1、中国能源网 www.C1分布式能源设计若干问题探索前 言分布式能源是世界能源工业发展的重要趋势，是人类可持续发展的一个重要组成部分。它通过减少能源中间环节损耗，以“按需供能”方式，在用户端实现能源的“温度对口，梯级利用” ，将能源利用效率提高到一个新的水平。分布式能源是以老百姓自己解决自己的能源综合供应的方式，通过一场人民战争来实现资源的综合利用与可持续发展，同时达到治理环境污染和降低能源代价的目标。分布式能源是信息时代的能源系统，它将电力生产、热力供应、制冷除湿、天然气合理利用和环境污染治理等因素，在信息化智能控制和通讯遥控技术支持下，进行跨行业的优化整合。以此建立一个因特网式的能源信息网络
2、系统，将电力、燃气、热力和通信网络进行四维一体的整合，将“需求生产供应”链置于信息化控制系统下，使资源效益最大化，资金和环境代价最小化，寻求一种多元的损益平衡。虽然分布式能源在发达国家已经是一种比较成熟的技术，并正在得到大力推广，但在中国仅仅才是刚刚开始，甚至联萌芽都称不上，这一先进理念和技术如何在中国的土壤中生根发芽，茁壮成长，还需要中国的能源从业人员付出不断的努力，进行不断探索。1、 分布式能源的定义：关于分布式能源的定义是多种多样的，但是不同的定义都有相同的内容和特征。首先，分布式能源一定是一个用户端的或靠近用户端的能源利用设施，它必须是一个能源梯级利用或可再生能源综合利用的设施。分布式
3、能源可以是绿色能源，也可以不是，它立足于现有的能源资源配置条件和成熟的技术组合，追求资源利用效率的最大化，以减少中间环节损耗，达到降低对环境的负面影响。它是一个立足于用户现有条件和实际需求的综合化的能源转换设施。因此，分布式能源不仅仅是指：燃气轮机、燃气内燃机、微行燃气轮机、斯特林外燃机、余热制冷机组等设备；也不仅包括：太阳能、太阳热、风电、小水电、微型抽水蓄能电站、燃料电池等绿色能源设备；同时，也含概了传统方式的燃煤热电和资源综合利用的小火电设施，小型微型蒸汽轮机、热气机、压差发电机、柴油机等非常广泛应用的能源转换设备。在国外分布式能源都是可以上网售电的，基本不需要参加电网的统一调度，中国能
4、源网 www.C2更不需要参加“竞价上网” 。但是，这一点在中国目前还不可能，上网售电就要参加统一调度，而所谓“统一调度”是一个非常复杂的管理系统，而且中国现行的电力管理调度技术十分落后，基本只能通过人对人的指令实施，根本无法适应分布式能源的现代化智能控制要求。所以，在中国发展分布式能源暂时不要考虑上网售电的方式，这将是自找麻烦。但据了解，电网公司正在积极考虑分布能源上网售电的可能性，以及技术要求和政策建议，以应对目前缺电和供电安全等问题。2、 分布式能源的合法性问题:我们在一些分布式能源的项目中，用户经常对于它是否可以合法并网问题提出质疑，某些电力部门也常常以此来吓阻用户，甚至有些设计机构也
5、对此提出质疑。实际上，热电（冷）联产多年来一直是受到国家法律明文保护和鼓励的技术，以任何借口拒绝其并网都是与国家现行法律和行政规章的相左，因为分布式能源就是热电（冷）联产或资源综合利用的一种形式。2.1、与法律之间的关系：2.1.1、 中华人民共和国节约能源法第三十九条：国家鼓励发展下列通用节能技术：（一）推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率；2.1.2、 中华人民共和国电力法第五条：电力建设、生产、供应和使用应当依法保护环境，采用新技术，减少有害物质排放，防治污染和其他公害。国家鼓励和支持利用可再生
6、能源和清洁能源发电；第十二条：国家通过制定有关政策，支持、促进电力建设。地方人民政府应当根据电力发展规划，因地制宜，采取多种措施开发电源，发展电力建设；第二十二条：国家提倡电力生产企业与电网、电网与电网并网运行。具有独立法人资格的电力生产企业要求将生产的电力并网运行的，电网经营企业应当接受。并网运行必须符合国家标准或者电力行业标准。2.2、与法规之间的关系：分布式能源中凡是利用污水处理厂和垃圾填埋场沼气或煤层气、矿井瓦斯等资源的，按国务院批转国家经贸委等部关于进一步开展资源综合利用意见的通知国发(1996)36 号文件，第四条：综合利用电厂其单机容量在 500 千瓦以上，符合并网调度条件的，电
7、力部门都应允许并网，签订并网协议，对并网的机组免交小火电上网配套费，并在核定的上网电量内优先购买。装机容量在 1.2 万千瓦以下(含 1.2 万千瓦)的综合利用电厂，不参加电网调峰；装机容量在 1.2 万千瓦以上的综合利用厂，可安排一定的调峰容量，允许高峰满发，但低谷时发电负荷不得低于发电设备额定功率的 85。2.3、与行政规章之间的关系：国家计委、经贸委、建设部和国家环保总局联合发布的（急）计基础20001268 号关于发展热电联产的规定第八条：符合指标的新建热电厂或扩建热电厂的增容部分免交上网配套费，电网管理部门应允许并网。第十三条：鼓励使中国能源网 www.C3用清洁能源，鼓励发展热、电
8、、冷联产技术和热、电、煤气联供，以提高热能综合利用效率。第十四条：积极支持发展燃气蒸汽联合循环热电联产。1、燃气蒸汽联合循环热电联产污染小、效率高及靠近热、电负荷中心。国家鼓励以天然气、煤层气等气体为燃料的燃气蒸汽联合循环热电联产。2、发展燃气蒸汽联合循环热电联产应坚持适度规模。根据当地热力市场和电力市场的实际情况，以供热为主要目的，尽力提高资源综合利用效率和季节适应性，可采用余热锅炉补燃措施，不宜片面扩大燃机容量和发电容量。3、根据燃气燃气蒸汽联合循环热电厂具有大量稳定用气和为天燃气管网提供调峰支持特点，合理制定天然气价格。4、以小型燃气发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统，适用于
9、厂矿企业，写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等较分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保护环境、减少供电线损和应急突发事件等综合功能，在有条件的地区应逐步推广。3、 分布式能源的设计原则：设计原则的正确确立是分布式能源项目成功的基本保障。如何才能确定一个正确的设计原则，必须坚持实事求是，从用户利益出发，因地制宜的解决用户需求问题。应该在资源利用效率、资金使用效益和环境保护三方面寻求最佳平衡点。3.1、从用户出发，采取灵活机动的设计原则：在北京燃气集团控制中心大楼项目中，中国电机工程学会热电专业委员会王振铭秘书长和我曾经建议采用：“以基荷电力定容量，不足电力从电网补充，不足热量补燃解决”和电力
10、“并网不上网售电”的设计原则。 。而在北京某购物中心项目中，我们建议采用了截然相反的“能源岛设计方案，即自己解决全部能源供应，除天然气和水利管网外不与外部能源设施联系，自给自足。 ”的设计原则。在北京某污水处理厂沼气利用项目的燃气轮机解决方案中，我们则按照“以气定电”的设计原则提出建议。原因在于三个项目有着完全不同的外部能源接入条件和侧重，前者的电力可以接入系统，而某购物中心项目则需要投巨资建设变电站和施工电力接入工程，与其投资建设变电输电系统，不如将资金节省下来自己保障供应。只需要采用可靠性高的燃气轮机，并将机组设计为双燃料系统，在天然气供应中断后，能够作为应急机组使用，保证部分电力和热力及
11、制冷能力。污水处理厂项目用电用热极大，所有沼气都发电供热，也远远不能满足它对电力和热力的需求，所以有多少气就发多少电，并将余热全部回收用于供热成为设计原则的核心因素。3.2、 “以热定电”还是“以电定热”：我们在分布式能源项目方案中，常常有人问：是“以热定电”还是“以电定热”？“以热定电”是 1268 号文件中要求的，但是在实际操作中，热满足了，电可能不是多就是少，少了问题不大，多了就非常麻烦。也有提出分布式能源项目应该先满足供电，以电定热，因为电的价值高。但往往电的需求是有曲线变化的，多少容量才能算“满足” ，电满足了，余热可能会富裕，用不了就会造成浪中国能源网 www.C4费，经济性也未必
12、会好。所以面对分布式能源这一新生事物，不能教条化地套用我们传统的原则和观念，应该采取一种与时俱进的态度，发挥大家的聪明才智和创造性。3.3、 “能源岛”还是“能源网”：“岛网”之争是一个世界性论题，支持发展分布能源各国专家一直存在是建立“能源岛”还是建立“能源网”的不同看法。所谓“岛”就是系统完全独立，自给自足，完全不依靠电网供电，甚至燃气也采用双燃料，不受制于任何人。北京某购物中心项目就是这样一个典型的例子。而“网”则强调与电力和燃气管网系统的积极融合，追求设备利用的最大化和能源供应的安全性。很多能源岛是被电力垄断逼出来得，发展岛式能源系统，出于电器设备启动要求，装机容量需要的比较大，投资比
13、较浪费，同时因为完全不需要电网，电网一分钱也赚不到，对谁都没有好处，是一种相对比较极端的作法。随着电力垄断被逐步打破，电力改革进一步深入，电力部门和用户都应该选择投资更少，使用效率更高的能源网系统。日本的经验是分布能源系统的发电容量最好在 25-33%之间，不足部分由电网补充，友好供电，相互依存。当然，中国不是日本，中国的问题，特别是电力公司的认识还需要一个比较长的过程才能达到发达国家的水平，所以在电力接入条件有“问题”的项目上，采用能源岛方案可以减少扯皮，最后经济性未必不好。安全性等问题，若采用模块化组合技术也是可以解决的。4、用户需求分析：对于用户需求的正确分析是项目能否确立合理容量，能否
14、有效节约资金，能否有经济效益，能否满足用户的实际需要，能否安全正常运行的一个关键问题。4.1、与建筑设计能源规范之间的矛盾：我国现行的建筑设计的能源规范往往不加区别地留有极大的安全系数和预留空间，这存在着一个矫枉过正的历史过程。50-60 年代建筑能源只有照明，最多有个收音机，每平方米建筑面积要几瓦电就可以。只有少部分建筑才有暖气；70-80 年代家庭逐渐增加了电视机、电冰箱和洗衣机等电器，用电负荷有所增加。同时集中采暖得到了普及，但建筑节能问题还没有得到普遍的认同；90 年代，家庭开始安装空调、电暖气、微波炉、电热水器、吸尘器和电脑等用电负荷比较大的电器，每个家庭的用电容量直线上升，而且楼宇
15、越建远高，电梯、水泵等用电比较大的设备在建筑中大量使用，原有的能源设计规范已远远不能满足需要，所以大大增加了建筑的用能指标；90 年代末到 21 世纪初，人们的节能环境意识在加强，节能建筑材料、双层窗、节能灯、变频空调、变频水泵、变频电梯和笔记本电脑等节能产品得以大量应用。同时，中央空调也在普及之中，使建筑对能源的需求发生了很大结构性变化。中国改革开发 25 年，走过了西方 100 多年的路程，这样的变化不足为奇，所以中国需要“与时俱进”的态度来面对社会和技术的不断进步和变化，以应对我们所遇到的各种问题和挑战。4.2、实际需求分析：实际需求分析要首先搞清建筑的性质和节能标准，主要是不同的建筑有
16、不同的用途，不同的用途决定了不同的用能形式和必须的配置容量，以及不同的能量中国能源网 www.C5需求曲线。决不能盲从于建筑设计师的要求，对他们来说 “宁多勿少，多多宜善，越多越好” 。 “多了没责任，少了担责任，反正是化业主的钱” 。可是对于分布能源项目的设计师，将面临极大的职业风险。上海成套所在黄浦中心医院项目中，因为受制于建筑设计部门，结果机组容量大了，为此承受了巨大的压力。4.2.1、电:以商场照明为例，按照传统照明每平方米需要 100-120 瓦，如果采用节能灯每平方米只需要 22 瓦，用电容量减少 82%。以前，节能灯价格贵，所以用它节电不省钱，现在价格大幅度降低，寿命又长，应用已
17、经非常广泛，已经成为一个不得不考虑的因素。再举一个电机的例子，在电梯、水泵、中央空调等机电设备中大量使用了变频电机，未采用该技术的电机启动电流是运行容量的 7-9 倍，而采用该技术，最低可以达到 1.5 倍。所以是不是采用节能技术，对于建筑的节能性影响巨大。目前，正在发展之中的智能化楼宇，电力智能管理是一项主要的功能，采用该技术，可以智能控制和调整负荷分配，达到更进一步的节能优化。很多建筑的电力负荷容量是预留给电空调的，一间 15 平方米房间，需要一个 1 匹的空调约需电负荷 650w，每建筑平方米单位容量约 35w。如果使用吸收式中央空调，水泵和风机盘管只需要 6-15 w/m2，可以节约
18、60%以上的容量。4.2.2、热:采暖容量有没有节能措施影响也是甚大，达到第 2 阶段节能标准的住宅每平方米建筑面积只需要 25 w/m2就可以在室外-9保证室内 16以上，而没有采用节能措施的房子，70w 也未必能保证。北京的一些新建地区 1 吨蒸汽可以供 2.5 万平方米，约 30 w/m2，而老区 1 吨蒸汽还供不了 1 万平方米，相当77 w/m2。所以在配置系统时，建筑的热力节能设计指标是一个重要因素。4.2.3、冷:建筑性质和节能指标造成对于冷需求的差异也非常大，商场制冷设计标准高达 210-240 w/m2，办公室高达 80-100w/m2，影剧院可能达到 300 w/m2。若采
19、用节能设计，商场为 175-190 w/m2，办公室 40-60 w/m2，影剧院约200w/m2多一点。如果进一步将除湿和制冷分开解决，实际需求指标将会更低。一些项目的制冷系统往往几倍装机于需求，比如某部委办公大楼安装了 3 台制冷机，结果至今最热也只开过一台，因为设计者都在极端条件下，再加安全系数，再考虑设备备用等因素，这样设计必然造成巨大浪费，如果按照这个指标设计分布能源，恐怕一天也开不起来。4.3、同步系数：也称同时系数，任何项目上，在任何时间，将所有的电、热或冷都开到最大负荷几乎是不可能的，所有的项目都存在一个同步系数有多大。它存在两个层次的问题：（1）电力、热力、制冷之间的同步问题
20、；（2）用户同时使用同一能源的同步问题。北京某设计院为北京某委办培训中心提供了一个解决方案，因为没有考虑培训中心内有教室、宿舍和康体中心三种不同功能的区域，学员不可能同时使用这一关键因素，只是简单将面积乘余建筑设计部门提供的单位容量指标，再将各种不同功能区叠加，导致容量需求巨大，再配置热电冷系统，投资高达工程项目的20%，最后热电冷项目因业主无力承受而流产。问题的关键除了单位热电冷容量没有考虑可能的节能因素，最主要一点就是没有考虑节能因素。中国能源网 www.C6原方案负荷与需求项 目 状 态 面积 单位电 负荷 电需求量 单位冷 负荷 冷需求量 单位热 负荷 热需求量单位 m2 w/m2 k
21、W w/m2 kW w/m2 kW学员宿舍楼 以建成 3078 40 123.12 50 153.9教学楼 以建成 4649 40 185.96 60 278.94新建学员宿舍楼 即将开工 8070 40 322.8 120 968.4 80 645.6拟建康体中心 计划中 8800 80 704 120 1056 100 880地下设备区 即将开工 1000 15 15 地下停车库 即将开工 1930 10 19.3 预留地 远期扩建 5000 50 250 120 600 80 400合计 32527 1620 2624 2358 负荷优化后的评估项目 状态 面积 单位电负 荷 电需求量
22、单位冷负 荷 冷需求量 单位热负 荷 热需求量单位 m2 w/m2 kW w/m2 kW w/m2 kW学员宿舍楼 以建成 3078 40 123 50 154 教学楼 以建成 4649 40 186 60 279 新建学员宿舍 即将开工 8070 25 202 65 525 50 404 拟建康体中心 计划中 8800 30 264 80 704 50 440地下设备区 即将开工 1000 10 10 地下停车库 即将开工 1930 5 10 预留地 远期扩建 5000 30 150 60 300 40 200合计 32527 944 1529 1476 同步系数分析后容量评估负荷 电 冷
23、热原设计负荷量 1620 2624 2358 预计负荷量 794 1229 1276同步系数 55% 75% 80%系统应用负荷基本量 437 921 1021 任何建筑的电力、热力和制冷，都不可能同时达到最大需求，因此还存在一中国能源网 www.C7个系统“同步系数”问题。例如制冷，夏季下午是日照最强的时间，制冷需求最高，但购物中心中的人流不是最大峰值，如果能够自然采光，电力需求比较低；而人流最大峰值出现在下班以后的 7 点钟左右，这时日照因素基本没有了，制冷已经不是峰值，但电力进入峰值时段，除湿系统也已经达到最大值。另外，对于采暖，人流大对于热的需求低，人流小反而对于热的需求大。这些因素需
24、要系统有比较大的调节灵活性，才能使系统有效满足需求的变化。一个建筑中会有多个不同的使用者，由于他们的工作业务不同，每个用户对于电力、热力或制冷的使用方式也有所不同，需求的高峰也不会同步，这其中存在相当大的互补性。实际上，所有的建筑中总有相当一部分面积处于改造、装修、维护和停止使用之中。所以，利用率同步系数也是必须考虑的一个问题。4.4、热电冷匹配关系问题：在城市内的热电冷系统，最好与电网连接，不足电力从电网购买，以解决平衡和最大负荷问题。建议办公楼、商场等间歇用电，同时在用电时同步用冷用热的项目，自己发峰电，从电网买基荷。酒店、医院这些用电用冷热比较持续的，自己发基荷，从电网买峰荷电力。在上一
25、个前提下选择机组容量，需要考虑机组的余热量应满足建筑的基本采暖负荷，系统中可以设计一定的辅助手段，以满足极端条件或热电系统停机后的热力供应，例如：采用余热锅炉补燃或辅助锅炉。制冷容量虽然较大地超过采暖量，担对大多数建筑，制冷面积只有采暖面积的 60-70%，如果系统结构合理，冷热系统一般是匹配的。如果热是 30 w/m2，制冷 COP1.3，再考虑制冷面积所下缩小因素，同比热量可以制冷 5 w/m2。5、设备选型:正确选型首先需要深入了解每一种设备的特性，虽然我们可以选择的技术和设备是很多的，但是由于项目的特性、用途、规模和资金情况决定了必然只有一种技术是最合适的。作为设计者，我们能不能筛选出
26、这种正确的技术路线是一个关键因素。实际上，市场是不允许我们犯错误的，成套所在上海黄浦中心医院因大楼建筑设计院容量要求大了，所以导致项目容量过大，致使该所在以后的分布式能源项目设计竞争中承担了极大的负面影响。在分布式能源发展之初，因为每一个项目都具有示范和广告效应，如果出现问题人们未必会将责任归于设备，因为这些设备在国外运行的好好的。也未必将责任归于业主，因为业主不懂，最后承担责任的只有设计单位。5.1、燃气轮机:这是一种非常成熟的技术，从 1939 年第一台燃气轮机发电系统在德国运行至今 65 年，目前已经是一种在世界上普遍使用的可靠技术。在分布式能源项目中，我们主要使用的是小型燃气轮机，50
27、0-15000kW 以下机组。小型燃气轮机发电效率一般在 20-35%之间，个别机组可达到 40%，余热全部是高品质的烟气，温度 500左右，非常便于回收，热电联产效率一般在 75-85%之间。燃气轮机余热的烟气中含氧超过 15%，可以再加入燃料补燃。因为补燃是在500左右的基础温度上往上烧，燃料基本没有浪费，非常节能。在排放允许的范围内，补燃可以至少再增加 1.5 倍的供热量。燃气轮机运行成本比较低，大修周期 30000 小时左右。该技术最具有代表性的应该是美国 Solar 透平公司的产品，中国能源网 www.C8因为该公司占世界小型燃气轮机市场的 70%以上。小型燃气轮机的氮氧化物排放15
28、-80ppm,可以满足北京的环保要求。Solar 机组参数项目 单位 土星 20 人马座 40 人马座 50 水星 60 金牛座 60 金牛座 70 火星 90 火星 100 太阳神 130燃机出力 Kw 1181 3418 4234 4072 5069 6728 9061 10439 12533千瓦燃耗 kJ/kWh 14987 13166 12541 9209 12093 11281 11555 11265 11115燃耗量 GJ/h 17.7 45.0 53.1 37.5 61.3 75.9 104.7 117.6 139.3天然气消耗量 M3/h 503 1280 1510 1066
29、1743 2158 2977 3344 3961燃机发电折热能 GJ/h 4.25 12.30 15.24 14.66 18.25 24.22 32.62 37.58 45.12燃机效率 % 24.0% 27.3% 28.7% 39.1% 29.8% 31.9% 31.2% 32.0% 32.4%燃机排烟温度0C 512 443 502 351 496 482 468 491 482烟气流量 t/h 65.8 67.2 60.6 77.7 95.9 138.20 147.3 176余热锅炉直接供热( 蒸汽压力 1034kPa,饱和）蒸汽量 t/h 3.7 8.3 10.6 4.6 12 14.
30、1 19 22 25.8蒸汽折净热能 GJ/h 9.03 20.25 25.86 11.22 29.28 34.40 46.36 66.00 77.40热电效率 % 75.03% 72.35% 77.41% 69.02% 77.53% 77.24% 75.43% 88.08% 87.95%余热锅炉补燃至 9270C 直接供热( 蒸汽压力 1034kPa,饱和）补燃燃耗量 GJ/h 11.20 37.90 34.20 40.80 40.00 50.90 74.90 76.10 93.50天然气消耗量 M3/h 318 1078 972 1160 1137 1447 2130 2164 2659蒸
31、汽量 t/h 8.4 24.7 25.2 22.5 29.1 35.9 51.3 54.7 66.0蒸汽折净热能 GJ/h 20.50 60.27 61.49 54.90 71.00 87.60 125.17 133.47 161.04热电效率 % 85.63% 87.54% 87.89% 88.84% 88.11% 88.18% 87.86% 88.31% 88.56%5.2、微型燃气轮机:是将传统燃气轮机技术与新技术的一种融合，它将燃气轮机微型化、简单化，并结合先进的回热技术，永磁发电技术、电力变频控制技术和智能控制技术进行了优化整合，使其成为一种白色家电化的能源设备。由于将燃气轮机复杂的
32、转子一次精密铸造成一个轮盘上，让其浮在空气或磁悬浮轴承上高速旋转，带动永磁发电机高频发电，再变频到用户需求的负荷供电。这一工艺使维护成本和检修寿命得到根本改观。例如英国 Bowman 公司的微型燃气轮机中国能源网 www.C9大修周期 3-5 万小时，每半年换一次油滤，每一年换一次机油和空气过滤器，清洗一下燃料过滤器，与内燃机比较基本可以算得上免维护机组。微燃机发电效率12-28%，热电综合效率 75-90%，烟气温度 278-550。微燃机可以模块化组合使用，Bowman 能够将 8 台可以调节供热量的 TG80BG 机组组合使用，组成一个发电80-640kW，供热 150-2304kW 的
33、柔性系统，适应性极强。热量相当一台 1200kW 小型燃气轮机，电量与一台 650kW 燃气轮机可输出的电能没有区别，但 650kW 燃气轮机的发电效率只有 21%，而微燃机模块组合可达 27%以上。其设备运行的安全可靠性提高 7 倍，因为任何一台微燃机停机也仅损失 1/8 的电量。Bowman 微型燃气轮机组合系统项目 单位 TG80RC-G-R机组数量 Units 1 2 3 4 5发电容量 kW 80 160 240 320 400Bypass0% 发电效率 28%烟气温度 260进气量 kg/s 0.81 1.62 2.43 3.24 4.05排气量 kg/s 0.82 1.63 2.
34、45 3.26 4.08燃耗量 kW 287.76 575.52 863.28 1151.04 1438.80烟气余热量 kW 197.76 395.52 593.28 791.04 988.80排烟 95可回收热量 kW 125.50 251.00 376.50 502.01 627.510.9MPa 蒸气量 kg/h 185.01 370.03 555.04 740.06 925.07Bypass25% 发电效率 25%烟气温度 337进气量 kg/s 0.81 1.61 2.42 3.22 4.03排气量 kg/s 0.81 1.63 2.44 3.25 4.07燃耗量 kW 323.6
35、1 647.22 970.83 1294.44 1618.05烟气余热量 kW 233.61 467.22 700.83 934.44 1168.05排烟 95可回收热量 kW 167.75 335.51 503.26 671.02 838.770.9MPa 蒸气量 kg/h 247.30 494.61 741.91 989.22 1236.52Bypass50% 发电效率 22%烟气温度 413进气量 kg/s 0.80 1.60 2.41 3.21 4.01排气量 kg/s 0.81 1.62 2.43 3.24 4.05燃耗量 kW 369.15 738.29 1107.44 1476.
36、59 1845.74烟气余热量 kW 279.15 558.29 837.44 1116.59 1395.74排烟 95可回收热量 kW 214.94 429.87 644.81 859.75 1074.680.9MPa 蒸气量 kg/h 316.86 633.72 950.58 1267.44 1584.30中国能源网 www.C10Bowman 微型燃气轮机组合系统制冷量项目 单位 TG80RC-G-R机组数量 units 1 2 3 4 5发电容量 kW 80 160 240 320 400排烟 95 可回收热量 kW 214.94 429.87 644.81 859.75 1074.6
37、80.9MP 蒸汽量 kg 278.64 557.27 835.91 1114.54 1393.18制冷量 kW 229.44 458.88 689.47 921.03 1149.11冷吨 USRt 65.32 130.64 196.29 262.21 327.15COP-蒸汽 1.07 1.07 1.07 1.07 1.07COP-烟气 0.82 0.82 0.82 0.82 0.82Bowman 微型燃气轮机组组合配置还可以与烟气吸收式制冷机组匹配使用，并利用制冷机组较高的排烟温度进行除湿。Bowman 微型燃气轮机组合系统与烟气型直燃机组合项目 单位 TG80RC-G-R机组数量 uni
38、ts 1 2 3 4 5发电容量 kW 80 160 240 320 400Bypass0% 发电效率 28%烟气温度 260进气量 kg/s 0.81 1.62 2.43 3.24 4.05排气量 kg/s 0.82 1.63 2.45 3.26 4.08燃耗量 kW 287.76 575.52 863.28 1151.04 1438.80烟气余热量 kW 197.76 395.52 593.28 791.04 988.80排烟 170可回收热量 kW 68.46 136.91 205.37 273.82 342.28制冷量 kW 88.99 177.98 266.98 355.97 444
39、.96USRt 25.31 50.62 75.93 101.24 126.55Bypass25% 发电效率 25%烟气温度 337进气量 kg/s 0.81 1.61 2.42 3.22 4.03排气量 kg/s 0.81 1.33 1.99 2.65 3.32燃耗量 kW 323.61 647.22 970.83 1294.44 1618.05烟气余热量 kW 233.61 467.22 700.83 934.44 1168.05排烟 170可回收热量 kW 115.76 231.53 347.29 463.06 578.82制冷量 kW 150.49 300.99 451.48 601.9
40、8 752.47USRt 42.80 85.61 128.41 171.21 214.01Bypass50% 发电效率 22%烟气温度 413进气量 kg/s 0.80 1.60 2.41 3.21 4.01中国能源网 www.C11排气量 kg/s 0.81 1.62 2.43 3.24 4.05燃耗量 kW 369.15 738.29 1107.44 1476.59 1845.74烟气余热量 kW 279.15 558.29 837.44 1116.59 1395.74排烟 170可回收热量 kW 164.24 328.49 492.73 656.98 821.22制冷量 kW 213.5
41、2 427.03 640.55 854.07 1067.59USRt 60.73 121.45 182.18 242.91 303.645.3、燃气内燃机:突出的优势是单位造价低发电效率效率高，发电效率一般在 35-41%。这是一种传统的能源利用设备，应用非常普遍，可以配到各种容量的机组。但有一利必有一弊，内燃机的余热有 4 种：500左右的烟气、90-110缸套冷却水、50-80中冷器冷却水和滑油冷却水，回收比较麻烦，特别是中冷器和滑油冷却水，如果不能及时利用就必须使用冷却塔降温，否则不能安全工作。此外，一般每 500-750 小时要更换机油，还要更换火花塞，大修周期可以达到 3-6 万小时
42、，但每次大修的工作量非常大。所以，该设备运行成本比较高。一般机组排放在 250-500mg/Nm3，但可以采用催化等技术降低排放。内燃机热电效率示意5.4、外燃机:采用斯特林循环技术的外燃机如同一个蒸汽式活塞发动机，但工质不是水蒸气，而是高压氢气。外燃机有一个热腔和一个冷腔，热腔燃烧加温工质，推动冷腔活塞运行驱动一个旋转斜盘推动发电机发电。这一技术使活塞不用在热端作功，既不消耗机油，也没有变温条件下的摩擦，所以，设备几乎不用维护，两年视情更换机油，一年加一次制造氢的去离子水。部件只有内燃机的50%，大修寿命达到 5 万小时，发电效率 31.5%，热电综合效率 82%以上，噪音65 分贝（1 米
43、） ，氮氧化物排放 8ppm，一氧化碳 1ppm。而且也可以模块化组合使用，可以 8 台组合为一个 440kW 机组单元。该技术可以使用各种低热值燃料，只要燃料低热值达到 2670 大卡/m3，就可以正常允许发电。但是，有一利必有一弊，中国能源网 www.C12它的余热最高 65，不足以用于制冷。5.5、余热锅炉:将烟气余热回收的气水换热器，是一种非常成熟的技术。可以与燃气轮机、微燃机和内燃机匹配，回收其烟气中的热量。5.7、余热制冷机组:利用动力机余热的制冷机组：5.7.1、蒸汽（热水）制冷：世界上最广泛使用的技术是将动力机的余热转换为蒸汽或热水，利用蒸汽或热水在溴化锂、氨或正在实验的二氧化
44、碳为工质的吸收式制冷机组。这是一种比较成熟的技术，系统复杂一点，但比较可靠。5.7.2、余热制冷机组:这是一个新的技术，远大是具有代表性的厂家。它利用烟气和冷却热水中的余热，直接在吸收式制冷机组中回收余热制冷。简化了系统，节约了空间。5.7.3、离心机制冷:利用余热锅炉的蒸汽为能量，驱动小型蒸汽轮机直接驱动离心机制冷，在美国主要采用这一技术，因为制冷温度比较低，适合区域供冷。6、储能：将多余能量储存，用于削减高峰负荷需求，可以达到削峰填谷，提高系统运行效率，减少容量配置，从而达到降低投资，提高机组热效率和使用效率的目的。6.1、目前储存电还比较困难，但日本等国已经在研究楼宇式的抽水蓄能设备，将
45、用电低谷的电能通过水蓄能到楼顶的水箱，在用电高峰和大型用电设备启动时，利用其能量调节系统。6.2、蓄热：白天日照，采暖用热比较少，可以利用消防水池或地下水槽蓄热，用于夜间或用电负荷低谷发电机不能运行时段的供热，在北京某购物中心项目中我们曾出此建议。6.3、蓄冷：主要是冰蓄冷和冷水蓄冷，冰蓄冷是将低谷电力制冰蓄能，在高峰时段使用。也可以利用消防水池来蓄冷水，在最需要冷峰段提供支持。7、模块化阵列组合：采用模块化组合来解决热电冷供应最大的好处是可以减少风险，减少浪费。少了可以增加，多了可以减少，坏了不影响全局，收不到钱可以拿走。目前，模块化热电冷联产是一个发展趋势，被称为：改变游戏规则的革命。美国
46、可以将20 台 28kW 微燃机组合成一个阵列发电供热、制冷，任何一台机组坏了，只损失5%，根本不需要电网的备用负荷支持，即便多备 1 套机组也就多花了 5%的投资。燃气动力机组普遍的特性是满负荷效率最高，一降低负荷发电效率也锐减，污染排放也会增加。而模块化组合可以一台一台燃机启停，在效率和排放不变的条件下，调节负荷。Bowman 机组还可以调节热量，组成一个热电冷无级调节系统。8、电力并网安全问题：应该说这是一个不是技术层面的问题，同样的设备在美国、欧洲、日本和澳洲都可以安全并网运行，而且大力鼓励发展。可在中国甚至试都没试就已经下结中国能源网 www.C13论它一定是“有问题” “不安全”的
47、，这显然是不合适的。看来关键是“技术安全”还是“利益安全”问题，就目前的技术，并网安全问题通过适当技术完全是可以解决的，但目前电力的利益格局，不能不说可能会涉及到一些单位的既得利益，这只有请政府出面来代表“人民群众的根本利益了” 。其实，北京高碑电污水处理厂 7 台沼气内燃机已经并网运行多年，从来也没有出现安全问题。9、经济性分析：在国外，分布式能源几乎不做什么复杂的经济分析，因为没有分布式能源项目不省钱的。按照国际标准，你省下的电费、热费和冷费，减去运行成本和燃料费，8 年能够回收投资就可行，6 年能回收就是好项目。一套系统可以用 20-30年，8 年回收了，以后每 8 年可赚出一项目出来，
48、用省下的钱再挣钱何乐而不为。目前我们对不少项目进行评估，在北京除居民楼使用 1.9 元/m3 的天然气，0.44 元/kWh 电，是比较难回收的。但北京的其他项目多在 5 年左右回收，这些项目靠省下的电费还贷款，企业没有任何新的压力，投资回收比较可靠，银行也愿意贷款。所以，北京、上海已经具备大规模发展分布式能源的基本条件。10、与天然气设计规范之间的问题:北京等大城市气化比较早，以前主要用城市人工煤气，所以管网压力很低。天然气设计规范不允许在低压增压取气，所以，在低压管道尽量使用用气压力比较低的技术，比如内燃机合外燃机。中压管道今后将增加到 4 公斤，这对于使用微型燃气轮机就比较有利了。要注意
49、一个重要的节能因素， “压力就是能源” ，尽量利用管道所能提供的压力。在高压管道使用小型燃气轮机优势比较多，设备比较可靠坚固。11、与消防规范之间的问题:燃气与电比较，确实更加危险。但是，同样是燃气，天然气与煤气、石油气有很大差别，按照国际标准，天然气是比汽油、煤油等液体燃料还要安全的燃料，中国消防部门这样不加以区别地对待也是个问题。此外，高压入户也存在制约，目前正在酝酿 8 公斤燃气经过审批也可以允许入户。但如果有条件，还是将系统布置在建筑物主体工程外部为好。北京西城区宣武门西大街甲 129 号金隅大厦 15A11 邮政编码：100031电话：（010）66416688 转 8377 传真：（010）66412150 网址：中国能源网 www.C 电子信箱：
