華南理工大學(xué)課件 天然氣開采與綜合利用技術(shù)5-2(第五章分布式能源)

天然氣開采與綜合利用NaturalGasExploitation&UtilizationTechnologies11/20/2023\[filename].ppt第五章、天然氣的能源利用11/20/2023\[filename].ppt第二節(jié)、分布式能源－天然氣高效利用的最佳途徑DistributedEnergySystem－－TheBestExplorerofNaturalGasDownStreamMarketinChina11/20/2023\[filename].ppt一從“熱電聯(lián)產(chǎn)”到“分布式能源”FromCHPtoDES11/20/2023\[filename].ppt（一）能源終端供應(yīng)系統(tǒng)的歷史回顧

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem熱電聯(lián)產(chǎn)（CogenerationorCHP）最早：鍋爐—汽輪機(jī)發(fā)電與鍋爐直接供熱的聯(lián)合，用背壓蒸汽或低壓抽汽用于供熱以替代低壓鍋爐供汽?，F(xiàn)在：燃?xì)廨啓C(jī)或者內(nèi)燃機(jī)發(fā)電--排煙及缸套、潤(rùn)滑油冷卻水以各種方式供熱。冷熱電聯(lián)產(chǎn)（TrigenerationorCCHP）背壓蒸汽或燃機(jī)排煙，用吸收制冷生產(chǎn)7～13℃的冷水，使供熱機(jī)組在夏季也有熱負(fù)荷，提高能源利用效率11/20/2023\[filename].ppt（一）能源終端供應(yīng)系統(tǒng)的歷史回顧

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem區(qū)域集中供冷系統(tǒng)（DistrictCoolingSystem,DCS）

利用集中設(shè)置的大型冷凍機(jī)組向一定的范圍內(nèi)（約1.5公里）提供低溫循環(huán)冷水的供冷系統(tǒng)。大機(jī)組效率高、占地和人員少；節(jié)省一次投資、運(yùn)行費(fèi)用，提高能源利用效率。目前最大的區(qū)域集中供冷系統(tǒng)規(guī)模已達(dá)10萬RT（冷噸）

11/20/2023\[filename].ppt（一）能源終端供應(yīng)系統(tǒng)的歷史回顧

HistoryReviewofEnergyEnd-UseSystem分散式電源系統(tǒng)DecentralizedElectricitySystem,DES

“分散式”是對(duì)應(yīng)于集中式的大電站和大電網(wǎng)而言的；主要目標(biāo)是緩解電網(wǎng)壓力，保障供電安全，節(jié)省輸電設(shè)施投資、損耗和運(yùn)行費(fèi)用的效益；是新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展方向

1999年臺(tái)中大地震，2000年美、加?xùn)|部大停電等事件之后對(duì)于過于集中的大供電系統(tǒng)的反思11/20/2023\[filename].ppt（二）從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem聯(lián)產(chǎn)----CogeneratoinorTrigeneration

側(cè)重于提高一次能源轉(zhuǎn)換效率---通過“聯(lián)合生產(chǎn)”不同品位的二次能源：功和熱或冷來實(shí)現(xiàn)（Production)

聯(lián)供----CombinedEnergySupply

著眼于提高終端能源供應(yīng)的效率---一次能源經(jīng)過各種轉(zhuǎn)換方式組合，最經(jīng)濟(jì)、高效地提供用戶所需要的空調(diào)、采暖、生活熱水、蒸汽等各種終端能源服務(wù)(Supply)Thetwoconceptsaregreatlydifferent!11/20/2023\[filename].ppt分布式能源站簡(jiǎn)介:

聯(lián)供模式

DistributedEnergysystem:CogenerationModeElectricity電能Steam

蒸汽+生活熱水DirectHeat直接加熱或制冷Boilers

鍋爐GasTurbineGeneratorFuel

燃料燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)11/20/20238

燃?xì)廨啓C(jī)余熱利用的各種組合方案ConfigurationSofgasturbineDES11/20/20239（二）從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”，從電全部上網(wǎng)到“就地直供”，是第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)的重大發(fā)展！Thesignificantdevelopment:From“Cogeneration”to“CombinedEnergySupply”,From“Allthroughgridcompany”to“directlysupply”從為提高發(fā)電效率而“盡量利用余熱”到“就地組合優(yōu)化協(xié)同供應(yīng)”11/20/2023\[filename].ppt（二）從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem“聯(lián)供”-DES/CCHP與“聯(lián)產(chǎn)”--CHP區(qū)別的關(guān)鍵：KeyofthedifferentbetweenDESandCHP:directlysupplyVSthroughgridcompany

電力內(nèi)部直供VS上網(wǎng)售給電網(wǎng)公司優(yōu)越性Advantages：

更高的能源利用效率---更多用戶類型、更大區(qū)域節(jié)省電網(wǎng)投資、運(yùn)行費(fèi)和損失提高汽、熱、冷的生產(chǎn)--供應(yīng)系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性11/20/2023\[filename].ppt

（三）第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)

TheSecondGenerationEnergySupplysystem

核心---分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DES/CCHP）：通過各種一次能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的集成運(yùn)用，同時(shí)滿足用戶對(duì)電、冷、熱、汽多種終端能量供應(yīng)需求。實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的最經(jīng)濟(jì)的、環(huán)境友好的梯級(jí)利用和高效利用。11/20/2023\[filename].ppt天然氣的最高能源利用－熱電冷三聯(lián)產(chǎn)電熱冷功/電50℃11/20/202313（三）第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)

TheSecondGenerationEnergySupplysystem分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DistributedEnergySystem/CombinedColdHeatPower）1、一次能源經(jīng)過各種轉(zhuǎn)換方式組合（包括燃機(jī)--燃?xì)饪照{(diào)，電壓縮制冷，各種水/地源熱泵制冷/采暖等等），最經(jīng)濟(jì)、最高效率地，直接向用戶提供所需要的空調(diào)冷水、采暖熱水、生活熱水、蒸汽等終端能源服務(wù)的系統(tǒng)。11/20/2023\[filename].ppt（三）第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)

TheSecondGenerationEnergySupplysystem分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DistributedEnergySystem/CombinedColdHeatPower）2、超越了“特定規(guī)模、形式的CCHP組合—適應(yīng)于特定的用戶”的局限；以經(jīng)濟(jì)、高效直接提供各種冷、熱、汽、電等終端能源服務(wù)為目標(biāo)，構(gòu)成最優(yōu)組合3、關(guān)鍵的不同是：從聯(lián)產(chǎn)到聯(lián)供，電力直供TheKeyconcept:

“Cogeneration”/“CombinedDirectSupply”，11/20/2023\[filename].ppt分布式能源是天然氣最佳利用途徑

DESisthebestwaytouseNaturlagas冷熱電聯(lián)供，能源利用效率可達(dá)70—80%HighestEnergyEfficiency節(jié)約社會(huì)資源，緩解能源對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的壓力SaveResources,promoteeconomydeveloping終端用戶經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)大大減輕Beneficialtousers輸變電損耗極小，可顯著降低對(duì)大電網(wǎng)的依賴性，有與電網(wǎng)配合調(diào)峰的功能11/20/202316（二）從“聯(lián)產(chǎn)”到“聯(lián)供”

CogenerationVSCombinedEnergySupplySystem分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DES/CCHP）經(jīng)濟(jì)的直供范圍：電：10kV,1—2公里空調(diào)冷水：1—1.6公里1MPa

蒸汽：1--2公里60℃左右采暖和生活熱水：4—5公里相應(yīng)的最大經(jīng)濟(jì)供應(yīng)范圍：6—12平方公里11/20/2023\[filename].ppt大型分布式冷熱電聯(lián)供能源VS聯(lián)合循環(huán)電站

AdvantageoflargescopeDES/CCHP項(xiàng)目聯(lián)合循環(huán)電站：大型城區(qū)或工業(yè)DES/CCHP：規(guī)模500-1000MW，

100-300MW，運(yùn)行時(shí)間4000h/a,5000-6000h/a，效率55-60%；70-80%；單位投資4000元/kW;4000-4500元/kW;（另有電網(wǎng)投資5000元/kW）11/20/2023\[filename].ppt天然氣是DES的最好能源

NGisthebestenergyforDESDES/CCHP的可用能源:煤、燃油、天然氣、煤層氣、其它可燃?xì)怏w天然氣的優(yōu)點(diǎn)：1、可以采用燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)，聯(lián)產(chǎn)效率高2、潔凈、無污染3、方便、量大4、價(jià)格相對(duì)便宜

11/20/202319二分布式能源站技術(shù)在國(guó)內(nèi)外進(jìn)展11/20/2023\[filename].ppt美國(guó)分布式能源站進(jìn)展(InU.S.)1978年開始小型熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）

目前正走向小型冷熱電聯(lián)供（CCHP）

現(xiàn)有6000多個(gè)，包括200個(gè)大學(xué)校園華盛頓水門飯店安裝了土星熱電冷系統(tǒng)

分布式能源站技術(shù)在國(guó)內(nèi)外進(jìn)展

ProgressofDESabroadWaterGateHotelinWashington11/20/2023\[filename].ppt美國(guó)商用建筑能耗情況CommercialBuildinginU.S.

商用建筑采用CCHP后節(jié)

能46%。

現(xiàn)在美國(guó)有4%建筑利用

CCHP，若達(dá)到8%則可減

排30%二氧化碳。分布式能源站技術(shù)在國(guó)內(nèi)外進(jìn)展

ProgressofDESabroad11/20/202322Opryland

酒店的CCHP設(shè)施TypicalSteamAbsorptionChillersforLargeHotelinUSA11/20/202323微型燃機(jī)吸收式冷水機(jī)組固體吸附新風(fēng)去濕機(jī)組天然氣215kW發(fā)電59kW320℃煙氣150kW空調(diào)冷凍水63kW115℃煙氣40kW送風(fēng)去濕后的新鮮空氣排空27kW美國(guó)馬里蘭大學(xué)某實(shí)驗(yàn)樓多聯(lián)供系統(tǒng)ADESinMarylandUniversity基本表現(xiàn)形式－－實(shí)物圖能量利用率高達(dá)84.5%分布式能源站技術(shù)在國(guó)內(nèi)外進(jìn)展

ProgressofDESabroad11/20/202324

表4美國(guó)建筑冷熱電聯(lián)產(chǎn)的不同系統(tǒng)形式比較系統(tǒng)形式裝機(jī)容量，MW容量比例（％）系統(tǒng)數(shù)量（座）數(shù)量比例（％）平均裝機(jī)容量（MW）聯(lián)合循環(huán)211042.8272.878.1鍋爐/蒸汽134127.2606.122.4燃?xì)廨啓C(jī)93318.910410.69.0內(nèi)燃機(jī)50610.377078.60.7其他360.7191.91.9總計(jì)49261009801005.0

美國(guó)建筑物冷熱電聯(lián)供的形式（1999年）DESprofileinU.S.at199911/20/202325美國(guó)冷熱電聯(lián)產(chǎn)進(jìn)展

2010年：

20%新建商用、寫字樓類建筑物使用CCHP

5%現(xiàn)有商用、寫字樓類建筑物使用CCHP

25%的美國(guó)能源部CHP項(xiàng)目用戶使用CCHP2020年：

50%新建商用、寫字樓類建筑采用CCHP

15%現(xiàn)有商用、寫字樓類建筑采用CCHP

康州哈特福德市百貨公司樓頂?shù)腟olar熱電冷系統(tǒng)

11/20/202326ADESinOkasaAirport11/20/202327ADESinOkasaAirport(Flowsheet)分布式能源與集中供冷結(jié)合效益更好11/20/202328ADESinYokohamaMM21分布式能源與集中供冷結(jié)合效益更好11/20/202329

日本建筑物冷熱電聯(lián)供的形式（至2003年初）DESprofileinJapanat2003

安裝項(xiàng)目數(shù)總裝機(jī)容量（MW）平均裝機(jī)容量（kW）燃?xì)廨啓C(jī)299327.91097燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)2351485.7207內(nèi)燃機(jī)1912615.6322目前已5500座（1999年僅142座）11/20/202330ADESinKualaLumpur分布式能源與集中供冷結(jié)合效益更好11/20/202331

英國(guó)分布式能源站已達(dá)1000多個(gè)節(jié)約能源20%以上，全國(guó)累計(jì):6.5億英鎊/年

CO2排放僅為普通電廠1/4，SO2可忽略不計(jì)大功率UPS，政府、軍事基地等帶頭采用

白廳CHP計(jì)劃、唐寧街10號(hào)區(qū)域供熱白金漢宮分布式能源站部分軍事基地分布式能源站計(jì)劃分布式能源站在英國(guó)ProgressofDESinU.K.11/20/202332

法國(guó)Dalkea在歐洲經(jīng)營(yíng)200多個(gè)分布式能源站荷蘭一公司在歐洲經(jīng)營(yíng)分布式能源站1000多個(gè)各國(guó)能源構(gòu)成、價(jià)格不同，分布式能源發(fā)展條件不同歐洲各國(guó)普遍重視通過提高能源利用效率、發(fā)展可再生能源來保護(hù)環(huán)境分布式能源站在歐洲ProgressofDESinEU11/20/202333第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)——分布式能源問題和挑戰(zhàn)：Problems,

ChallengeandStrategy

1、超越法人范圍供應(yīng)和銷售電、熱、冷、汽

Supplyenergyservicetomulti-client2、更復(fù)雜的金融投資、稅收、價(jià)格監(jiān)管、運(yùn)營(yíng)管理關(guān)系

Complicatedrelationoffinance,tax,price,marketing3、選擇最經(jīng)濟(jì)的范圍和用戶群組合

Chooseandorganizeclientgroupandscope

11/20/2023\[filename].ppt第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)——分布式能源問題和挑戰(zhàn)：Problems,

ChallengeandStrategy

4、滿足各種電、熱、冷、汽負(fù)荷需求的最優(yōu)組合設(shè)計(jì)5、在各種變化條件下都保持最經(jīng)濟(jì)、最高效率運(yùn)營(yíng)

Optimumdesignandoperation6、高的天然氣供氣壓力，大的電網(wǎng)備用和支持容量

HigherNGpressure,largergridstandbyvoleum7、大型、成套設(shè)備制造、供貨

Equipmentmanufactoryandsupply

8、現(xiàn)代化能源服務(wù)企業(yè)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)、管理系統(tǒng)

Modernenergyservicemarketingsystem11/20/2023\[filename].ppt三中國(guó)發(fā)展第二代分布式能源的需要和條件ThenecessityandconditionforChinatodevelopsecondgenerationDES/CCHP11/20/2023\[filename].ppt4、中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)鏈特點(diǎn)對(duì)消費(fèi)結(jié)構(gòu)影響的兩難DilemmainPlanningChineseNGuser’sProfile◆燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站難以與煤電競(jìng)爭(zhēng)能源以煤為主，勞動(dòng)力成本低廉使等熱值煤與天然氣的比價(jià)在0.3到0.5左右,遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家；Ratioofcoal/gasistoolow

國(guó)際上與LNG項(xiàng)目配套的燃?xì)廨啓C(jī)電站與電網(wǎng)公司都有保底上網(wǎng)電價(jià)協(xié)議，中國(guó)迄今尚無。

世界和中國(guó)天然氣消費(fèi)構(gòu)成分析ProfileAnalysisofNGinWorld&China11/20/2023374、中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)鏈特點(diǎn)對(duì)消費(fèi)結(jié)構(gòu)影響的兩難DilemmainPlanningChineseNGuser’sProfile◆城市燃?xì)庠谑褂脮r(shí)間上和空間上都比較分散，用量有限，不足以作為項(xiàng)目的主要用戶；Towngasmarketisverylimited迄今燃?xì)馄占奥?5.3%,（包括LPG1700萬噸/年);其余2/3城市和農(nóng)村開拓燃?xì)馐袌?chǎng)投入大、時(shí)間長(zhǎng)，總量有限；◆天然氣化工利用只能在氣田附近；◆工業(yè)用戶關(guān)鍵在于價(jià)格承受能力。GasPriceistoohighforchemical&industryusers世界和中國(guó)天然氣消費(fèi)構(gòu)成分析ProfileAnalysisofNGinWorld&China11/20/202338分布式能源是解決電力問題的最有效手段

DESisthebestwaytosolveelectricityimpact2004年，我國(guó)22個(gè)省缺電。錯(cuò)峰削峰成為緩解目前電力緊張局面的最經(jīng)濟(jì)、快捷的途徑分布式能源：建在負(fù)荷中心

既發(fā)電直供又聯(lián)產(chǎn)冷、熱，雙倍減少電網(wǎng)峰荷；蓄冷技術(shù)應(yīng)用削峰填谷11/20/202339中國(guó)建筑物能源需求的特點(diǎn)

TheFeatureofBuildingEnergyDemandinChina1、人口稠密，居住集中；CentralizedPopulation2、隨著人民生活水平提高，空調(diào)負(fù)荷迅速增加；3、生活熱水需求快速上升；Increased

hotwaterdemand4、越來越多集中于住宅小區(qū)；Commercializeddistrict5、住宅與商業(yè)、辦公建筑交織。WithCommercialBul.具有建設(shè)大型DCS/DES的好條件11/20/2023\[filename].ppt中國(guó)建筑物能源需求的特點(diǎn)

TheFeatureofBuildingEnergyDemandinChina

暖通空調(diào)熱水供應(yīng)電氣炊事

65％15％14％6%80%屬于低品位能量，目前多半采用燃料和電力，“高質(zhì)低用”，屬于浪費(fèi)。CCHP可以使能源梯級(jí)利用。11/20/2023\[filename].ppt第二代城市能源供應(yīng)系統(tǒng)在建筑中的幾種類型

TypesofDESusedin

buildingenergysystem1、城區(qū)商業(yè)中心

CommercialCenterindowntown

用能特點(diǎn)：用電、用冷負(fù)荷都非常集中。分布式能源站夏季以集中供冷為主，供冷時(shí)間長(zhǎng)，單位面積負(fù)荷大，冷負(fù)荷主要為內(nèi)部負(fù)荷，冬季供暖時(shí)間也長(zhǎng)。 商業(yè)中心電價(jià)高。采用分布式能源站經(jīng)濟(jì)效益極好；熱水可以供應(yīng)附近的民居，用量極大。11/20/2023422、公用事業(yè)--機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、大學(xué)、機(jī)關(guān)Public:Airport,Hospital,University,Administration

特點(diǎn)：組織性非常強(qiáng)，機(jī)構(gòu)統(tǒng)一，便于集中控制和管理，是未來分布式能源站發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)。

能耗：夏季以空調(diào)制冷為主、伴有部分蒸汽和生活熱水需求，空調(diào)能耗季節(jié)性較強(qiáng)，全年供冷時(shí)間較商業(yè)中心短。冬季供暖時(shí)間比居民長(zhǎng)。

11/20/2023433、新開發(fā)的城區(qū)和新規(guī)劃的城市Newdevelopingcitydistrict&estate

能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求：新開發(fā)的城鎮(zhèn)過程不應(yīng)當(dāng)走燒煤污染或低效率單燒液化天然氣的老路，也不應(yīng)當(dāng)采用分體式空調(diào)或窗式空調(diào)。

效益：熱電冷三聯(lián)供技術(shù)能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)環(huán)境保護(hù)、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化也能夠產(chǎn)生積極的作用。11/20/202344第二代城市工業(yè)能源供應(yīng)系統(tǒng)的幾種類型

TypesofSecondGenerationindustrialDES

大型過程工業(yè)和園區(qū)：冶金、化工、煉油、食品、造紙

LargeProcessIndustry&IndustryCampus離散制造業(yè)工業(yè)園區(qū)（電子、家電、輕工）

DiscreteIndustryCampus原來的小型柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)電站改造為冷熱電聯(lián)供現(xiàn)有城區(qū)內(nèi)的工業(yè)燒煤的熱電聯(lián)產(chǎn)的機(jī)組改造

RetrofitofOilburninggenerationandcoalCHPgeneration11/20/202345當(dāng)代中國(guó)條件下DES/CCHP的特點(diǎn)

FeaturesofpresentDES/CCHPinChina國(guó)際能源署(IEA)建議：與美、歐、日目前的DES不同，中國(guó)必須發(fā)展50MW左右規(guī)模的分布式能源站，作為天然氣下游高效利用的重要途徑。在電力負(fù)荷中心建設(shè)較大規(guī)模的、冷熱、電多聯(lián)供的分布式能源系統(tǒng)；用戶類型：

I、離散和/或過程工業(yè)（園區(qū)）

II、集中的商業(yè)/民居建筑11/20/202346中國(guó)需要一批大型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

ChinaneedsalotoflargescopeDES在中國(guó)的大、中城市，建設(shè)一批50—300MW的DES解決聯(lián)合循環(huán)電站缺乏競(jìng)爭(zhēng)力問題解決工業(yè)用天然氣做鍋爐和加熱爐燃料承受能力問題前提條件：城建、電力、天然氣統(tǒng)籌規(guī)劃產(chǎn)業(yè)發(fā)展、工業(yè)節(jié)能、生態(tài)環(huán)境統(tǒng)籌規(guī)劃

11/20/202347四分布式能源系統(tǒng)近年來在廣東的發(fā)展DevelopmentofDESinGuangdong11/20/2023\[filename].ppt廣州煤氣公司管網(wǎng)計(jì)劃來氣：7MPa中壓干線：4MPa低壓管網(wǎng)：1—0.2MPa廣州大學(xué)城大型案例1:廣州大學(xué)城分布式能源站Example1:DESinGZUniversitycity11/20/202349大學(xué)城一期（2007年前）

18平方公里，

25萬人。截止2005年底12萬學(xué)生。大學(xué)城二期

43平方公里，

30余萬人中等