分布式能源

概述科學(xué)用能及能的梯級利用分布式能源系統(tǒng)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)&

科學(xué)用能及能的梯級利用發(fā)展趨勢能源是什么？能能源：就是向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（礦物質(zhì)能源，核物理能源，大氣環(huán)流能源，地理性能源）。人類的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進能源技術(shù)的使用。用能高新技術(shù)快速沖擊發(fā)展趨勢人類需求不斷上升環(huán)保要求日趨增強節(jié)能節(jié)約和科學(xué)用能。提高能源的綜合利用效率；——梯級利用在利用能源同時，分離、回收污染物；——降低耗能實現(xiàn)能源再循環(huán)利用，減少廢能。——優(yōu)化模式能的梯級利用能的形式多樣，但可劃分為兩大類：熱和功知識點回顧：同學(xué)們記得熱力學(xué)第一定律和第二定律說的是什么嗎？TheFirstLaw:能量守恒。TheSecondLaw:能量轉(zhuǎn)換方向——品位。能的梯級利用物理能的梯級利用吳仲華表述為“溫度對口、梯級利用”。熱力循環(huán)的發(fā)展有兩個階段：第一階段：提高蒸汽初溫來提高效率，但上升空間隨溫度上升愈加不明顯，難以突破50%。第二階段：聯(lián)合循環(huán)（燃氣輪機和蒸汽輪機聯(lián)合，達到梯級利用，整個實際效率可超過60%）。能的梯級利用化學(xué)能與物理能的綜合梯級利用分析發(fā)現(xiàn)，燃燒釋放熱量這一初始環(huán)節(jié)，往往更容易造成能的品位損失。縱觀工程熱力學(xué)，很少涉及化學(xué)能轉(zhuǎn)換。舉例：我們把某一燃料先吸收低品位的熱量，讓其轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣扇剂希缓笤偃紵尫懦龈咂肺坏臒崮埽刺岣吡朔磻?yīng)熱的品位，又減少了熱損失。我們把化學(xué)能與物理能綜合梯級利用，會更好的提高利用效率。&分布式能源系統(tǒng)問題1：什么是分布式能源系統(tǒng)？究竟如何定義？問題2：為什么我們要采用分布式能源系統(tǒng)？問題1：什么是分布式能源系統(tǒng)？世界分布式能源聯(lián)盟WADE：指安裝在用戶端的高效冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。產(chǎn)品和技術(shù)包括：1、高效的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)：功率在3KW-400MW，如燃氣輪機、內(nèi)燃機、蒸汽輪機、微型燃氣輪機和燃料電池等。2、分布式可再生能源技術(shù)，其中包括光伏發(fā)電、小水電、現(xiàn)場生物能發(fā)電、微風(fēng)風(fēng)力發(fā)電。知識點回顧：可再生能源有哪些？太陽能、風(fēng)能、水能（潮汐能）、海洋能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、氫能；其中大中型的水電和傳統(tǒng)的生物質(zhì)能為舊的可再生能源，其余的稱為可再生新能源。問題1：什么是分布式能源系統(tǒng)？美國能源部的定義是：可在以下幾個方面區(qū)別于集中式能源：分布式能源是小型的、模塊化的，規(guī)模是千萬到兆瓦級；包含供需雙側(cè)的技術(shù)，如光電系統(tǒng)、燃料電池、燃氣內(nèi)燃機、燃氣輪機、熱力驅(qū)動的供熱制冷系統(tǒng)等一般位于用戶現(xiàn)場或附近，如分布式能源裝置可以直接安裝在用戶建筑物里，建在區(qū)域能源中心或附近。問題1：什么是分布式能源系統(tǒng)？我國發(fā)改委的定義：分布式能源是近年來興起的利用小型設(shè)備向用戶提供能源供應(yīng)的新的能源利用方式。與傳統(tǒng)集中式能源系統(tǒng)相比，分布式能源接近負荷，不需要建設(shè)大電網(wǎng)進行遠距離高壓或者超高壓輸電，可以大大減少線損，節(jié)省輸配電建設(shè)投資和運行費用。問題1：什么是分布式能源系統(tǒng)？我國發(fā)改委的定義：由于兼具發(fā)電、供熱等多種能源服務(wù)功能，分布式能源可以有效地實現(xiàn)能源的梯級利用，達到更高的能源綜合利用效率。分布式能源設(shè)備起停方便，負荷調(diào)節(jié)靈活，各系統(tǒng)相互獨立，系統(tǒng)的可靠性和安全性較高；此外，多采取天然氣/可再生能源為燃料，更加環(huán)保。問題1：什么是分布式能源系統(tǒng)？綜合來看，有四層含義：接近負荷，把發(fā)電和供能建在用戶附近；能源的梯級利用和綜合利用，實現(xiàn)高效經(jīng)濟和環(huán)保效益。滿足用戶冷、熱、電、蒸汽、生活熱水等各種負荷需求。智能，調(diào)節(jié)靈活。分布式能源系統(tǒng)DistributedEnergySystem,DES:是一種新型的能源系統(tǒng)，它一般建于用戶附近，減少了輸配系統(tǒng)投資和能量損失，是更高效、更可靠和更加環(huán)保的能源系統(tǒng)。分布式能源系統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)形式多樣可以是以微型或小型燃氣動力裝置發(fā)電、燃料電池等動力裝置；可以是以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、太陽能高溫集熱發(fā)電等可再生能源建立的獨立電源技術(shù)；也包括如燃料電池－燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)以及分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。問題2：為什么我們要采用分布式能源系統(tǒng)？簡單理解，即目前我們采用的單獨集中式能源系統(tǒng)是存在缺陷的，分布式能源起到了一種查缺補漏的作用。20世紀初以來電力行業(yè)流行的觀點是：發(fā)電機組容量越大效率越高，單位千瓦投資越低、發(fā)電成本也越低。所以隨著能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電力工業(yè)發(fā)展方向是大機組、大電廠和大電網(wǎng)”。但是，在許多情況下，分布式能源系統(tǒng)是集中供電不可缺少的重要補充，二者的有機結(jié)合是未來能源系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。優(yōu)點和體現(xiàn)避免過高的輸配成本。電網(wǎng)的輸配成本占電能生產(chǎn)成本的50%—80%。建設(shè)周期短，節(jié)約投資。就地轉(zhuǎn)換，就地供應(yīng)。易于實現(xiàn)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)。制冷供熱介質(zhì)不宜遠距離傳輸。聯(lián)產(chǎn)總效率可達75%，甚至更高。而大型供熱電廠也只有60%-70%。優(yōu)點和體現(xiàn)環(huán)保效果好。可再生能源有天然優(yōu)勢，即便用化石燃料，也因易于實現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)，從而減少污染物排放。具有不低的供電效率。除太陽能、風(fēng)能等遠低于大型發(fā)電機組的發(fā)電效率，其余的差距并不明顯。非常適合對鄉(xiāng)村、牧區(qū)、山區(qū)、發(fā)展中區(qū)域以及商業(yè)區(qū)和居民區(qū)的電力供應(yīng)，大幅度減輕環(huán)保壓力。有人認為分布式能源就是那些容量小的能源利用系統(tǒng)。你怎么看待這個問題？這種看法是片面的。分布式能源系統(tǒng)中的小型包含兩個意思：一方面，分布式能源所涉及的新型發(fā)電技術(shù)本身容量不大；但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其以燃料電池為代表，其發(fā)電容量是在不斷的增加的。另一方面，有些國家的排放標準是以年排放量規(guī)定的，為了避免排放超標，而不得不采用一些小的發(fā)電裝置。所以，從容量來界定分布式能源是不客觀不可持續(xù)的。發(fā)展：分布式能源起源于19世紀80年代，1882年，美國紐約出現(xiàn)了以工廠余熱發(fā)電滿足自身與周邊建筑電、熱負荷的需求，成為分布式能源最早的雛形。國內(nèi)外學(xué)者們對分布式能源系統(tǒng)的稱呼：國內(nèi)：分布式能源、分布式能源系統(tǒng)、分布式電源、分布式供能、能源島；發(fā)展：國外：DistributedPower;DistributedGeneration;DistributedPowerGeneration;DistributedEnergyResources;DistributedEnergySystem…我們這門課中統(tǒng)一稱為“分布式能源系統(tǒng)”，簡稱“分布式能源”。國外發(fā)展：1978年在美國推廣。2009年底，美國熱電聯(lián)產(chǎn)機組裝機總?cè)萘考s8500萬kW，占其9%，發(fā)電量約占12%。預(yù)計2030年實現(xiàn)2.4億kW。美國分布式能源發(fā)展得益于相對較低的天然氣價格。歐洲分布式能源發(fā)電量占總發(fā)電量的9%，其中丹麥、荷蘭、芬蘭均可達到30%以上。歐盟的燃氣分布式能源發(fā)展以德國為代表，它們能在積極發(fā)展可再生能源、大力利用低碳能源并在逐步壓縮核電。德國對燃氣分布式發(fā)電的補貼及保護政策較大。國外發(fā)展：日本85年的裝機容量是20萬kW。2011年，3.11大地震后，日本福島受損的核電機組發(fā)生泄漏，舉世震驚。不完全統(tǒng)計也有12萬人進行核輻射檢查。“對周邊國家波及嚴重。”此后，日本也在大力發(fā)展分布式能源。國內(nèi)發(fā)展：我國是在1995年開始分布式能源的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的，與國外確實存在很大的差距，但近幾年，國家能源局，國家發(fā)改委等陸續(xù)出臺對分布式能源發(fā)展尤其是天然氣分布式能源發(fā)展的指導(dǎo)意見，對今后我國的分布式能源發(fā)展具有里程碑意義。分布式能源系統(tǒng)發(fā)展趨勢：方向是提高能源綜合利用率、改善能量系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性、滿足用戶的多種需求、減少環(huán)境污染。目前主要方向之一就是熱電冷聯(lián)產(chǎn)。從原動機分類而言，目前分布式能源研究主要有以下方面：先進的燃氣輪機和微型燃氣輪機目前燃氣輪機系統(tǒng)效率約為25%～32%，下一代效率不低于40%；并要求在沒有燃后控制的情況下，減少氮氧化物和一氧化碳的排放。燃料電池目前燃料電池的主要突破依然在電池的壽命及其可靠性上，提高效率，降低成本也要必須考慮的因素。風(fēng)力發(fā)電主要目標還是降低風(fēng)電成本，并降低對風(fēng)速的要求，以使風(fēng)力發(fā)電的電能供應(yīng)更加平穩(wěn)。光伏發(fā)電降低光伏電池的成本，推動低成本材料的研制和開發(fā)。&熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱電冷聯(lián)產(chǎn)(Cogenerationcoolingheatingandpower,CCHP)是在熱電聯(lián)產(chǎn)(Cogenerationheatingandpower,CHP)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。二者不同之處在于，CCHP可以向建筑物同時提供電力、制冷、供暖、衛(wèi)生熱水和其他通途的熱能，側(cè)重領(lǐng)域是商用寫字樓及公共樓宇。而CHP只能提供電力和熱能，側(cè)重于需要工藝用熱的工業(yè)企業(yè)。大幅度提高了系統(tǒng)能源利用率的同時，降低了環(huán)境污染，明顯改善系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。&熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)CCHP是一種建立在能量的梯級利用概念上，把制冷、供熱（采暖和供熱水）及發(fā)電過程一體化的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)。目的在于提高能源的利用效率，并減少碳化物和有害氣體的排放。目前我國的燃氣熱電冷三聯(lián)產(chǎn)在相當一段時間內(nèi)都會是分布式能源系統(tǒng)的主要形式。熱電冷聯(lián)產(chǎn)和分布式能源的關(guān)系（*）二者相互交叉、部分重合。現(xiàn)在的熱電冷聯(lián)產(chǎn)，一部分屬于分布式能源，其安裝在用戶當?shù)鼗蚋浇攸c，滿足當?shù)赜脩粜枨蠡蛑С蛛娋W(wǎng)，一般容量相對較小，可連接電網(wǎng)也可不連接。還有一部分是屬于大型集中電廠的熱電聯(lián)產(chǎn)，俗稱熱電廠，這一部分的發(fā)電是上網(wǎng)的，一般容量較大4～40WkW，不屬于分布式能源系統(tǒng)。&熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)CCHP的優(yōu)點：實現(xiàn)能源的綜合利用，提高能源的利用率。可達90%。環(huán)保。由于燃料多為氣態(tài)清潔燃料，本身就有優(yōu)勢，不僅對污染物，而且二氧化碳排放也減少；此外，溴化鋰吸收式制冷也減少了對氟利昂的使用。經(jīng)濟。同CHP相比，增加了夏季的熱量需求，使得一部分產(chǎn)生的余熱用于吸收式冷機制冷，提高了對整個的經(jīng)濟性。CCHP的優(yōu)點：能源安全，增加用戶電力可靠性。電網(wǎng)在安全性、穩(wěn)定性、供電質(zhì)量方面需求嚴格，一個環(huán)節(jié)故障，都會導(dǎo)致大規(guī)模停電。而采用如微型燃氣輪機的分布式能源系統(tǒng)，可以作為一個非常好的補充，保證供電的穩(wěn)定，增加電網(wǎng)可靠性。CCHP的優(yōu)點：削峰填谷，緩解電力緊張，實現(xiàn)能源消耗的季節(jié)平衡。夏季，CCHP的使用可以有效減少對電網(wǎng)的需求，削減峰量，同時還可以填補天然氣的用量低估。冬季燃氣輪機的高溫?zé)煔庥酂崂茫挚梢韵鳒p對冬季天然氣的用量峰值。從而也提高了天然氣管網(wǎng)的利用率，降低相對維護成本。CCHP的缺點：目前使用規(guī)模均較小，安裝在樓宇內(nèi)，只能使用天然氣或油品。小是個相對詞，并不是指CCHP系統(tǒng)可以小到為一家一戶獨立使用，而是為了一棟樓或小區(qū)進行冷熱電聯(lián)供。不如空調(diào)，熱水器這樣靈活。熱電冷聯(lián)產(chǎn)的構(gòu)成與分類不同應(yīng)用領(lǐng)域配置模式差異很大，主要取決于當?shù)氐哪茉葱枨蠼Y(jié)構(gòu)。但總體都包括三大系統(tǒng)：動力系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。只是每個系統(tǒng)的種類選擇有很多。動力系統(tǒng)內(nèi)燃機、燃氣輪機、微型燃氣輪機和燃料電池等。供熱系統(tǒng)熱源、熱網(wǎng)和熱用戶組成。制冷系統(tǒng)主要有壓縮式和吸收式制冷。動力系統(tǒng)內(nèi)燃機。可使用天然氣、丙烷或柴油，容量從5kW到10MW。作為一個往復(fù)運動機械，將往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)后驅(qū)動發(fā)電機組，其輸出功率可以發(fā)電也可以驅(qū)動制冷壓縮機等設(shè)備。

特點：發(fā)電投資小，啟動迅速、可靠性高，變負荷性能好，余熱可以回收，是目前應(yīng)用最廣的分布式發(fā)電技術(shù)，效率在25%~40%。

內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)和排氣中的熱能可以用來供暖、生產(chǎn)熱水或給一些吸收除濕設(shè)備提供動力。燃氣輪機。利用天然氣、煤氣、油等驅(qū)動燃氣輪機并發(fā)電，排氣進入余熱鍋爐，以低壓蒸汽或熱水形式回收，滿足用戶采暖、空調(diào)和熱水要求。

特點：高效環(huán)保、排煙溫度高、便于熱回收、可利用熱能連續(xù)穩(wěn)定。

目前已有尺寸小、質(zhì)量輕、污染排放低、燃氣適應(yīng)性廣、具有高機械效率和高排氣溫度的燃氣輪機，容量范圍從幾十kW到300MW以上，具有高發(fā)電效率（30%～40%）和高的熱效率（70%～80%）。微型燃氣輪機及其分布式能源系統(tǒng)。使用天然氣、煤制氣、柴油等，可為小型樓宇或小型工廠提供現(xiàn)場電力、熱力、制冷能源。

特點：清潔、可靠、多用途，低造價，低排放。燃料電池。可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能和熱能。發(fā)電效率比其他要高1/6～1/3，目前以低熱值定義的發(fā)電效率為40%～55%。