燃气分布式能源技术介绍

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,技术中心,*,2013年4月26日 北京(bi jn),天然气分布式能源技术介绍(jisho),第一页，共55页。,目 录,一,分布式能源产业政策,二,天然气分布式能源发展现状,三,天然气分布式能源系统及设备,四,天然气分布式能源典型项目,五,关注问题,第二页，共55页。,一、分布式能源(nngyun)产业政策,第三页，共55页。,分布式能源是集中式发电重要补充，与大型电网(dinwng)相互支撑、互为补充。,主力发电厂,升压变压器,配电站,降压站,配电站,配电站,政府大楼,工业,商业,住宅,燃气发电厂,燃气轮机,燃气微燃机,光电,燃机,燃气内燃机,储能,燃料电池,燃气轮机,分布式电源,第四页，共55页。,燃气分布式能源定义,是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要(zhngyo)方式。,优点,与传统集中式供能方式相比，天然气分布式能源具有:,能效高: 70%，超超临界45%48%；,清洁环保: 无SO2、粉尘、固体废弃物排放，CO2只有煤电的60%；,安全性好: 就近生产就近使用,耗水: 只有煤电的1/3,用地: 只有煤电的30% 40%,削峰填谷：降低天然气以及电力调峰压力,第五页，共55页。,中国的能源政策（）白皮书 (国务院2012年10月),促进清洁能源分布式利用。中国坚持“自用为主、富余上网、因地制宜、有序推进”的原则，积极发展分布式能源。在能源负荷中心(zhngxn)，加快建设天然气分布式能源系统。以城市、工业园区等能源消费中心(zhngxn)为重点，大力推进分布式可再生能源技术应用。因地制宜在农村、林区、海岛推进分布式可再生能源建设。制定分布式能源标准，完善分布式能源上网电价形成机制和政策，努力实现分布式发电直供及无歧视、无障碍接入电网。“十二五”期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，以及10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。,天然气利用政策 (发展改革委令第15号2012年10月),第一类：优先类。天然气分布式能源项目（综合能源利用效率70%以上，包括与可再生能源的综合利用）,第六页，共55页。,关于发展天然气分布式能源的指导意见 (发改能源20112196 号2011年10月),主要任务：“十二五”初期启动一批天然气分布式能源示范项目，“十二五”期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。未来5-10年内在分布式能源装备核心能力和产品研制应用方面取得实质性突破。初步形成具有自主(zzh)知识产权的分布式能源装备产业体系。,目标：2015年前完成天然气分布式能源主要装备研制。通过示范工程应用，当装机规模达到500万千瓦，解决分布式能源系统集成，装备自主(zzh)化率达到60%；当装机规模达到1000万千瓦，基本解决中小型、微型燃气轮机等核心装备自主(zzh)制造，装备自主(zzh)化率达到90%。到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到5000万千瓦，初步实现分布式能源装备产业化。,第七页，共55页。,天然气分布式能源示范项目(xingm)实施细则,天然气分布式能源领域鼓励和引导民间投资发展实施细则 （国家发改委将颁布）,突破分布式能源上网难等瓶颈问题。,推动相关科技攻关和装备制造业发展，提高国产化水平，降低天然气分布式能源投资成本。,完善相关扶持政策，支持专业化公司服务，为天然气分布式能源发展创造更好条件。,第八页，共55页。,二、天然气分布式能源发展(fzhn)现状,第九页，共55页。,起步阶段，投产项目主要集中上海、北京、广州等少数(shosh)大城市。,长期以来，国内分布式能源发展举步维艰，鲜有特别成功的案例。,并网困难，经济成本高，不少已建天然气分布式能源系统处于闲置状态。,项目前期开发多,实际实施少，华电在全国范围内建一些示范项目。,天然气分布式能源发展制约因素：,资源：天然气供应紧张，价格高；,技术：系统集成及运行控制技术待提高；,设备：中小型及微型燃机仍依赖进口，价格贵。,政策：电力法电力特许经营,经济性：未体现节能、减排价值，与煤电比无竞争力。,第十页，共55页。,设计用规程规范,国家能源局制定分布式发电管理办法（征求意见）；,燃气冷热电三联供工程技术规程CJJ145-2010 2011年3月1日实施(shsh)。适用于发电机总容量小于或等于15MW的工程设计、施工、验收和运行管理；,电力行业标准分布式供能站设计规范（征求意见）；,燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定DLT 5174-2003；,第十一页，共55页。,四部委下达首批国家天然气分布式能源示范(shfn)项目 (发改能源20121571号),首批天然气分布式能源示范(shfn)项目清单,序号,项目名称,项目地址,规模,1,华电集团泰州医药城楼宇型分布式能源站工程,江苏,4000kW,2,中海油天津研发产业基地分布式能源项目,天津,4358kW,3,北京燃气中国石油科技创新基地（,A-29,地块）能源中心项目,北京,13312kW,4,华电集团湖北武汉创意天地分布式能源站项目,湖北,19160kW,第十二页，共55页。,燃机设备国产化现状,2011年8月，华电集团与通用公司合资在上海成立了华电通用轻型燃机设备有限公司,2014年第一台设备下线：,从事15 50MW级航空改造燃气轮机成套(chng to)机组的设计、采购、生产、组装、测试、分销（包括进口和出口）以及在客户场所提供相关安装、调试和维修的售后服务和客户培训。,2008年1月，GE颜巴赫燃气内燃机组装线在杭州投运。,第十三页，共55页。,三、天然气分布式能源(nngyun)系统及设备,第十四页，共55页。,天然气分布式能源(nngyun)的类型,燃气轮机(rnqlnj)余热锅炉蒸汽轮机蒸汽型溴冷机,适合：以燃气轮机蒸汽轮机联合循 环,发电的冷热电联供系统。,特点(tdin)：发电效率高，可供蒸汽。,适用：区域型（工业园区、商业区）,燃气轮机烟气型溴冷机,适合,：以,燃气轮机为发电机组的冷热电联,供系统,；,特点：,燃气轮机排烟直接驱动烟气型溴冷,机运行，可减少设备配置，降低设,备投资费用，提高系统能量综合利用率。,适用：,楼宇型（宾馆、医院、办公楼）,第十五页，共55页。,燃气分布式能源主要设备,原动机,余热锅炉(gul),汽轮机,制冷机,热交换器,控制系统,能量管理系统,第十六页，共55页。,原动机,（1）重型燃气轮机,设计用于发电；,主要由压气机、燃烧室和透平三,部分构成；,一般为单轴设计。,（2）航改型燃气轮机,从航空发动机改型而来；,可用于发电或工业驱动；,同样由压气机、燃烧室和透平三部分构成；,一般为双轴或三轴设计，这样(zhyng)其压气机或,透平就分为低压和高压级。,第十七页，共55页。,原动机,（3）微型燃气轮机,同样由压气机、燃烧室和透平三部分,构成，但结构更简单；,通常带回热器，利用尾部烟气加热入,口空气，提高机组效率；,采用空气轴承等技术，不需要(xyo)润滑油。,（4）燃气内燃机,和汽车发动机原理类似；,多缸布局；,利用汽缸带动活塞、连杆和飞轮，往复结,构。,按转速分为高速、中速和低速内燃机，发电用一般为高速和中速。,燃烧室,燃料喷嘴,回热器,尾气出口,冷却翅片,空气入口,高速发电机,空气压缩机,气浮轴承,涡轮透平,第十八页，共55页。,原动机,原动机型式(xn sh)和特点,项目,燃气内燃机,中小型燃气轮机,微型燃气轮机,功率,从数百千瓦至数千千瓦（一般中速机的功率范围较高速机大，某些中速机可达上万千瓦）,从数千千瓦至数万千瓦,从数十千瓦至数百千瓦,发电效率,较高，大约,35%-48%（一般中速机的效率高于高速机）,稍低，大约,30%-43% （一般轻型机效率高于重型机）,较低，大约,25%-35%,环境影响,温度和海拔对功率和效率的影响较小,温度和海拔对功率和效率的影响较大,温度和海拔对功率和效率的影响较大,部分负荷特性,部分负荷对效率的影响较小,部分负荷对效率的影响较大（相对来说，轻型机比重型机的影响要小）,部分负荷对效率的影响较大,余热回收方式,烟气余热回收,+机体热水余热回收,烟气余热回收,烟气余热回收,第十九页，共55页。,原动机,原动机型式(xn sh)和特点,项目,燃气内燃机,中小型燃气轮机,微型燃气轮机,余热利用特点,余热品味较低，烟气温度较低，部分余热为热水,余热品味较高，一般烟气温度较高（轻型燃机的烟气温度相对较低）,一般微型燃机多采用回热器，余热品味较低，烟气温度低。,启动特性,启动很快，启停对寿命无影响。,启动相对较慢（轻型机相对重型机启动快），重型机启停对寿命有影响，轻型机启停对寿命无影响,启动较快,燃气压力要求,燃气压力要求较低，可直接采用市政管网,燃气压力要求高（轻型机的压力要求更高），需专用管网或者设置增压机,燃气压力要求较低，可直接采用市政管网,尺寸和重量,外形尺寸大，结构笨重,外形尺寸相对小，结构较轻便（轻型燃机相对更轻便）,外形尺寸紧凑，结构非常轻便,第二十页，共55页。,原动机,原动机型式(xn sh)和特点,项目,燃气内燃机,中小型燃气轮机,微型燃气轮机,运行维护,结构复杂，运行维护工作量大，且消耗润滑油,结构较简单，运行维护工作量较小，使用但不消耗润滑油,结构简单，运行维护工作量小，部分机组可不使用润滑油,可靠性,往复运动，运动部件多，可靠性较差,回转运动，运动部件少，可靠性较好,回转运动，运动部件少，可靠性好,振动和噪声,振动大，噪声大,振动小，噪声小,振动小，噪声小,氮氧化物排放,较高，需要设置脱硝装置,较低，采用低氮燃烧器可不设脱硝装置,较低，采用低氮燃烧器可不设脱硝装置,适用条件,适合于楼宇和较小的区域应用，特别是有采暖和热水需求的用户。,适合于区域应用,适合于楼宇应用，用户的经济承受能力较高,第二十一页，共55页。,原动机,原动机选型的考虑因素：,机型的效率,机型的价格和维护成本,机型的负荷调节(tioji)能力,机型的启停特性：快慢、对寿命的影响,对燃料的要求：进气压力、燃料热值和成分,技术的先进性和成熟度,使用业绩,环保性能,第二十二页，共55页。,余热锅炉,余热锅炉选型：,型式：自然循环/强制循环，卧式/立式(l sh)，直流炉,压力级数：三压、双压或单压，一般无再热,蒸汽参数，和汽轮机或供热参数匹配,尾部烟气余热利用,旁路烟囱,补燃/不补燃,第二十三页，共55页。,汽轮机,汽轮机选型：,型式：凝汽、抽汽、补汽、背压,进汽参数：,一般根据机组容量(rngling)和排烟温度等确定，高压进汽多采用中压参数或次高压参数；,低压补汽参数对排烟温度有影响，可优化确定；,由于机组容量(rngling)较小、参数较低，一般不采用再热系统；,抽汽级数、参数，和工业热负荷和采暖热负荷的匹配及优化。,第二十四页，共55页。,制冷机,制冷机选型：,溴化锂吸收式制冷机组：,用于余热利用，可以(ky)采用：蒸汽型制冷机、热水型制冷机、烟气型冷水机组、烟气热水型冷水机组等；,可分为单效机和双效机，单效机COP约，一般用于余热品味较低场合；双效机COP约，一般用于余热品味较高场合；,带补燃式溴化锂吸收式制冷机组；,电制冷机，COP约4-5；,直燃机，直接利用燃气燃烧制冷，COP约。,第二十五页，共55页。,热交换器,换交热器主要有三种型式：,汽水换热器,余热锅炉产生(chnshng)的蒸汽或汽机抽汽可以通过汽水换热器制热水供热,用户使用；,热水换热器,内燃机的缸套冷却水也可以通过热水换热器制热水供用户使用；,烟气换热器,烟气也可以通过烟气-热水换热器直接制热水供用户使用。,第二十六页，共55页。,四、天然气分布式能源(nngyun)典型项目,第二十七页，共55页。,广州大学城分布式能源站项目,按冷、热、电三联供设计，本期考虑发电及供热，预留供冷条件；于2010年5月投产。,机组(jz)容量 278 MW,机组(jz)年利用小时：6500小时,一次能源利用率：78%,项目总投资：77435万元，4810元/kW,气价元/m3,上网电价元/kWh,向广州大学城一期18万平方公里区域内的10所大学及周围用户20万人提供全部生活热水、空调冷冻水和部分电力 。,第二十八页，共55页。,第二十九页，共55页。,能源站系统集成及设备(shbi)基本情况,第三十页，共55页。,大学城区域能源(nngyun)站系统图,第三十一页，共55页。,燃机,FT8-3 型燃气轮发电机组由两台燃气轮机和一台发电机组成，两台燃气轮机通过联轴器直接连接到一台双端驱动的发电机上，额定( dng)出力60MW。,第三十二页，共55页。,FT8燃气轮机为轻型燃机，每台燃机由一台燃气发生器和一台动力透平组成，燃机效率39，产生479的烟气进入余热锅炉循环利用。特点(tdin)如下：,（1） 结构紧凑，质量轻,（2） 体积小，占地面积小,（3） 启停快（启动(qdng)到并网约6分钟）,（4） 安装周期短,（5） 效率高,（6） 污染排放低,（7） 耗水少,第三十三页，共55页。,锅炉,与FT8-3双联燃气轮机匹配的锅炉，为中国船舶重工集团公司第七三研究所生产的Q495/479-66.8（10）-3.82（0.6）/445（170）型双压无补(wb)燃、自支持式结构、正压运行、自然循环余热锅炉，主要用于从燃机排气中回收热量，产生中、低压蒸汽发电，同时余热锅炉还产生低压蒸汽供给除氧器除氧。,第三十四页，共55页。,汽轮发电机组,能源(nngyun)站选用了两种型号汽轮机，均为武汉汽轮机厂生产。,第一种是C15-3.43/0.7型中温、中压、单缸抽汽凝汽式汽轮机（2号机），具有一级工业调整抽汽，抽汽压力为0.7MPa，额定抽汽量为19T/h, 额定功率为15000Kw，可工作于纯冷凝、抽汽两种工况，纯凝工况下最大功率17000 Kw。配套QF-18-2发电机。,第二种是N21-3.43/0.6型中温、中压、单缸、冲动、凝汽式双压、补汽式汽轮机（4号机），额定补汽压力为0.6MPa，额定补汽量为10T/h, 额定功率为19750Kw,纯凝工况下功率为18530 Kw，补汽量为20T/h时最大功率21000 Kw。配套QF-25-2发电机。,第三十五页，共55页。,国家863冷电联产示范项目,中国南方电网有限责任公司承担了2007年度国家863计划“高效节能与分布式能源技术专题”中的目标导向类课题“MW级燃气轮机分布式冷电联供技术集成与示范研究”。课题以佛山供电局季华路大院三栋大楼为依托，建成一个具有代表性的高效天然气冷、电联供示范系统。,示范工程位于广东省佛山市供电局季华路变电站大院。院内包括已经建成的送电(sn din)大厦、试验研究所和禅城区供电局新大楼。联供系统为上述三座办公楼提供冷、电供应。（建筑面积22604m2）,第三十六页，共55页。,我院作为(zuwi)该项目的总承包单位完成该项目的建设，2010年1月投产；,作为(zuwi)课题组成员之一我院负责完成了课题核心研究内容系统集成与优化运行技术方案；,2010年 8月10日期间，课题组完成现场优化运行试验；,目前已提交结题报告，国家科技部已验收。,第三十七页，共55页。,项目总投资万元，单位造价66673元/kW，其中：设备投资2200万元。,机组容量 3200 kW,设备年利用(lyng)小时数2000 h,一次能源利用(lyng)率75.9%,气价3元/m3,提取折旧费后，联供系统年生产成本328万元。,回收年限约42年。,第三十八页，共55页。,燃气轮机(rnqlnj)+烟气制冷机系统（佛山863）,第三十九页，共55页。,第四十页，共55页。,佛山863系统配置,3套美国CAPSTONE 200KW微型燃气轮机,1套远大低温双效烟气制冷机，额定制冷量949kW；,冷电联供,一次能源(y c nn yun)综合利用率为81.77%,NOX排放3,第四十一页，共55页。,分布式能源(nngyun)系统,佛山863研究(ynji)亮点,多模式集成优化运行控制技术,A,B,D,C,以冷定电,模式(msh),经济最优,模式,能源综合利用率,最优模式,以电定冷,模式,运行成本最低,为控制目标,一次能源综合利用,效率最高为控制目标,以跟踪电负荷,为首要控制目标,以跟踪冷负荷,为首要控制目标,第四十二页，共55页。,长沙(chn sh)黄花机场项目,长沙(chn sh)黄花机场项目系统配置,序号,设备名称,规格型号,主要参数,单位,数量,1,燃气内燃机发电机组,C1160N5C,发电量：,1160kW,发电效率：,39.5,台,2,2,烟气热水型余热直燃机组,BZHE400,制冷量：,4652kW,制热量：,4312kW,台,2,3,燃气直燃机组,BZ400,制冷量：,4652kW,制热量：,5021kW,台,1,4,离心式电制冷机组,YKM2MRK25DBG,制冷量：,4571kW,台,2,5,燃气热水锅炉,WNSCQ8000-1.0/70/95,制热量：,2800kW,台,1,第四十三页，共55页。,分布式能源(nngyun)站设备,夏季流程(lichng)-长沙黄花机场,燃 料,供电,燃气内燃,发电机组,离心式电,制冷机组,市电,热泵蓄冷,（二期）,市电,供冷,供冷,余热直,燃机组,烟气余热,换热器,（二期）,烟气余热,供生活热水,供冷,供冷,燃 料,燃料,直燃机组,燃料,供冷,缸套水余热,第四十四页，共55页。,分布式能源(nngyun)站设备,冬季流程-长沙(chn sh)黄花机场,燃 料,供电,燃气内燃,发电机组,燃气锅炉,燃料,热泵,（二期）,市电,供热,供热,余热直,燃机组,烟气余热,换热器,（二期,）,烟气余热,供热,/,生活热水,供热,供热,燃 料,燃料,直燃机组,燃料,供热,缸套水余热,换热器,供热,第四十五页，共55页。,北京燃气大厦(dsh)项目,北京燃气大厦(dsh)项目系统配置,序号,设备名称,规格型号,主要参数,单位,数量,1,燃气内燃机发电机组,G3508,发电量：,480kW,台,1,2,燃气内燃机发电机组,G3512,发电量：,725kW,台,1,3,余热吸收式冷热机组,BZHE100,制冷量：,1163kW,制热量：,901kW,台,1,4,余热吸收式冷热机组,BZHE200,制冷量：,2326kW,制热量：,1799kW,台,1,第四十六页，共55页。,流程示意-北京(bi jn)燃气大厦,第四十七页，共55页。,五、关注(gunzh)问题,第四十八页，共55页。,以区域分布式能源项目为主，楼宇分布式能源项目为辅,(1)我国正处在大规模的城市建设阶段，各经济发达地区为了调整经济结构，转变增长方式，正在规划和建设一批新型工业开发区，这些工业开发区的经济模式有别于以传统重工业为代表的工业开发区，对能源的需求(xqi)是多元化的。这些工业开发区成立之初就定位于环保、节能型的新型工业开发区。由于天然气分布式能源在为用户提供电、热、冷等多种能源形式的同时，还有节能、环保、高效的优点，因此这些新型工业开发区对天然气分布式能源的需求(xqi)较大，宜作为天然气分布式能源的主要用户。,第四十九页，共55页。,（2）楼宇天然气分布式能源系统在欧美日本等发达国家和地区已是成熟的东西，但是在我国推广应用还有一定的困难。主要原因是由于所发的电不能上网，单个楼宇系统冷、热、电的负荷平衡有很大的困难；另外，由于不能上网，缺少了电力这部分主要收益，项目的经济性就不能得到保证(bozhng)。目前，我国在北京、上海等中心城市建成的若干个楼宇天然气分布式能源系统普遍存在经济性较差的问题，影响了投资者的积极性。而区域天然气分布式能源系统（如广州大学城分布式能源系统）是作为区域能源站向区域（至少10平方公里）内的工业和民用用户提供电、热、冷。所发的电通过110KV或220KV变电站上网（电网公司易接受），热和冷提供给区域用户，项目的经济性得到很大的提高。,第五十页，共55页。,（3）在当前情况下，电网公司更易接受区域天然气分布式能源系统，因为：,1）新型工业开发区大都位于城市近郊，易于规划（包括土地、变电设施和出线走廊）；,2）天然气分布式能源系统装机规模适中（50MW200MW），电网公司可以将其作为夏季平衡尖峰负荷的调节手段，还可以作为特殊情况下的城市安保电源，一旦(ydn)大电网解裂，可以保证城市的基本功能。,第五十一页，共55页。,分布式能源的设计关键,技术关键：选址和负荷预测+装机方案和整体优化,目标：扬长避短。,扬长：,选取合适的站点，利于热电联供和能源梯级利用，发挥节能优势；,优化装机容量和方案，与负荷需求（冷、热、汽、电）相匹配，提高(t go)能效；,整体优化：温度对口、梯级利用，达到从一次能源到终端消费的整体最高能效；,避短：,选取合适的站点和合理的装机容量,避免容量过大，以提高(t go)机组利用率,避免容量过小，导致单位投资过高，经济性差。,第五十二页，共55页。,促进分布式能源发展的核心应该是掌握核心技术和提高装备自主率,燃气轮机、余热锅炉、余热吸收式空调机组是分布式能源设备的关键设备，其中大型燃气轮机、余热锅炉目前已经能够基本国产化，而中小型及微型燃机仍依赖进口，未来在进口替代方面国内厂商具有发展的空间广阔，而国产化率的提高为国内设备市场应用则提供(tgng)了保障。,第五十三页，共55页。,发展以区域为单位的分布式智慧能源系统,现状：能源站与配电网分割；,发展方向：以区域为单位，实现从一次能源到终端消费整体(zhngt)最高能效的分布式智慧能源系统。,通过以分布式能源热电冷三联供系统为基础，以可再生能源为辅助，以智能调度为核心的能源供应系统，统筹解决启动区内电、热、冷等能源需求，同时解决生活污水、废水、垃圾等废弃物处理并循环再利用，辅以中水循环再利用、植物吸碳等多种节能减排手段，打造低碳城启动区绿色、低碳、节能、智能的能源体系。,第五十四页，共55页。,创新(chungxn)先行，精心专注,谢 谢！,第五十五页，共55页。,