冬季供暖时间也长。 商业中心电价高。采用分布式能源站经济效益极好；热水可以供应附近的民居，用量极大。11/20/2023422、公用事业--机场、医院、大学、机关Public:Airport,Hospital,University,Administration

特点：组织性非常强，机构统一，便于集中控制和管理，是未来分布式能源站发展的一个亮点。

能耗：夏季以空调制冷为主、伴有部分蒸汽和生活热水需求，空调能耗季节性较强，全年供冷时间较商业中心短。冬季供暖时间比居民长。

11/20/2023433、新开发的城区和新规划的城市Newdevelopingcitydistrict&estate

能源结构调整的要求：新开发的城镇过程不应当走烧煤污染或低效率单烧液化天然气的老路，也不应当采用分体式空调或窗式空调。

效益：热电冷三联供技术能够产生良好的经济效益，对环境保护、能源结构优化也能够产生积极的作用。11/20/202344第二代城市工业能源供应系统的几种类型

TypesofSecondGenerationindustrialDES

大型过程工业和园区：冶金、化工、炼油、食品、造纸

LargeProcessIndustry&IndustryCampus离散制造业工业园区（电子、家电、轻工）

DiscreteIndustryCampus原来的小型柴油机和燃气轮机电站改造为冷热电联供现有城区内的工业烧煤的热电联产的机组改造

RetrofitofOilburninggenerationandcoalCHPgeneration11/20/202345当代中国条件下DES/CCHP的特点

FeaturesofpresentDES/CCHPinChina国际能源署(IEA)建议：与美、欧、日目前的DES不同，中国必须发展50MW左右规模的分布式能源站，作为天然气下游高效利用的重要途径。在电力负荷中心建设较大规模的、冷热、电多联供的分布式能源系统；用户类型：

I、离散和/或过程工业（园区）

II、集中的商业/民居建筑11/20/202346中国需要一批大型分布式冷热电联供系统

ChinaneedsalotoflargescopeDES在中国的大、中城市，建设一批50—300MW的DES解决联合循环电站缺乏竞争力问题解决工业用天然气做锅炉和加热炉燃料承受能力问题前提条件：城建、电力、天然气统筹规划产业发展、工业节能、生态环境统筹规划

11/20/202347四分布式能源系统近年来在广东的发展DevelopmentofDESinGuangdong11/20/2023\[filename].ppt广州煤气公司管网计划来气：7MPa中压干线：4MPa低压管网：1—0.2MPa广州大学城大型案例1:广州大学城分布式能源站Example1:DESinGZUniversitycity11/20/202349大学城一期（2007年前）

18平方公里，

25万人。截止2005年底12万学生。大学城二期

43平方公里，

30余万人中等