《分布式能源》 课件 第1章概述

分布式能源

概述科学用能及能的梯级利用分布式能源系统冷热电联产系统&

科学用能及能的梯级利用发展趋势能源是什么？能能源：就是向自然界提供能量转化的物质（矿物质能源，核物理能源，大气环流能源，地理性能源）。人类的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。用能高新技术快速冲击发展趋势人类需求不断上升环保要求日趋增强节能节约和科学用能。提高能源的综合利用效率；——梯级利用在利用能源同时，分离、回收污染物；——降低耗能实现能源再循环利用，减少废能。——优化模式能的梯级利用能的形式多样，但可划分为两大类：热和功知识点回顾：同学们记得热力学第一定律和第二定律说的是什么吗？TheFirstLaw:能量守恒。TheSecondLaw:能量转换方向——品位。能的梯级利用物理能的梯级利用吴仲华表述为“温度对口、梯级利用”。热力循环的发展有两个阶段：第一阶段：提高蒸汽初温来提高效率，但上升空间随温度上升愈加不明显，难以突破50%。第二阶段：联合循环（燃气轮机和蒸汽轮机联合，达到梯级利用，整个实际效率可超过60%）。能的梯级利用化学能与物理能的综合梯级利用分析发现，燃烧释放热量这一初始环节，往往更容易造成能的品位损失。纵观工程热力学，很少涉及化学能转换。举例：我们把某一燃料先吸收低品位的热量，让其转变为合成燃料，然后再燃烧释放出更高品位的热能，即提高了反应热的品位，又减少了热损失。我们把化学能与物理能综合梯级利用，会更好的提高利用效率。&分布式能源系统问题1：什么是分布式能源系统？究竟如何定义？问题2：为什么我们要采用分布式能源系统？问题1：什么是分布式能源系统？世界分布式能源联盟WADE：指安装在用户端的高效冷热电联供系统。产品和技术包括：1、高效的热电联产系统：功率在3KW-400MW，如燃气轮机、内燃机、蒸汽轮机、微型燃气轮机和燃料电池等。2、分布式可再生能源技术，其中包括光伏发电、小水电、现场生物能发电、微风风力发电。知识点回顾：可再生能源有哪些？太阳能、风能、水能（潮汐能）、海洋能、地热能、生物质能、氢能；其中大中型的水电和传统的生物质能为旧的可再生能源，其余的称为可再生新能源。问题1：什么是分布式能源系统？美国能源部的定义是：可在以下几个方面区别于集中式能源：分布式能源是小型的、模块化的，规模是千万到兆瓦级；包含供需双侧的技术，如光电系统、燃料电池、燃气内燃机、燃气轮机、热力驱动的供热制冷系统等一般位于用户现场或附近，如分布式能源装置可以直接安装在用户建筑物里，建在区域能源中心或附近。问题1：什么是分布式能源系统？我国发改委的定义：分布式能源是近年来兴起的利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式。与传统集中式能源系统相比，分布式能源接近负荷，不需要建设大电网进行远距离高压或者超高压输电，可以大大减少线损，节省输配电建设投资和运行费用。问题1：什么是分布式能源系统？我国发改委的定义：由于兼具发电、供热等多种能源服务功能，分布式能源可以有效地实现能源的梯级利用，达到更高的能源综合利用效率。分布式能源设备起停方便，负荷调节灵活，各系统相互独立，系统的可靠性和安全性较高；此外，多采取天然气/可再生能源为燃料，更加环保。问题1：什么是分布式能源系统？综合来看，有四层含义：接近负荷，把发电和供能建在用户附近；能源的梯级利用和综合利用，实现高效经济和环保效益。满足用户冷、热、电、蒸汽、生活热水等各种负荷需求。智能，调节灵活。分布式能源系统DistributedEnergySystem,DES:是一种新型的能源系统，它一般建于用户附近，减少了输配系统投资和能量损失，是更高效、更可靠和更加环保的能源系统。分布式能源系统分布式能源系统形式多样可以是以微型或小型燃气动力装置发电、燃料电池等动力装置；可以是以风力发电、光伏发电、太阳能高温集热发电等可再生能源建立的独立电源技术；也包括如燃料电池－燃气轮机联合循环以及分布式冷热电联产系统等。问题2：为什么我们要采用分布式能源系统？简单理解，即目前我们采用的单独集中式能源系统是存在缺陷的，分布式能源起到了一种查缺补漏的作用。20世纪初以来电力行业流行的观点是：发电机组容量越大效率越高，单位千瓦投资越低、发电成本也越低。所以随着能源产业的发展，电力工业发展方向是大机组、大电厂和大电网”。但是，在许多情况下，分布式能源系统是集中供电不可缺少的重要补充，二者的有机结合是未来能源系统的重要发展方向。优点和体现避免过高的输配成本。电网的输配成本占电能生产成本的50%—80%。建设周期短，节约投资。就地转换，就地供应。易于实现热电冷三联产。制冷供热介质不宜远距离传输。联产总效率可达75%，甚至更高。而大型供热电厂也只有60%-70%。优点和体现环保效果好。可再生能源有天然优势，即便用化石燃料，也因易于实现联产，从而减少污染物排放。具有不低的供电效率。除太阳能、风能等远低于大型发电机组的发电效率，其余的差距并不明显。非常适合对乡村、牧区、山区、发展中区域以及商业区和居民区的电力供应，大幅度减轻环保压力。有人认为分布式能源就是那些容量小的能源利用系统。你怎么看待这个问题？这种看法是片面的。分布式能源系统中的小型包含两个意思：一方面，分布式能源所涉及的新型发电技术本身容量不大；但随着技术的不断发展，尤其以燃料电池为代表，其发电容量是在不断的增加的。另一方面，有些国家的排放标准是以年排放量规定的，为了避免排放超标，而不得不采用一些小的发电装置。所以，从容量来界定分布式能源是不客观不可持续的。发展：分布式能源起源于19世纪80年代，1882年，美国纽约出现了以工厂余热发电满足自身与周边建筑电、热负荷的需求，成为分布式能源最早的雏形。国内外学者们对分布式能源系统的称呼：国内：分布式能源、分布式能源系统、分布式电源、分布式供能、能源岛；发展：国外：DistributedPower;DistributedGeneration;DistributedPowerGeneration;DistributedEnergyResources;DistributedEnergySystem…我们这门课中统一称为“分布式能源系统”，简称“分布式能源”。国外发展：1978年在美国推广。2009年底，美国热电联产机组装机总容量约8500万kW，占其9%，发电量约占12%。预计2030年实现2.4亿kW。美国分布式能源发展得益于相对较低的天然气价格。欧洲分布式能源发电量占总发电量的9%，其中丹麦、荷兰、芬兰均可达到30%以上。欧盟的燃气分布式能源发展以德国为代表，它们能在积极发展可再生能源、大力利用低碳能源并在逐步压缩核电。德国对燃气分布式发电的补贴及保护政策较大。国外发展：日本85年的装机容量是20万kW。2011年，3.11大地震后，日本福岛受损的核电机组发生泄漏，举世震惊。不完全统计也有12万人进行核辐射检查。“对周边国家波及严重。”此后，日本也在大力发展分布式能源。国内发展：我国是在1995年开始分布式能源的热电冷三联产应用的，与国外确实存在很大的差距，但近几年，国家能源局，国家发改委等陆续出台对分布式能源发展尤其是天然气分布式能源发展的指导意见，对今后我国的分布式能源发展具有里程碑意义。分布式能源系统发展趋势：方向是提高能源综合利用率、改善能量系统的热经济性、满足用户的多种需求、减少环境污染。目前主要方向之一就是热电冷联产。从原动机分类而言，目前分布式能源研究主要有以下方面：先进的燃气轮机和微型燃气轮机目前燃气轮机系统效率约为25%～32%，下一代效率不低于40%；并要求在没有燃后控制的情况下，减少氮氧化物和一氧化碳的排放。燃料电池目前燃料电池的主要突破依然在电池的寿命及其可靠性上，提高效率，降低成本也要必须考虑的因素。风力发电主要目标还是降低风电成本，并降低对风速的要求，以使风力发电的电能供应更加平稳。光伏发电降低光伏电池的成本，推动低成本材料的研制和开发。&热电冷联产系统热电冷联产(Cogenerationcoolingheatingandpower,CCHP)是在热电联产(Cogenerationheatingandpower,CHP)的基础上发展起来的。二者不同之处在于，CCHP可以向建筑物同时提供电力、制冷、供暖、卫生热水和其他通途的热能，侧重领域是商用写字楼及公共楼宇。而CHP只能提供电力和热能，侧重于需要工艺用热的工业企业。大幅度提高了系统能源利用率的同时，降低了环境污染，明显改善系统的热经济性。&热电冷联产系统CCHP是一种建立在能量的梯级利用概念上，把制冷、供热（采暖和供热水）及发电过程一体化的多联产总能系统。目的在于提高能源的利用效率，并减少碳化物和有害气体的排放。目前我国的燃气热电冷三联产在相当一段时间内都会是分布式能源系统的主要形式。热电冷联产和分布式能源的关系（*）二者相互交叉、部分重合。现在的热电冷联产，一部分属于分布式能源，其安装在用户当地或附近地点，满足当地用户需求或支持电网，一般容量相对较小，可连接电网也可不连接。还有一部分是属于大型集中电厂的热电联产，俗称热电厂，这一部分的发电是上网的，一般容量较大4～40WkW，不属于分布式能源系统。&热电冷联产系统CCHP的优点：实现能源的综合利用，提高能源的利用率。可达90%。环保。由于燃料多为气态清洁燃料，本身就有优势，不仅对污染物，而且二氧化碳排放也减少；此外，溴化锂吸收式制冷也减少了对氟利昂的使用。经济。同CHP相比，增加了夏季的热量需求，使得一部分产生的余热用于吸收式冷机制冷，提高了对整个的经济性。CCHP的优点：能源安全，增加用户电力可靠性。电网在安全性、稳定性、供电质量方面需求严格，一个环节故障，都会导致大规模停电。而采用如微型燃气轮机的分布式能源系统，可以作为一个非常好的补充，保证供电的稳定，增加电网可靠性。CCHP的优点：削峰填谷，缓解电力紧张，实现能源消耗的季节平衡。夏季，CCHP的使用可以有效减少对电网的需求，削减峰量，同时还可以填补天然气的用量低估。冬季燃气轮机的高温烟气余热利用，又可以削减对冬季天然气的用量峰值。从而也提高了天然气管网的利用率，降低相对维护成本。CCHP的缺点：目前使用规模均较小，安装在楼宇内，只能使用天然气或油品。小是个相对词，并不是指CCHP系统可以小到为一家一户独立使用，而是为了一栋楼或小区进行冷热电联供。不如空调，热水器这样灵活。热电冷联产的构成与分类不同应用领域配置模式差异很大，主要取决于当地的能源需求结构。但总体都包括三大系统：动力系统、供热系统和制冷系统。只是每个系统的种类选择有很多。动力系统内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机和燃料电池等。供热系统热源、热网和热用户组成。制冷系统主要有压缩式和吸收式制冷。动力系统内燃机。可使用天然气、丙烷或柴油，容量从5kW到10MW。作为一个往复运动机械，将往复运动转变为回转后驱动发电机组，其输出功率可以发电也可以驱动制冷压缩机等设备。

特点：发电投资小，启动迅速、可靠性高，变负荷性能好，余热可以回收，是目前应用最广的分布式发电技术，效率在25%~40%。

内燃机冷却系统和排气中的热能可以用来供暖、生产热水或给一些吸收除湿设备提供动力。燃气轮机。利用天然气、煤气、油等驱动燃气轮机并发电，排气进入余热锅炉，以低压蒸汽或热水形式回收，满足用户采暖、空调和热水要求。

特点：高效环保、排烟温度高、便于热回收、可利用热能连续稳定。

目前已有尺寸小、质量轻、污染排放低、燃气适应性广、具有高机械效率和高排气温度的燃气轮机，容量范围从几十kW到300MW以上，具有高发电效率（30%～40%）和高的热效率（70%～80%）。微型燃气轮机及其分布式能源系统。使用天然气、煤制气、柴油等，可为小型楼宇或小型工厂提供现场电力、热力、制冷能源。

特点：清洁、可靠、多用途，低造价，低排放。燃料电池。可将化学能转化成电能和热能。发电效率比其他要高1/6～1/3，目前以低热值定义的发电效率为40%～55%。