燃气冷热电联供分布式能源系统在我国推广应用的再思考讲解(2)

2019-08-30 16:47

同的DES/CCHP能源站的适用范围基本相似,均可适用于小型燃气轮机发电装置的DES/CCHP能源站,但应根据具体工程项目的终端用户的冷、热负荷及其不同时段的变化情196

www.cigee-expo.com推动分布式能源发展 促进储能产业化应用况和当地的条件(包括气象条件、可能获得的热泵系统的热源、占地状况、地质条件等),经过技术经济比较,进行设备配置和系统集成优化后合理选择,达到一次能源利用率高、节能减排的优选方案。 图5. DES/CCHP(五)

(6)燃气内燃机发电装置+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机+烟气/水换热器+汽/水换热装置+水/水换热装置+蓄热装置,其流程示意图见图6。这种基本流程主要用于MW级以上的燃气内燃机发电装置,为了充分利用内燃机的烟气和缸套水、中冷水的多种余热,设置余热锅炉利用高温烟气生产0.5~0.8 MPa 的饱和蒸汽,再利用烟气/热水换热器将烟气降至60℃~80℃;缸套水和中冷水经水/水换热装置降温循环。夏季采用蒸汽吸收式制冷机制冷,不足的冷量由电制冷机补充;冬季采用蒸汽/水换热装置得到热水与水/水换热装置得到的热水共同供热用,为调节热负荷设置一定容量的蓄热装置。这种流程应用场所夏季应具有一定容量的热负荷,以充分利用缸套水等余热所获得的热水;冬季热负荷较大时,可在余热锅炉上设置补燃装置在高峰

热负荷时段进行补燃供热。 图6. DES/CCHP(六)

①燃气内燃机,②余热锅炉,③烟气/水换热器,④蒸汽型吸收式制冷机, ⑤电制冷机,⑥蓄热装置,⑦汽/水换热器,⑧水/水换热器 197

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(7)燃气内燃机发电装置+烟气/热水型吸收式冷暖机+烟气/水换热器+水/水换热装置+电制冷机(热泵型)+蓄冷装置等,其流程示意见图7.这种流程适用于小型的DES/CCHP能源站。内燃机的高温烟气和缸套水等分别接入吸收式制冷机的高压发生器和低压发生器,可以得到较好的制冷效率,为适应终端用户对冷热负荷变化的需求,配置了电制冷机、蓄冷装置;冬季由烟气/热水吸收式冷暖机供应热水,也可将缸套水等经水/水换热装置与烟气/水换热装置将烟气降温至60℃~80℃共同提供热水,不足热量可根据所在地区条件,在具有合适低温热源的寒冷地区或需供应热水时配置热泵型电制冷机提供热水;或在吸收式冷暖机配置补燃装置满足冬季高峰段的供热需求。 图7. DES/CCHP(七)

①燃气内燃机,②烟气/热水型吸收式冷暖机,③烟气/水换热器, ④电制冷机,⑤蓄冷装置,⑥水/水换热装置

(8)燃气内燃机发电装置+热水型吸收式制冷机+电制冷机(热泵)+燃气锅炉,其流程示意见图8.这种基本流程主要适用于小型DES/CCHP能源站。内燃机的高温烟气经烟气/水换热装置获得90℃~95℃的热水,内燃机的缸套水等可与上述热水串联或并联进入热水型吸收式制冷机制冷,也可通过配置的水/水换热器装置获得终端用户所要求的供热温度的热水。夏季不足冷量由电制冷机补充供应,冬季不足热量可根据当地条件配置热泵型电制冷机或燃气锅炉或二者皆有的方式供热。在实际应用中应根据项目的实际条件和冷热负荷变化情况,结合DES/CCHP(六)或(七)进行技术经济比较后选择。 198 图8. DES/CCHP(八)

www.cigee-expo.com推动分布式能源发展 促进储能产业化应用余热制冷后排放大气,由于微燃机设有回热器、排出烟气温度较低,为适应终端用户冷热负荷变化的需求宜设补燃装置补足供热、制冷。这种流程只适用冷热负荷较小的建筑物。 图9. DES/CCHP(九)

(10)微燃机+热水型吸收式制冷机+电制冷机(热泵),其流程示意见图10.微燃机排出的烟气经烟气/水换热器将烟气降温至85℃~95℃,充分利用烟气显热和潜热获得90℃左右的热水,夏季采用热水型吸收式制冷机制冷,不足冷量由电制冷机补充;冬季直接应用热水供热,不足热量根据具体条件可采用热泵系统补充供热或配置小型常压燃气锅炉补充供热

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图10. DES/CCHP(十)

DES/CCHP能源站在国内外已有大量的实际运行案例,既有较大规模的区域型的,也有中小型的楼宇型的,下面是实际运行的几个DES/CCHP案例。 美国佛罗里德州奥兰多(orlando)迪斯尼乐园的燃气冷热电联供能源站,装设有2套发电能力为60MW的燃气轮机发电装置+余热锅炉+蒸汽吸收式制冷机+电制冷机+烟气/水换热器,供应游乐园区约5KM2范围内的各种建筑物(含数座五星级宾馆等)的空调用冷冻水、生活热水和部分 199

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The 2nd China International Forum on Distributed Energy Sources & Energy Storage Technologywww.cigee-expo.com电力供应,能源站的全年热效率可达80%左右,具有很好的节能和经济效益,并已运行多年。

英国某微电子工厂,在厂区内设有燃气内燃机发电装置的燃气冷热电联供能源站,由于该工厂生产工艺要求十分严格的洁净厂房净化空调系统的冷冻水供应和一些关键生产设备所需的可靠电力供应,将能源站的燃气发电装置与工厂的应急电源合并设置,采用了(n+2)的配置数量,设置了共8台单机发电量5MW的燃

气内燃机发电装置,正常运行6台;发电装置排出的烟气和缸套水等余热经吸收式制冷机得到的冷冻水与电制冷机得到的冷冻水一起供应净化空调系统和供应关键生产设备等的连续供电。该能源站运行多年,并在工厂扩建中再次进行扩大。 日本东京汐留北供冷供热系统,该能源系统供应2个街区+多幢建筑,共约

71x104m2的办公、商业、文化设施(包括日本TV塔楼等),根据其特点设有主机房、次机房各一座,主机房设置2100KW的燃气轮机发电装置2台和1530KW的燃油发电机组2台+6050Kg/h余热锅炉2台+蒸汽吸收式制冷机(2615RT)4台+电动离心式制冷机(1850RT)1台+电动热回收式离心制冷机(单冷时—

400RT,热回收时—冷侧320RT、热侧40/50℃1510KW)1台+双工况离心式制冷机(空调工况1500RT、蓄冷工况860RT)1台+燃气锅炉(25 t/h 2台,9.6 t/h 1台,4.8 t/h 1台)+水蓄冷槽(6830 m3)1个+蓄冷/热槽(1120 m3)1个+水/水换热器、汽/水换热器若干台;在次机房内设有1100KW燃气轮机发电装置2台,800KW燃油发电装置2台+2.8 t/h余热锅炉2台+蒸汽吸收式制冷机(1308RT)2台+电动离心式制冷机(500RT)2台+水蓄冷槽(2870 m3)1个+水/水换热器。2003年夏季均已投入运行。

广州大学城DES/CCHP项目,2009年10月建成并试运行,2010年暑期开始供冷。该能源站设有2套发电能力为78MW的燃气—蒸汽联合循环燃气轮机发电机组,燃气轮机发电装置的发电效率为38%,排出的500℃烟气至余热锅炉产生4.0 MPa 的过热蒸汽至汽轮机发电装置;余热锅炉排出的烟气经烟气/水换热器降温后排放,换热得到的60℃热水与汽轮机凝汽器的冷凝潜热获得的热水汇合后供应大学城的生活热水;广州大学城的区域供冷系统的总供冷能力为11x104冷吨,由设在能源站内蒸汽吸收式制冷站和三个由能源站直接供应电力的电制冷/蓄冷供冷站组成;该DES/CCHP系统的一次能源利用率可达80%。

上海浦东国际机场燃气冷热电联供能源中心,2000年投入运行,设有1台4MW的燃气轮发电装置+余热锅炉(~11t/h)+蒸汽吸收式制冷机(1500RT、4台)+电制冷机(4000RT、4台+7200RT、2台)+燃气锅炉。夏季燃气发电装置的高温烟气经余热锅炉生产的蒸汽与燃气锅炉生产的蒸汽,由吸收式制冷供应机场空调用冷,不足冷量由电制冷机补充,生产电力除供能源站自身使用外还供临近用电设备应用;冬季生产的蒸汽供应机场使用,不足热量由燃气锅炉补充。该能源站运行多年,经济社会效益明显。

北京亦庄经济开发区华润协鑫(北京)公司的燃气—蒸汽联合循环发电站经技改,增设热水型、蒸汽型吸收式制冷机实现燃气冷热电联供。该发电站设有两套75MW燃气—蒸汽联合循环热电联产机组+余热锅炉+烟气/热水换热器,余热锅炉生产的3.43 MPa /435℃的过热蒸汽可经汽轮发电机发电或减温减压装置得到0.8 MPa 蒸汽外供;烟气/热水换热器得到130℃/70℃热水外供。由于主要用于冬季供热,夏季热负荷很少,余热不能得到充分利用,全年燃气蒸汽联合循环总热

效率只有59%左右。鉴于在该发电站临近周边1KM左右已建有多个电子工厂,这些电子厂均需全年供冷,且24h连续供应,现已设有十多台1000RT(冷吨)以上的电制冷机,为此从2009年开始进行规划、改造,拟建蒸汽型吸收式制冷机、热水型吸收式制冷机供应临近电子工厂冷冻水,顶替部分电制冷200

www.cigee-expo.com推动分布式能源发展 促进储能产业化应用机一年四季均可连续供应冷冻水,且前已安装投运两台1300冷吨热水型吸收式制冷机,取得了较好的节能和经济效益,据该公司分析研究,若在夏季可充分利用余热,可将发电站的年总热效率提高15%左右。 2. DES/CCHP的工程示范与推广应用

中国目前和今后10—20年城镇化建设,各种“园区”的建设都将面临能源供应的压力,应在规划建设中正确地进行“节能减排”、“可靠的能源供应和新能源系统的应用”等重大问题的决策,实现我国中长期规划中的节约能源的目标,为减少温室气体排放和环境保护做出应有的贡献。随着科学技术的发展,各种产品生产的高效率和生产过程的自动化、连续性以及生产工艺的生产环境要求,一些工业产品要求具有恒温或恒温恒湿的环境,明显的有电子、生物制药、精密机械、精细化工、部分食品和化妆品等产品生产,他们要求夏季供冷,甚至要求冬季也要供冷,有的还要求昼夜连续供冷;随着社会经济的发展,人民生活水平、生活质量的提高,需要具有舒适的环境进行工作、休闲生活和各种活动,夏季要供冷,冬季要供暖等。这些需求为燃气冷热电联供分布式能源系统在城镇化与各种“园区”的规划、建设中显现,解决有冷负荷、热负荷需求的工业企业、公共建筑甚至部分住宅的供冷、供热和部分电力供应提供应用空间,因为DES/CCHP具有较高的一次性能源利用率,“高能高用、低位能源充分利用”以及多种类型系统、设备的集成优化、环境友好等优越性,将是我国北方、南方的城镇化建设、各种“园区”的建设都可应用的优良供冷、供热方式。我国政府作出的2020年将比2005年的温室气体排放减少40%的承诺,为完成CO2减排的目标必须降低能源消耗和提高能源利用效率,并应加大不排碳和少排碳的新能源、可再生能源、核能、天然气等在一次能源中的比例,可再生能源、核能的发展正日益受到政府和方方面面的关注,但有资料介绍,近20年内加速发展、应用天然气是我国节能减排的主要战略,到2020年我国天然气使用将达到4000亿m3/a,为燃气冷热电联供分布式能源系统的推广应用提供了较好的条件。

我国的DES/CCHP的工程示范推广应用若能与城镇化、各类“园区”的规划、建设同步进行,既是发展我国燃气DES/CCHP的最好机遇,更是提供城市、“园区”各类终端用户科学用能、提高能源利用效率、减少碳排放和降低冷、热、电使用成本的优良途径;也是解决目前许多城市的燃气使用不平衡、电力使用不平衡,需要配置必要调峰储气设施、电力调峰措施的重要方式之一。在各个地区的城镇化、“园区”的规划、建设时,根据其不同的建设规模、各类建筑的类型及其终端


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