分布式能源耦合系统课件

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1、2022-12-261分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统2022-12-262分布式能源现状分布式能源现状2 2分布式能源概念及组成分布式能源概念及组成1 1分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统4 4常规分布式能源系统局限性常规分布式能源系统局限性3 35 5分布式能源耦合系统应用实例分布式能源耦合系统应用实例目目 录录2022-12-2631.1.分布式能源概念与组成分布式能源概念与组成能源梯级利用 原理图概念概念：是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接

2、满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充。分分布布式式能能源源系系统统方式方式：分布安置在需求侧，根据用户对能源的不同需求，实现能源对口供应；目的目的：实现能源利用效能的最大化。2022-12-2641.1.分布式能源概念与组成分布式能源概念与组成冷热电联产系统（CCHP,Combined Cooling,Heating and Power）是分布式能源系统中前景最为明朗，也是最具实用性和发展活力的系统，符合吴仲华先生提倡的“温度对口，梯级利用”准则，是在热电联产系统基础上发展起来的，直接面向用户，按用户需求提供电、冷、热以及生活热水等，同时解决多重用能需求和实现多

3、重目标，满足建筑或工业能源需求的总能系统。2022-12-2651.1.分布式能源概念与组成分布式能源概念与组成2022-12-2661.1.分布式能源概念与组成分布式能源概念与组成 燃气轮机燃气轮机 斯特林机斯特林机 燃气内燃机燃气内燃机 燃料电池燃料电池 微燃机微燃机 冰蓄冷装置冰蓄冷装置 电制冷机电制冷机 蓄热装置蓄热装置 燃气锅炉燃气锅炉 热泵热泵 余热锅炉余热锅炉 吸收式制冷机吸收式制冷机 换热装置换热装置设备组成设备组成2022-12-2672.2.分布式能源现状分布式能源现状美国以天然气为主要能源、CCHP技术为核心的分布式能源已有成熟历史，装机容量占发电总电量比例增长较快；页岩

4、气革命加快分布式能源应用；研究方向：发电机效率提升，“智能电网”技术在测量、并网、安全性应用。美国、日本和欧洲等家在传统冷热电联供（CCHP）技术上有较为成熟应用经验，近年来各国进一步加大了发展力度。日本重视能源利用效率，视分布式能源为高附加值社会资本，目前已建成分布式能源项目和总装机容量较可观。丹麦等欧洲国家一直重视分布式能源的发展，丹麦20年间国民生产总值增长43%，但能耗实现零增长，2000年底的能源效率比1989年提高了22.3%。常规分布式能源技术相对成熟，国内部分项目进行了成功应用。有一批燃气分布式能源技术方面专家，积累了系统优化配置、优化运行、协调控制等可贵经验；具备一定的技术基

5、础，一批分布式能源系统成功设计、建设和投产运行，为我国分布式能源发展奠定一定技术基础；系统配套设备由依赖进口到开始国内配套，具备一定降低造价条件，但核心设备原动机主要还依靠国外设备厂商。2022-12-2683.3.常规分布式能源局限性常规分布式能源局限性常规分布式能源存在主要问题：在项目和工程实践中愈发显示出局限性。局限性表现u系统单一 u能源利用率提升受u与环境协调不足u经济性欠佳 发展障碍u发电并网难u气价较高、气源难保障u 优惠政策落实不到位u专业运营能力欠缺u关键设备技术难度高、价格昂贵u实例效果不明显耦合系统意义u克服常规分布式能源系统缺陷u在能源技术和利用方式上综合考虑能源、经济

6、和环境因素u实现多能源系统耦合平衡，以及能源与环境最佳匹配融合2022-12-2694.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统4.1CCHP与可再生能源系统的耦合4.2 CCHP与常规能源系统的耦合4.3 CCHP与信息系统的耦合4.4 CCHP与环境的耦合4.5 煤化工多联产耦合系统2022-12-26104.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与环境的耦合u我国能源消费以煤为主，能源利用效率低、排放严重u分布式能源与常规能源的环境影响评价 u分布式能源系统与环境工程技术的耦合（烟气脱硝方法）u分布式能源与区域能源规划的耦合 常规能源系统污染物排放系数：SO2排放系数：CO2排

7、放系数：NOX的排放系数为3.3kg/MWh 内燃机为原动机分布式能源系统污染物排放系数：解决办法：解决办法：利用排放系数，衡量常规能源与分布式能源排放量，从而提出解决办法。污染物类型CO2SO2NOXTSP参数580忽略2.3忽略2022-12-26114.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与环境工程技术的耦合表2-3 常规能源系统与分布式能源系统污染物排放比较（举例）该建筑物采用分布式能源系统，每年可减少SO2排放217260kg，减少NOx的排放21737kg，减少CO2排放8190048kg，减少粉尘排放679kg。在相同供电量情况下，常规能源系统各种污染物排放都高于分布

8、式能源系统，因为分布式能源系统提高了能源利用率和燃用了天然气清洁燃料。与SO2和CO2排放控制相比，分布式能源系统在NOX排放控制上并没有显著的改善，分布式能源系统NOX排放为常规能源系统69.7%。（目前在大型机组上采用的烟气脱硝主要有SNCR、SCR和SNCR/SCR混合法。SCR应用最多，较成熟。）污染物类型SO2(kg)CO2(kg)NOX(kg)TSP(kg)常规能源系统21726062322679分布式能源系统忽略不计40595忽略不计2022-12-26124.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与区域能源规划的耦合综合能源规划及其物理数学模型 CEP提出的物理数学模

9、型属于能源经济环境技术综合模型，以分布式能源、能源梯级利用、可再生能源与三联供的耦合、及能源网络等能源领域的先进技术的有机结合，形成一个具有创新性的制定CEP的框架结构。结论：分布式能源在环境保护上有独特优势，原动机采用现代污染控制技术，使污染物排放结论：分布式能源在环境保护上有独特优势，原动机采用现代污染控制技术，使污染物排放（NONOX X，SOSOX X）大大降低；使用天然气和可再生能源等清洁能源；系统位于负荷中心，采用冷）大大降低；使用天然气和可再生能源等清洁能源；系统位于负荷中心，采用冷热电联供提高能源利用效率、减少环境污染，但达到高标准排放要求还要耦合环境工程技术热电联供提高能源利

10、用效率、减少环境污染，但达到高标准排放要求还要耦合环境工程技术和区域能源规划技术来控制。和区域能源规划技术来控制。2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与可再生能源系统的耦合耦合机理：耦合机理：最大限度的利用环境势能和清洁能源，提高能源的综合利用率，减少环境排放。(将不可利用的低品位热能,如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能和工业废热等,转换为可以利用的高品位热能。)耦合特性：耦合特性：CCHPCCHP与热泵耦合使用，利用与热泵耦合使用，利用CCHPCCHP余热提升极端天气下热泵系统低温侧余热提升极端天气下热泵系统低温侧温度可大大提高系统效率；同时利用温度可大

11、大提高系统效率；同时利用CCHPCCHP技术作为调节，可保证冬夏季技术作为调节，可保证冬夏季热泵系统向地下的放热量一致，提高系统运行的稳定性。热泵系统向地下的放热量一致，提高系统运行的稳定性。热泵系统在利用低品位能源时会受到低温侧热源的影响从而降低系统的运行效率甚至无法运行，如水源侧温度低于5度时制热效率会显著下降。冬夏季从地下吸/放热量长期不对等会影响系统的运行效率。2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与热泵系统的耦合（应用分析）多种能源技术的耦合使用与单一热泵系统供热相比，系统一次能源利用率提高多种能源技术的耦合使用与单一热泵系统供热相比，系统一次能源利

12、用率提高了了61%61%；与单一燃气系统供热相比，系统一次能源利用率提高了；与单一燃气系统供热相比，系统一次能源利用率提高了113.4%113.4%。2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与可再生能源系统的耦合耦合机理：耦合机理：CCHPCCHP也可与太阳能（风能、生物质能等）及热泵耦合，构成另一种具代表性分布式也可与太阳能（风能、生物质能等）及热泵耦合，构成另一种具代表性分布式能源耦合系统。在该耦合系统中，太阳能可以是太阳能光伏发电，作为能源耦合系统。在该耦合系统中，太阳能可以是太阳能光伏发电，作为CHPCHP发电系统发电系统的电力补充；也可以是太阳能集热热

13、水系统，与热泵系统互补使用，并耦合的电力补充；也可以是太阳能集热热水系统，与热泵系统互补使用，并耦合CCHPCCHP构成构成耦合系统。某些情况下，太阳能也可单独与热泵系统耦合构成分布式能源耦合系统。耦合系统。某些情况下，太阳能也可单独与热泵系统耦合构成分布式能源耦合系统。优先使用太阳能：太阳能集热器集热量设计应以满足热水总负荷40%作为太阳能热量。确保用热需求：采用集中热水系统可有效保证大流量用水特点，保证用水可靠性和舒适性需求。新能源利用最大化：采用水源热泵作为太阳能辅助热源，按使用热水最高日用水量进行设计，即太阳能集热量为0时，仍能满足热水负荷需求。并对公建等其他部分提供冷源，实现太阳能和

14、水源热泵耦合利用，高效节能。投资合理、运行经济：采用“以热定冷”设计原则，合理确定生活热水供热量，根据总热量确定供冷范围供冷负荷总量。耦合特性：太阳能与热泵分布式能源耦合系统特性举例 2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与可再生能源系统的耦合可再生能源发电技术：可再生能源发电技术：太阳能光伏发电、太阳能高温集热发电、风力发电等。耦合机理：耦合机理：克服可再生能源发电技术缺陷，提高系统可靠性、稳定性和效率。耦合特性：耦合特性：可再生能源发电缺陷 n 发电成本高 n 发电的不连续、不稳定、低密度 n 随时间、季节以及气候等变化而变化 n 造成电网的不稳定和弃风弃

15、电现象 耦合特性（解决办法）n将可再生能源发电系统与基于化石能源的分布式发电技术耦合成一种复合式发电系统，即基于可再生能源发电的分布式能源耦合系统n将可再生能源分布式发电系统与蓄能系统耦合，构成另一种基于可再生能源发电的分布式能源耦合系统形式。智能电网的发展体现了这种能源多元化与储能系统的耦合，用化石燃料发电机组和储能装置（如蓄电池组）对可再生能源带来的电压或频率波动进行调节，形成稳定平滑的电力供应。2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统基于可再生能源的耦合系统（应用分析）蓄能技术主要包括：n势能蓄积，包括抽水蓄能、压缩空气蓄能等。n动能蓄积，如飞轮蓄能等。n热能蓄积

16、，包括显热与潜热蓄热技术等。n电磁能量蓄积，包括超导磁体蓄能、超级电容器蓄能等。n化学能蓄积，包括常规的蓄电池技术以及将可再生能源转化为甲醇、氢等二次能源等。基于可再生能源的分布式能源耦合系统工艺流程图2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与常规能源系统的耦合耦合机理n采用蓄能系统可充分利用外网低价谷电，起到“削峰填谷”作用。n克服可再生能源如风能、太阳能受自然条件影响为不连续稳定能源缺陷，采用储能系统可减小其波动频率并进行平均化调节。n 平衡和调节耦合系统负荷需求，提高系统运行稳定性和经济性。耦合特性n系统经济性原则 n高效节能原则某大学城区域供冷系统冰蓄冷

17、系统原理图 n可靠性原则 n优选蓄能模式原则 2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与常规能源系统的耦合耦合机理和特性：耦合机理和特性：耦合系统中烟气余热系统起辅助作用，用于回收CCHP烟气余热满足系统较低品位负荷需求，以提高系统能源综合利用率、节能率和经济性，同时减少余热排放对环境影响、提高环境效益。但烟气余热回收系统应用前提，是耦合系统存在热水等较低品位负荷需求和系统存在烟气余热回收条件。改造后集中生活热水制备工艺流程图余热锅炉尾部热水锅炉主要技术参数热媒水产量145t/h废气流量655.2t/h热媒水出口温度91 废气进口温度150热媒水进口温度59废气

18、出口温度105 2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统CCHP与信息系统的耦合耦合机理和特性：耦合机理和特性：分布式智能能源耦合系统耦合型DCS系统耦合型智能能源管理平台实现能量、资源和信息的耦合优化，构建智能能源系统和资源循环系统，统筹考虑能源、资源、环境等因素和协同解决问题，实现多种能源形式耦合匹配。能效网络闭环控制原理框图2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统煤化工多联产耦合系统基于煤气化联合循环发电的分布式能源耦合系统多联产系统集成理论化工系统多联产耦合系统集成2022-12-264.4.分布式能源耦合系统分布式能源耦合系统耦合特性小

19、结耦合特性小结 通过耦合特性研究，揭示了分布式能源耦合系统的环境特性、以及与其它能源系统耦合使用的特性和机理，明确指出耦合特性是分布式能源的本质特征和发展趋势。分布式能源耦合系统通过能源梯级利用实现常规化石能源的高效利用，并将多种分布式系统与可再生能源耦合使用，可以弥补可再生能源不稳定、不均衡缺陷，实现系统能效最佳。分布式能源也是智能能源的重要组成部分，通过分布式能源与信息技术耦合、与常规能源系统耦合，形成智能化区域能源网络系统，实现物质流、能源流、信息流的有机融合，构建出一个根据能源需求实现多种能源技术耦合使用的智能化分布式能源耦合系统，达到区域能源最优配置和能源环境最佳匹配。2022-12

20、-265.5.应用实例应用实例机场分布式能源耦合系统耦合系统负荷需求分析耦合系统负荷需求分析供能时间：供能时间：机场每年采暖期4个月（11月15日次年3月15日），制冷期6个月（4月15日10月15日）。可根据室外气象参数变化适当调整供能时间，提高机场环境的舒适性。机场建设项目设计负荷指标面积冷负荷热负荷电负荷M2KWKWKW1542202700018000104362022-12-265.5.应用实例应用实例耦合系统集成工艺流程：CCHP与蓄能、调峰设备、热泵耦合利用发电机组余热满足T2航站楼基本供能负荷，直燃机组、电制冷机、锅炉作为调峰设备，满足冷热负荷的逐时变化特点。2022-12-26

21、5.5.应用实例应用实例耦合系统优化配置本方案考虑选择两台发电机组分别接入航站楼2配电室两段10kV母线，根据对2配电室的负荷分析，单台发电机组容量应在8001000kW，本方案按照两台单机出力为836kWe的燃气发电机组考虑。方案：主设备配置 方案836*2发电容量制冷容量 供热容量台数 制冷总量供热总量 KWKWKW台KWKW发电机组8362余热直燃机45623582293047164燃气锅炉560011200电制冷4571313713蓄能3290014100合计167227117183642022-12-265.5.应用实例应用实例耦合系统优化运行如上表所示，CCHP系统每多发的1kWh

22、电量用于电制冷，最终可满足5.7kWh的冷负荷需要。可见这种耦合运行方式适用于冷电比相差较大的场合。本项目中设计冷负荷与发电机组装机容量之比约为本项目中设计冷负荷与发电机组装机容量之比约为1717，冷电比相差较大，因此，冷电比相差较大，因此CCHPCCHP与与电制冷具有较大的耦合运行调整空间，即在大部分时间内可通过优先利用电制冷具有较大的耦合运行调整空间，即在大部分时间内可通过优先利用CCHPCCHP自发电自发电满足电空调运行需要，一方面可通过增加电负荷保证满足电空调运行需要，一方面可通过增加电负荷保证CCHPCCHP发电设备较高的负荷率，另发电设备较高的负荷率，另一方面可利用电空调较高的制冷

23、效率满足总冷负荷需求。一方面可利用电空调较高的制冷效率满足总冷负荷需求。(1).CCHP与电制冷机组的耦合性分析发电量余热制冷电空调制冷外供准是冷电比增量KWHKWHKWHKWH11.24.55.75.7表 CCHP与电制冷耦合运行的冷电比变化2022-12-265.5.应用实例应用实例耦合系统优化运行没有蓄能系统时，由于发电余热不能充分利用，使得在空调负荷较低时段CCHP系统发电设备停止运行，否则将导致大量余热不能充分利用。蓄能系统的利用使得在高电负荷、低空调负荷时段发电设备也能根据电负荷高效运行，增加了发电机组运行时间，并且使得即使在热电负荷不匹配情况下CCHP系统综合效率仍能保证在较高水

24、平。(2).CCHP与蓄能系统的耦合性分析2022-12-265.5.应用实例应用实例耦合系统优化运行图A为CCHP与电空调及蓄能系统的简单耦合模式，电空调只起到改变电负荷及供冷量作用，蓄能系统只调整发电余热与热负荷之间的不平衡。图B增加了电空调供冷与蓄能之间的耦合模式，实际运行中可利用夜间低谷市电蓄能或者延长发电机组运行时间同时，蓄存电空调及发电余热制冷量。可见B模式下利用适宜时段的蓄能量更多，有利于系统能效提高。本耦合系统中由于CCHP与蓄能相结合的应用，使得设备装机容量降低约15%，年能源综合利用效率提高5%10%。(3).CCHP与电制冷、蓄能的耦合性分析两种不同的耦合模式2022-1

25、2-265.5.应用实例应用实例与外部系统的耦合：发电机并网方案n并网不上网、自发自用。n自发电在400V低压侧并网；经能源站变压器升压至10KV后在机场T2航站楼3#配电室用电范围内消耗。n能源站高、低压供配电系统均采用单母线分段制运行方式，两段母线由母线联络柜连接，在事故或检修状态下可通过联络柜实现单母线运行方式。2022-12-265.5.应用实例应用实例自控系统耦合型DCS系统能源站控制系统：能源站控制系统：实现系统安全稳定运行，具备数据采集、设备起停控制、系统顺控、自动加减载、系统监控报警、数据归档初步分析等功能；与消防报警系统联络、与航站楼空调控制系统数据交换、与航站楼3#配电室电

26、力负荷数据交换，为智能平台提供基础数据。智能能源管理平台系统：智能能源管理平台系统：实现数据分析、能效指标评价；建立数据库与模型，生成报表；根据负荷预测实现系统优化策略；能源站管理调度。p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly,And You Will Know Everything.The More You Know,The More Powerful You Will Be写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日