分布式能源系统

第八章第八章 分布式能源系统分布式能源系统传统建筑能源传统建筑能源 主要供能方式：主要供能方式：燃煤供暖：严重恶化环境燃煤供暖：严重恶化环境天然气或电直接供热（冷）：能源利用率低天然气或电直接供热（冷）：能源利用率低集中热电并供：距离限制集中热电并供：距离限制 结果：结果：电力与天然气峰谷差加大电力与天然气峰谷差加大发电设备年运行时间下降发电设备年运行时间下降巨额固定资产浪费巨额固定资产浪费 结论结论:未能达到能源梯级利用，造成能源、环境和经济上未能达到能源梯级利用，造成能源、环境和经济上的被动的被动电网电网可靠吗？可靠吗？超大型电力系统面临严超大型电力系统面临严峻挑战峻挑战 2003年年8月月14日日，美、加，美、加大停电，每天损失大停电，每天损失300亿亿美元美元 2003年年8月月28日，英国伦日，英国伦敦大面积停电敦大面积停电 2003年年6月月11日，台湾高日，台湾高雄全市停电雄全市停电 2003年年2月月3日，阿尔及利日，阿尔及利亚全国停电数小时亚全国停电数小时停电时的纽约解决途径：分布式能源系统解决途径：分布式能源系统 问题：问题：建筑能源系统直接将高品位能用于低品位能的需求建筑能源系统直接将高品位能用于低品位能的需求又试图将太阳能等低密度能源艰难地转换为高品位能又试图将太阳能等低密度能源艰难地转换为高品位能 思路：思路：系统集成、传统与可再生能源互补系统系统集成、传统与可再生能源互补系统 发展趋势发展趋势:热电联产热电联产 冷热电一体化冷热电一体化 生态建筑生态建筑分布式分布式能源能源系统系统概念：概念：指各种集成或单独使用、靠近小型用户、容量在指各种集成或单独使用、靠近小型用户、容量在几几kW到到50MW的模块化发电装置，其与能源管理的模块化发电装置，其与能源管理和储存系统和储存系统(如超导储能如超导储能)相结合，用于改善输电系相结合，用于改善输电系统的运行。统的运行。可以位于终端用户附近，建设在工业园区、楼宇、可以位于终端用户附近，建设在工业园区、楼宇、社区里。社区里。分布式能源系统可为在不适宜建设集中电站的地分布式能源系统可为在不适宜建设集中电站的地区和输电网末端的用户及输配电系统提供能源区和输电网末端的用户及输配电系统提供能源，能能够有效降低热、电、冷等远离能量输送损失和相应够有效降低热、电、冷等远离能量输送损失和相应的输配电系统投资，为用户提供高品质、高可靠性的输配电系统投资，为用户提供高品质、高可靠性和清洁的能源服务。和清洁的能源服务。分布式能源系统分布式能源系统1978年年由由美国公共事业管理政策美国公共事业管理政策法法提出并推广。提出并推广。分布式能源系统特点分布式能源系统特点 节省输变电投资 供电可靠性提高 满足特殊场合的需求 具有良好的环保性能 为能源的综合梯级利用提供了可能 为可再生能源的利用开辟了新的途径分布式能源系统的主要形式分布式能源系统的主要形式 从从动力装置动力装置来看来看：微型燃气轮机、燃气轮机、：微型燃气轮机、燃气轮机、内燃机、常规的柴油发电机、燃料电池内燃机、常规的柴油发电机、燃料电池。从从用户需求不同用户需求不同来看：来看：电力单供、热电联产方电力单供、热电联产方式式(C H P)、热电冷三联产热电冷三联产(CCHP)等方式。等方式。美国能源部美国能源部CCHP纲领纲领 美国能源部（美国能源部（DOE）1999年提出：年提出：“CCHP创意创意”、“CCHP2020年纲领年纲领”2005年：年：确保行业法规、税收优惠确保行业法规、税收优惠 建立建立200个示范工程个示范工程 2010年：年：20的新建商用建筑采用的新建商用建筑采用CCHP 5的已建商业的已建商业/学院采用学院采用CCHP 2020年：年：50的新建商业的新建商业/学院采用学院采用CCHP 15的已建商业的已建商业/学院采用学院采用CCHP日本发展计划日本发展计划 1994年日本政府制定了年日本政府制定了“新能源计划新能源计划”，到，到2000年日年日本太阳能发电达到本太阳能发电达到400兆瓦，计划兆瓦，计划2010年达到年达到4600兆瓦。兆瓦。日本将太阳能的研究开发重点放在低成本大规模生产日本将太阳能的研究开发重点放在低成本大规模生产技术方面，以促进太阳能发电的实用化进程。技术方面，以促进太阳能发电的实用化进程。目前研究重点主要集中在大面积薄膜非晶硅、目前研究重点主要集中在大面积薄膜非晶硅、CdTe电电池、池、CIS电池的制造技术，电池的制造技术，V族化合物半导体高效族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池，多晶硅光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池，多晶硅低成本精炼技术等方面。低成本精炼技术等方面。风力发电主要开发单机容量为风力发电主要开发单机容量为500千瓦的三翼刚性构造千瓦的三翼刚性构造的风力机组以及集合型风力机组群有关技术。的风力机组以及集合型风力机组群有关技术。华盛顿水门饭店华盛顿水门饭店马里兰大学马里兰大学2001东京新宿区冷热电系统东京新宿区冷热电系统大阪大阪京都京都国内的冷热电项目国内的冷热电项目单位单位:kW冷热电系统现状冷热电系统现状 发电发电动力循环动力循环 制冷制冷中温排热吸收机（蒸汽中温排热吸收机（蒸汽/烟气）烟气）供热供热简单利用（余热锅炉供热）简单利用（余热锅炉供热）生活热水生活热水取自余热锅炉取自余热锅炉 一般都需要补燃一般都需要补燃2008年奥运主场馆分布式能源系统年奥运主场馆分布式能源系统研究目标定位与方案总体思路研究目标定位与方案总体思路 实现传统能源与可再生能源的联合使用，形实现传统能源与可再生能源的联合使用，形成有机的成有机的整体整体 根据负荷变化和各能源品种的特点，灵活、根据负荷变化和各能源品种的特点，灵活、高效、合理地高效、合理地调配调配 多能源输入与多能源输出多能源输入与多能源输出 多功能的分布式能源系统多功能的分布式能源系统 方案设计目标方案设计目标方案定位：追求国际领先水平方案定位：追求国际领先水平 实现实现多种能源多种能源互补，充分利用互补，充分利用可再生能源可再生能源（包括太阳能、水（包括太阳能、水源、地源、风源）；源、地源、风源）；系统高度集成：能量系统高度集成：能量梯级利用梯级利用，特别是中低温余热的利用；，特别是中低温余热的利用；冬季冬季热泵方式热泵方式供热供热 夏季吸收机回收排热，提供生活热水，同时提高机组效率夏季吸收机回收排热，提供生活热水，同时提高机组效率 低温低温余热除湿余热除湿（夏季）、采暖（冬季）（夏季）、采暖（冬季）能源系统与能源系统与建筑建筑功能的有机结合。功能的有机结合。“奥运能源展示中心奥运能源展示中心”（Energy Park）目的：目的：采用国际上最新的分布式能源技术，采用国际上最新的分布式能源技术，综合利用综合利用天然气、太阳能和地热等能源，天然气、太阳能和地热等能源，先进、高效、智能、清洁、可靠的能源系统。先进、高效、智能、清洁、可靠的能源系统。任务：任务：国家体育场、游泳中心、信息大厦国家体育场、游泳中心、信息大厦 全部空调、采暖和生活热水，部分电力。全部空调、采暖和生活热水，部分电力。示范场馆分布示范场馆分布示意图示意图500m示范场馆介绍示范场馆介绍 国家体育场国家体育场 25万平方米（含地下）万平方米（含地下）奥运会期间奥运会期间100，000人，会后人，会后80，000人人 国家游泳中心国家游泳中心 8万平方米（含地下）万平方米（含地下）奥运会期间奥运会期间17，000人，会后人，会后6，000人人 奥运信息大厦奥运信息大厦 万平方米万平方米 主要功能：电话局、通信主机房、管理、办公等主要功能：电话局、通信主机房、管理、办公等 特点特点1：能源的梯级利用：能源的梯级利用电电驱动热泵驱动热泵驱动制冷驱动制冷除湿除湿生活热水生活热水采暖采暖品位品位排放排放燃料燃料高温高温中温中温低温低温环境环境特点特点2：中温热源利用：中温热源利用 冬季：热泵方式供热冬季：热泵方式供热 传统传统方案方案：中温余热锅炉（中温余热锅炉（1.0）设计方案：设计方案：吸收式热泵供热（吸收式热泵供热（1.32.0）夏季：吸收机冷凝器排热回收（夏季：吸收机冷凝器排热回收（5070%）传统传统方案方案：环境排放，冷却水消耗环境排放，冷却水消耗 设计方案：设计方案：产生活热水、泳池加温、机组效率产生活热水、泳池加温、机组效率提高提高特点特点3：低温热源的利用：低温热源的利用 传统传统方案方案：排弃（约：排弃（约10%）设计方案：设计方案：夏季：游泳馆除湿夏季：游泳馆除湿 空调负荷下降约空调负荷下降约40 提高制冷机的制冷效率提高制冷机的制冷效率 冬季：采暖、生活热水冬季：采暖、生活热水特点特点4：天然气与可再生能源、资：天然气与可再生能源、资源互补的能源系统源互补的能源系统w冷热电联产系统冷热电联产系统w太阳能光热利用太阳能光热利用w地源热泵技术地源热泵技术w中水的利用中水的利用中温热源吸收机氨压缩热泵中水风源太阳能地源采暖热水电能中水资源的利用中水资源的利用高品质中水高品质中水中水8万吨/天北小河污水处理站清河污水处理站中水中水6万吨/天结论结论 提出了奥运能源系统研究方案的总体思路及提出了奥运能源系统研究方案的总体思路及追求国际领先的水平定位；追求国际领先的水平定位；研究方案在节能率、环保、可靠性等方面充研究方案在节能率、环保、可靠性等方面充分体现分体现“科技奥运科技奥运”、“绿色奥运绿色奥运”的精神，的精神，并对我国城市能源建设和分布式能源系统本并对我国城市能源建设和分布式能源系统本身的发展，具有展示性和标志性作用。身的发展，具有展示性和标志性作用。分布式能源系统特点分布式能源系统特点（1）能源综合梯级利用，节能率）能源综合梯级利用，节能率1040（2）环保性能好，）环保性能好，NOx排放低（可小于排放低（可小于10ppm）（3）弥补大电网的安全稳定性）弥补大电网的安全稳定性（4）特殊场合需求）特殊场合需求：医院、银行、军用电源、渡假村等医院、银行、军用电源、渡假村等（5）移）移“电峰电峰”同时填同时填“气谷气谷”（6）网络化；智能化控制和信息化管理）网络化；智能化控制和信息化管理（7）投资低、效益大、）投资低、效益大、经济性良好经济性良好问题一：太阳能与地源热泵联合供暖问题一：太阳能与地源热泵联合供暖太阳能难以单独用于供暖太阳能难以单独用于供暖;地源热泵可以用于单独供暖，但需要埋管地源热泵可以用于单独供暖，但需要埋管面积面积(埋管面积是建筑面积的埋管面积是建筑面积的1/41/5);太阳能作为地源热泵的调峰用于供暖太阳能作为地源热泵的调峰用于供暖;作业一：作业一：建筑物供暖面积建筑物供暖面积200m2，热负荷，热负荷80w/m2，太阳能用于供暖，太阳能用于供暖，试计算太阳能集热板面积以及太阳能集热板造价？试计算太阳能集热板面积以及太阳能集热板造价？垂 直 式 埋 管 系 统水 泵环 境 温 度 传 感 器室 内 温 度 控 制 器地 板 采 暖 和 制 冷风 机 盘 管 机 组换热器储 水 罐太 阳 能 集 热 系 统过 滤 器温 度 探 头补 水补 水控 制 器热泵机组问题二：太阳能与风冷热泵联合供暖问题二：太阳能与风冷热泵联合供暖太阳能难以单独用于供暖太阳能难以单独用于供暖风冷热泵在严寒的三北地区难以单独用风冷热泵在严寒的三北地区难以单独用于供暖于供暖太阳能与风冷热泵联合可以完成供暖太阳能与风冷热泵联合可以完成供暖问题三：热泵技术生产生活热水问题三：热泵技术生产生活热水热泵技术可以用于冬季供暖、夏季空调热泵技术可以用于冬季供暖、夏季空调热泵技术还可以用于生产生活热水热泵技术还可以用于生产生活热水4 5-5 0 板 换 M 1 0-B F M L板 换 M 1 0-B F M L补 水 系 统热 水 循 环 箱1 0 0 立 方 米5 0-5 5 4 5-5 0 4 5-5 0 4 0-4 5 4 0-4 5 自 来 水 系 统热 水 循 环 箱1 0 0 立 方 米补 水 系 统1 5 L W P-4 2 0 0板 换 M 1 0-B F M L1 5 4 5-5 0 5 0-5 5 2 0 热 泵 机 组热 泵 机 组L W P-1 8 0 0L W P-4 2 0 0热 泵 机 组4 0 立 方 米补 水 箱用 户1 5 用 户 3 0 冷 却 水 2 5 冷 却 水THANKS！