分布式能源利用与控制技术课件.ppt
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1、第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术第第7章章分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术机械工业出版社第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术2机械工业出版社机械工业出版社 主要内容主要内容7.1 分布式能源的特征及其应用分布式能源的特征及其应用7.2 天燃气、燃气发电与控制技术天燃气、燃气发电与控制技术7.3 氢能、氢燃料电池发电与控制技术氢能、氢燃料电池发电与控制技术7.4 分布式能源的综合利用及经济技术评价分布式能源的综合利用及经济技术评价第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术3机械工业出版社机械工业
2、出版社7.1 分布式能源的特征及其应用分布式能源的特征及其应用7.1.1 分布式能源的分布式能源的特征特征 分布式能源分布式能源也叫也叫分布式资源分布式资源(DER,Distributed Energy Resources),是一种),是一种能源的分布式应用系统能源的分布式应用系统,实,实现现用户端的能源综合利用用户端的能源综合利用,相对于传统的集中供电方式而言,相对于传统的集中供电方式而言,是指将冷是指将冷-热热-电系统以小规模、小容量(数电系统以小规模、小容量(数kW50MW)、)、模块化、分散式的方式布置在用户附近,可独立地输出冷模块化、分散式的方式布置在用户附近,可独立地输出冷(Coo
3、ling)、热()、热(Heating)、电能()、电能(Power)的系统。)的系统。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术4机械工业出版社 1. 分布式能源的分布式能源的定义定义 国际分布式能源联盟(国际分布式能源联盟(WADE,World Alliance for Decentralized Energy )对)对“分布式能源分布式能源”给出的给出的 定义是定义是:发电系统能够在消费地点或很近的地方发电,并:发电系统能够在消费地点或很近的地方发电,并具有:具有: 高效的利用发电产生的废能生产热和电;高效的利用发电产生的废能生产热和电; 现场端的可再生能源系统;现
4、场端的可再生能源系统; 包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循 环利用系统。环利用系统。 这些系统就称为这些系统就称为分布式能源系统,分布式能源系统,而不考虑这些项目的而不考虑这些项目的规模、燃料或技术,及该系统是否联接电网等条件。规模、燃料或技术,及该系统是否联接电网等条件。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术5机械工业出版社 国际公认的两个具有发展前途、重要的分布式国际公认的两个具有发展前途、重要的分布式能源能源利用形式利用形式:微型燃气机发电机组,微型燃气机发电机组,这是实现热电联产、高效利这是实现热电
5、联产、高效利用能源和节能的主要形式;用能源和节能的主要形式;“燃料电池燃料电池”技术,技术,这也是未来主要的分布式能源这也是未来主要的分布式能源利用技术之一。利用技术之一。 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术6机械工业出版社机械工业出版社2.2.分布式能源分布式能源主要特征:主要特征: (1)(1)高效性高效性 (2)(2)环保性环保性(3)(3)能源利用的多样性能源利用的多样性(4)(4)调峰作用调峰作用(5)(5)安全性和可靠性安全性和可靠性(6)(6)减少国家输配电投资减少国家输配电投资(7)(7)解决边远地区供电解决边远地区供电第第7章章 分布式能源的利用
6、与控制技术分布式能源的利用与控制技术7机械工业出版社 分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气料电池和燃气内燃机内燃机冷冷-热热-电三联供等多种形式电三联供等多种形式; 主要技术主要技术有有: 电能有效利用电能有效利用(EUEE,Efficient Utilization of Electrical Energy)、)、智能通信技术智能通信技术(ICT,Information and Communications Technology)、)、智能模块智能模块(Smart Box)、)、主动网络管理主动网络管理 (ANM,Act
7、ive Network Management)以及微网以及微网(Micro-Grids)和)和智能电网智能电网(Smart-Grids),并实现整合预期能源发展的),并实现整合预期能源发展的柔性电网柔性电网(FENIX,Flexible Electricity Networks to Integrate the eXpected energy evolution)。)。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术8机械工业出版社机械工业出版社3. 分布式能源的分布式能源的综合利用综合利用:燃气燃气-蒸汽联合循环发电蒸汽联合循环发电燃料电池燃料电池发电发电-余热利用技术余热利
8、用技术整体煤气化联合循环(整体煤气化联合循环(IGCC)煤炭气化多联产煤炭气化多联产热热-电电-冷三联产冷三联产风风-光光-燃气互补多联产发电等领域。燃气互补多联产发电等领域。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术9机械工业出版社机械工业出版社7.1.2 分布式能源的主要应用形式分布式能源的主要应用形式1. 分布式能源转换设备及装置分布式能源转换设备及装置(1) 小型燃气轮机小型燃气轮机(2) 微型燃气轮机微型燃气轮机(3) 燃料电池燃料电池(4) 微型蒸汽轮机微型蒸汽轮机-蒸汽轮机蒸汽轮机(5) 微型水轮机和微型抽水蓄能电站微型水轮机和微型抽水蓄能电站(6) 太阳能
9、发电系统太阳能发电系统(7) 风力发电系统风力发电系统(8) 余热制冷系统余热制冷系统(9)热泵系统)热泵系统(10)能量回收系统)能量回收系统第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术10机械工业出版社机械工业出版社2. 分布式能源中的系统优化技术分布式能源中的系统优化技术(1)多种能源系统整合优化)多种能源系统整合优化(2)将分布式能源与交通系统整合优化)将分布式能源与交通系统整合优化(3)分布式能源系统电网接入研究)分布式能源系统电网接入研究(4)储能技术)储能技术(5)地源储能技术)地源储能技术(6)网络式能源系统)网络式能源系统第第7章章 分布式能源的利用与控制
10、技术分布式能源的利用与控制技术11机械工业出版社机械工业出版社3. 分布式能源中的资源利用技术分布式能源中的资源利用技术(1)天然气凝结水技术)天然气凝结水技术(2)将分布式能源与大棚结合的技术)将分布式能源与大棚结合的技术(3)利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术)利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术(4)空调系统废热回收技术)空调系统废热回收技术(5)污水水源热泵系统)污水水源热泵系统(6)小型生物质沼气生产技术)小型生物质沼气生产技术 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术12机械工业出版社机械工业出版社4. 分布式能源的主要应用形式分布式能源的主要应用形式
11、热热-电电-冷联产技术冷联产技术燃气轮机发电系统燃气轮机发电系统微燃气机发电系统微燃气机发电系统氢燃料电池发电系统氢燃料电池发电系统风力发电系统风力发电系统小水电发电系统小水电发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统地热能综合利用热地热能综合利用热-电联产系统电联产系统生物质能源发电系统生物质能源发电系统第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术13机械工业出版社机械工业出版社7.2 天然气、燃气发电与控制技术天然气、燃气发电与控制技术 天然气是指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的天然气是指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的可燃性气体。可燃性气体。 组成天然气的成
12、分如组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系等同系物以及物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷,一般把甲烷分子含形成天然气水合物的主要气体为甲烷,一般把甲烷分子含量超过量超过99%的天然气水合物称为甲烷水合物(的天然气水合物称为甲烷水合物(Methane Hydrate)。)。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术14机械工业出版社机械工业出版社7.2.1 7.2.1 天然气的特征与利用天然气的特征与利用 1. 1. 天然气的特征天然气的特征 存在方式:存在方式:
13、 (1 1)占据大的岩石粒间孔隙;)占据大的岩石粒间孔隙; (2 2)以球粒状散布于细粒岩石中;)以球粒状散布于细粒岩石中; (3 3)以固体形式填充在裂缝中;)以固体形式填充在裂缝中; (4 4)大固态水合物伴随少量沉积物。)大固态水合物伴随少量沉积物。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术15机械工业出版社机械工业出版社气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性:气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性: (1 1)相同的组合状态的变化)相同的组合状态的变化流体转化为固体;流体转化为固体; (2 2)均属放热过程,并产生很大的热效应;)均属放热过
14、程,并产生很大的热效应; (3 3)结冰或形成水合物时水体积均增大;)结冰或形成水合物时水体积均增大; (4 4)水中溶有盐时,二者相平衡温度降低,只有淡水才能转化为冰或)水中溶有盐时,二者相平衡温度降低,只有淡水才能转化为冰或 水合物;水合物; (5 5)冰与气水合物的密度都不大于水,含水合物层和冻结层密度都小)冰与气水合物的密度都不大于水,含水合物层和冻结层密度都小 于同类的水层;于同类的水层; (6 6)含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层;)含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层; (7 7)含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含水层。)含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含
15、水层。 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术16机械工业出版社机械工业出版社我国天然气的现状我国天然气的现状(1)天然气在中国是一种稀缺资源)天然气在中国是一种稀缺资源(2)中国能否创造一条高效利用天然气的独特道路)中国能否创造一条高效利用天然气的独特道路(3)电力与天然气应统筹安排合理利用)电力与天然气应统筹安排合理利用(4)分布式能源供给体系发展长期滞后)分布式能源供给体系发展长期滞后第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术17机械工业出版社机械工业出版社世界天然气的发展前景世界天然气的发展前景世界天然气供给前景世界天然气供给前景第第7章
16、章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术18机械工业出版社机械工业出版社世界天然气需求趋势世界天然气需求趋势第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术19机械工业出版社机械工业出版社世界天然气贸易前景世界天然气贸易前景第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术20机械工业出版社机械工业出版社世界天然气价格展望世界天然气价格展望第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术21机械工业出版社机械工业出版社7.2.2 7.2.2 小型燃气轮机发电机组小型燃气轮机发电机组燃气轮机按功率分为:燃气轮机按功率分为:大型燃机大型
17、燃机(100MW(100MW以上以上) ) 中型燃机中型燃机(20(20100MW )100MW ) 小型燃机小型燃机(20MW(20MW以下以下) ) 微型燃机微型燃机( (小于小于300kW)300kW) 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术22机械工业出版社机械工业出版社燃气轮机又可分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机燃气轮机又可分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机轻型燃气轮机轻型燃气轮机为航空发动机的转型产品,如为航空发动机的转型产品,如LM6000PCLM6000PC和和FT8FT8燃气轮机,燃气轮机,其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高,主要用于电其优势
18、在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高,主要用于电力调峰、船舶动力。力调峰、船舶动力。重型燃气轮机重型燃气轮机为工业型燃机,如为工业型燃机,如GT26GT26和和PG6561BPG6561B等燃气轮机,其优势等燃气轮机,其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高,主要用于联合循环为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高,主要用于联合循环发电、热电冷联产。发电、热电冷联产。轻型燃气轮机轻型燃气轮机重型燃气轮机重型燃气轮机第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术23机械工业出版社机械工业出版社1. 1. 燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理燃气轮机工作原理燃气轮
19、机工作原理 燃气轮机优点:燃气轮机优点:效率高、功率大、体积小、效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低、寿命投资省、运行成本低、寿命周期较长等。周期较长等。主要用于发电、交通和工业主要用于发电、交通和工业动力。动力。燃气轮机由燃烧室、压气机、轮机装置组成燃气轮机由燃烧室、压气机、轮机装置组成 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术24机械工业出版社机械工业出版社2. 2. 燃气轮机的发电方式燃气轮机的发电方式(1 1)简单循环发电)简单循环发电由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统 优点:装机快、起停灵活,多用于电网调峰和交通、工
20、业动力系统。优点:装机快、起停灵活,多用于电网调峰和交通、工业动力系统。美国美国GEGE公司的公司的LM6000PCLM6000PC轻型燃气轮机是目前效率较高的开式循环系统,轻型燃气轮机是目前效率较高的开式循环系统,其发电效率为其发电效率为43%43%。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术25机械工业出版社机械工业出版社(2 2)前置循环热电联产或发电)前置循环热电联产或发电组成:组成:由燃气轮机、发电机与余热锅炉共同组成的循环系统。由燃气轮机、发电机与余热锅炉共同组成的循环系统。工作原理:工作原理:它将燃气轮机作功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收,它将燃气轮机作
21、功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收, 转换为蒸汽或热水加以利用。转换为蒸汽或热水加以利用。应用:应用:热电联产,也有将余热锅炉的蒸汽回注燃气轮机提高燃气轮机出热电联产,也有将余热锅炉的蒸汽回注燃气轮机提高燃气轮机出 力和效率。力和效率。 改进:改进:为提高供热的灵活性,大多数前置循环热电联产机组采用余热锅为提高供热的灵活性,大多数前置循环热电联产机组采用余热锅 炉回补燃烧技术,补燃时的总效率超过炉回补燃烧技术,补燃时的总效率超过90%90%。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术26机械工业出版社机械工业出版社(3 3) 联合循环发电或热电联产联合循环发电或热电联产
22、组成:组成:燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机(抽燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机(抽 汽式或背压式)共同组成的循环系统。汽式或背压式)共同组成的循环系统。工作原理:工作原理:它将燃气轮机作功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收转它将燃气轮机作功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收转 换为蒸汽,再将蒸汽注入蒸汽轮机发电,或将部分发电作功换为蒸汽,再将蒸汽注入蒸汽轮机发电,或将部分发电作功 后的废气用于供热。后的废气用于供热。应用:应用:主要用于发电和热电联产。主要用于发电和热电联产。ABBABB公司的公司的GT26GT261 1产品作为高效率发产品作为高效率发
23、 电的代表性联合循环系统,发电效率达到电的代表性联合循环系统,发电效率达到58.5%58.5%。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术27机械工业出版社机械工业出版社(4 4)整体化循环)整体化循环组成:组成:由煤气发生炉、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机共同组成的循由煤气发生炉、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机共同组成的循 环系统,也称为环系统,也称为IGCCIGCC。 优点:优点:主要解决使用低廉的固体化石燃料代替燃气轮机使用的气体、主要解决使用低廉的固体化石燃料代替燃气轮机使用的气体、 液体燃料,提高煤炭利用效率,降低污染物排放。液体燃料,提高煤炭利用效率,降低污染物排
24、放。 作用:作用:可作为城市煤气、电力、集中供热和集中制冷、以及建材、化可作为城市煤气、电力、集中供热和集中制冷、以及建材、化 工原料综合供应系统。目前,工原料综合供应系统。目前,GEGE公司使用公司使用MS7001FMS7001F技术组成的整技术组成的整 体循环系统,发电效率可达到体循环系统,发电效率可达到42%42%。 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术28机械工业出版社机械工业出版社(5 5) 核燃联合循环核燃联合循环组成:组成:由燃气轮机、余热锅炉和核反应堆、蒸汽轮机共同组成的发电循由燃气轮机、余热锅炉和核反应堆、蒸汽轮机共同组成的发电循 环系统。环系统。
25、工作原理:工作原理:通过燃气轮机排出的烟气再为热核反应堆输出蒸汽。通过燃气轮机排出的烟气再为热核反应堆输出蒸汽。应用:应用:主要是为了提高核反应堆蒸汽的温度、压力,提高蒸汽轮机效主要是为了提高核反应堆蒸汽的温度、压力,提高蒸汽轮机效 率,降低蒸汽轮机部分的工程造价。率,降低蒸汽轮机部分的工程造价。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术29机械工业出版社机械工业出版社(6 6) 燃机辅助循环燃机辅助循环 工作原理工作原理: : 在以煤、油等为燃料的后置循环发电汽轮机组中,使用小型燃气在以煤、油等为燃料的后置循环发电汽轮机组中,使用小型燃气轮机作为电站辅助循环系统,为锅炉
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