天然分布式能源的節(jié)能計算及影響因素——李先瑞

1、天然氣分布式能源的天然氣分布式能源的節(jié)能計算及影響因素分析節(jié)能計算及影響因素分析李先瑞李先瑞中國建筑科學(xué)研究院目目 錄錄1.分布式能源的重要特性分布式能源的重要特性節(jié)能性節(jié)能性2.分布式能源全年綜合利用率的計算分布式能源全年綜合利用率的計算 3.分布式能源節(jié)能率的計算分布式能源節(jié)能率的計算4.熱電比對節(jié)能的影響熱電比對節(jié)能的影響 5.負(fù)荷率對節(jié)能的影響負(fù)荷率對節(jié)能的影響6.最大負(fù)荷小時對節(jié)能的影響最大負(fù)荷小時對節(jié)能的影響 7.同時使用系數(shù)對節(jié)能的影響同時使用系數(shù)對節(jié)能的影響 8.不同地區(qū)不同建筑的能耗不同地區(qū)不同建筑的能耗分布式能源的重要特性分布式能源的重要特性節(jié)能性節(jié)能性v 與燃煤熱電廠的熱

2、效率比較與燃煤熱電廠的熱效率比較v 天然氣分布式能源全年綜合利用率計算公式天然氣分布式能源全年綜合利用率計算公式 年平均能源綜合利用率（年平均能源綜合利用率（%）；）； W 年凈輸出電量（年凈輸出電量（kWh）；）； Q1 年有效余熱供熱總量（年有效余熱供熱總量（MJ）；）； Q2 年有效余熱供冷總量（年有效余熱供冷總量（MJ）；）； B 年燃?xì)饪偤牧浚耆細(xì)饪偤牧浚╩3）；）； QL 燃?xì)獾臀话l(fā)熱量（燃?xì)獾臀话l(fā)熱量（MJ/m3） 分布式能源全年綜合利用率的計算分布式能源全年綜合利用率的計算v 全年綜合利用率也稱為天然氣分布式能源系統(tǒng)的燃全年綜合利用率也稱為天然氣分布式能源系統(tǒng)的燃料利用系數(shù)，

3、是指分布式能源系統(tǒng)生產(chǎn)的冷、熱、料利用系數(shù)，是指分布式能源系統(tǒng)生產(chǎn)的冷、熱、電三種產(chǎn)品的總能量與其消耗的燃料能量之比。該電三種產(chǎn)品的總能量與其消耗的燃料能量之比。該參數(shù)是在利用效率法（即能平衡法）分析時的有效參數(shù)是在利用效率法（即能平衡法）分析時的有效性系數(shù)。性系數(shù)。 分布式能源節(jié)能率的計算分布式能源節(jié)能率的計算v 系統(tǒng)節(jié)能率系統(tǒng)節(jié)能率 節(jié)能率是反映三聯(lián)供系統(tǒng)先進性的一個重要指節(jié)能率是反映三聯(lián)供系統(tǒng)先進性的一個重要指標(biāo)，三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能主要體現(xiàn)在天然氣就近標(biāo)，三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能主要體現(xiàn)在天然氣就近梯級利用的高效與傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電方式到用戶梯級利用的高效與傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電方式到用戶端較低的供電效率相比

4、較的優(yōu)勢。對于具體項端較低的供電效率相比較的優(yōu)勢。對于具體項目而言，節(jié)能率是指采用三聯(lián)供系統(tǒng)與原來用目而言，節(jié)能率是指采用三聯(lián)供系統(tǒng)與原來用戶可能采用的常規(guī)供電和空調(diào)方式相比所節(jié)省戶可能采用的常規(guī)供電和空調(diào)方式相比所節(jié)省的一次能源消耗量。的一次能源消耗量。v 供熱期節(jié)能率供熱期節(jié)能率= v 供冷期節(jié)能率供冷期節(jié)能率=v 式中式中 -燃煤電廠發(fā)電效率與電網(wǎng)輸配效率的乘積燃煤電廠發(fā)電效率與電網(wǎng)輸配效率的乘積 -燃?xì)忮仩t效率燃?xì)忮仩t效率 -燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)的發(fā)電效率燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)的發(fā)電效率 -燃?xì)夥植寄茉聪到y(tǒng)余熱利用率燃?xì)夥植寄茉聪到y(tǒng)余熱利用率 COPa -吸收式制冷機性能系數(shù)吸收式制冷機性能

5、系數(shù) COPe -電制冷機性能系數(shù)電制冷機性能系數(shù) X -電制冷機承擔(dān)的冷負(fù)荷電制冷機承擔(dān)的冷負(fù)荷 Y -吸收式制冷機承擔(dān)的冷負(fù)荷吸收式制冷機承擔(dān)的冷負(fù)荷分布式能源節(jié)能率的計算分布式能源節(jié)能率的計算v 熱電比即熱電廠發(fā)熱量和發(fā)電量的比值。根據(jù)熱電比即熱電廠發(fā)熱量和發(fā)電量的比值。根據(jù)分分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程中的相關(guān)規(guī)定，熱電中的相關(guān)規(guī)定，熱電比根據(jù)下式進行計算：比根據(jù)下式進行計算：v 熱電比熱電比=供熱量供熱量/（供電量（供電量 3600千焦千焦/千瓦時）千瓦時）100%。v 在一定的發(fā)電效率之下，熱電比越高總熱效率越高，在一定的發(fā)電效率之下，熱電比越高總熱效率越高，

6、要求余熱利用程度越高，熱損失越小。根據(jù)要求余熱利用程度越高，熱損失越小。根據(jù)關(guān)于關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定，要求供熱式汽輪發(fā)電機組，要求供熱式汽輪發(fā)電機組的蒸汽流既發(fā)電又供熱的常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)，應(yīng)符合下的蒸汽流既發(fā)電又供熱的常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)，應(yīng)符合下列指標(biāo)：列指標(biāo)： 熱電比對節(jié)能的影響熱電比對節(jié)能的影響v 1）單機容量在）單機容量在5萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應(yīng)大于年平均應(yīng)大于100%；v 2）單機容量在）單機容量在5萬千瓦至萬千瓦至20萬千瓦以下的熱電機組，萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應(yīng)大于其熱電比年平均應(yīng)大于50%；v 3）單機容量）單

7、機容量20萬千瓦及以上抽汽凝汽兩用供熱機萬千瓦及以上抽汽凝汽兩用供熱機組，采暖期熱電比應(yīng)大于組，采暖期熱電比應(yīng)大于50%。v 4）燃?xì)猓┤細(xì)庹羝?lián)合循環(huán)熱電機組熱電比應(yīng)大于蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機組熱電比應(yīng)大于30%。v 5）在）在分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程中規(guī)定：熱中規(guī)定：熱電比年平均不應(yīng)小于電比年平均不應(yīng)小于55%。 v 我國主要城市各類型建筑物的熱電比我國主要城市各類型建筑物的熱電比燃?xì)鈨?nèi)燃機的余熱量及適用范圍燃?xì)鈨?nèi)燃機的余熱量及適用范圍v 燃?xì)鈨?nèi)燃機的余熱量燃?xì)鈨?nèi)燃機的余熱量v 燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機組所搭建的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機組所搭建的CCHP系統(tǒng)，主要使用于系統(tǒng)，主要使用于

8、以下幾個市場：以下幾個市場：v醫(yī)院與賓館醫(yī)院與賓館v 醫(yī)院和賓館的特點在于對熱的需求較多，較穩(wěn)定，而醫(yī)院和賓館的特點在于對熱的需求較多，較穩(wěn)定，而且用電負(fù)荷也比較穩(wěn)定。這樣的負(fù)載，特別適合燃?xì)馇矣秒娯?fù)荷也比較穩(wěn)定。這樣的負(fù)載，特別適合燃?xì)獍l(fā)電機組作為主發(fā)電的發(fā)電機組作為主發(fā)電的CCHP系統(tǒng)。醫(yī)院與賓館的裝系統(tǒng)。醫(yī)院與賓館的裝機容量一般在機容量一般在300-3000KW。v公共交通樞紐公共交通樞紐v 機場與火車站，運行時間長，建筑物空間高度大，對機場與火車站，運行時間長，建筑物空間高度大，對于電力和供熱（制冷）的需求都相當(dāng)大，這樣的負(fù)載，于電力和供熱（制冷）的需求都相當(dāng)大，這樣的負(fù)載，非常適合燃

9、氣發(fā)電機組作為主發(fā)電的非常適合燃?xì)獍l(fā)電機組作為主發(fā)電的CCHP系統(tǒng)。他系統(tǒng)。他們的裝機容量一般在們的裝機容量一般在3000-30000KW。v有制冷（加熱）需求的工廠有制冷（加熱）需求的工廠v 很多工廠的工藝要求里面都有制冷或者加熱工序，而很多工廠的工藝要求里面都有制冷或者加熱工序，而且需求量相當(dāng)大。比如注塑，釀酒，窯爐等。他們的且需求量相當(dāng)大。比如注塑，釀酒，窯爐等。他們的裝機容量一般在裝機容量一般在500-5000KW。v數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心v 數(shù)據(jù)中心使用了大量的計算機，其中數(shù)據(jù)中心使用了大量的計算機，其中40%的電力用來的電力用來給計算機使用，給計算機使用，60%的電力給空調(diào)使用，空調(diào)則是

10、給的電力給空調(diào)使用，空調(diào)則是給計算機降溫的。他們非常適合用燃?xì)獍l(fā)電機組來做冷計算機降溫的。他們非常適合用燃?xì)獍l(fā)電機組來做冷電聯(lián)供系統(tǒng)。發(fā)電機組的余熱所產(chǎn)生的制冷量，作為電聯(lián)供系統(tǒng)。發(fā)電機組的余熱所產(chǎn)生的制冷量，作為計算機的冷源。他們的裝機容量一般在計算機的冷源。他們的裝機容量一般在10000-50000KW。 燃?xì)廨啓C的余熱量及適用范圍燃?xì)廨啓C的余熱量及適用范圍v 燃?xì)廨啓C的余熱量燃?xì)廨啓C的余熱量v 燃?xì)廨啓C可以分別采用：余熱鍋爐燃?xì)廨啓C可以分別采用：余熱鍋爐+背壓式汽輪機。背壓式汽輪機。余熱鍋爐余熱鍋爐+抽汽凝汽式汽輪機。余熱鍋爐抽汽凝汽式汽輪機。余熱鍋爐+抽汽抽汽背壓式汽輪機，單純是余熱鍋

11、爐，來組合成為熱電背壓式汽輪機，單純是余熱鍋爐，來組合成為熱電聯(lián)產(chǎn)的聯(lián)合方式循環(huán)機組。聯(lián)產(chǎn)的聯(lián)合方式循環(huán)機組。v 熱電聯(lián)產(chǎn)機組的一個重要參數(shù)是功率系數(shù)，它的涵義熱電聯(lián)產(chǎn)機組的一個重要參數(shù)是功率系數(shù)，它的涵義是指：機組的供電量與供熱量的比值。在燃?xì)馐侵福簷C組的供電量與供熱量的比值。在燃?xì)?蒸汽蒸汽聯(lián)合循環(huán)型的熱電聯(lián)產(chǎn)機組中，它的一個特點是功率聯(lián)合循環(huán)型的熱電聯(lián)產(chǎn)機組中，它的一個特點是功率系數(shù)值比較高，這是由于燃?xì)廨啓C的作功能量占主導(dǎo)系數(shù)值比較高，這是由于燃?xì)廨啓C的作功能量占主導(dǎo)地位的緣故，因而這種類型的熱電聯(lián)產(chǎn)機組比較適宜地位的緣故，因而這種類型的熱電聯(lián)產(chǎn)機組比較適宜于在相對需要較多電能的場合使

12、用。于在相對需要較多電能的場合使用。 v 熱電比對天然氣分布式能源的節(jié)能率也有一定的影響熱電比對天然氣分布式能源的節(jié)能率也有一定的影響（見圖）（見圖）v 從上圖可知，當(dāng)全部使用自己發(fā)電量，熱電比為從上圖可知，當(dāng)全部使用自己發(fā)電量，熱電比為1.2時，節(jié)能率可達時，節(jié)能率可達20%。 熱電比對節(jié)能率的影響熱電比對節(jié)能率的影響v 負(fù)荷率負(fù)荷率K2v 供熱區(qū)熱用戶的負(fù)荷不可能總在額定負(fù)荷下連續(xù)運行，供熱區(qū)熱用戶的負(fù)荷不可能總在額定負(fù)荷下連續(xù)運行，而是根據(jù)各自的生產(chǎn)特點，在不同的時間階段有不同而是根據(jù)各自的生產(chǎn)特點，在不同的時間階段有不同的負(fù)荷，常引入負(fù)荷率來衡量其負(fù)荷飽滿程度。負(fù)荷的負(fù)荷，常引入負(fù)荷率

13、來衡量其負(fù)荷飽滿程度。負(fù)荷率率K2就是該時間階段內(nèi)熱負(fù)荷平均與額定熱負(fù)荷之比。就是該時間階段內(nèi)熱負(fù)荷平均與額定熱負(fù)荷之比。v 對熱用戶對熱用戶v 對于整個供熱區(qū)對于整個供熱區(qū) 負(fù)荷率對節(jié)能的影響負(fù)荷率對節(jié)能的影響v 一般情況下，可用所提供的最大熱負(fù)荷值來代替額定一般情況下，可用所提供的最大熱負(fù)荷值來代替額定熱負(fù)荷。時間一般可取年、季度或月。例如年負(fù)荷率熱負(fù)荷。時間一般可取年、季度或月。例如年負(fù)荷率即為全年（指即為全年（指8760h）的平均熱負(fù)荷與全年最大熱）的平均熱負(fù)荷與全年最大熱負(fù)荷之比。負(fù)荷之比。v 供熱負(fù)荷率供熱負(fù)荷率v 不同氣候區(qū)冷水機組的部分負(fù)荷運行時間分布不同氣候區(qū)冷水機組的部分負(fù)

14、荷運行時間分布 空調(diào)負(fù)荷率空調(diào)負(fù)荷率燃?xì)鈨?nèi)燃機不同負(fù)荷率時的效率燃?xì)鈨?nèi)燃機不同負(fù)荷率時的效率v 燃?xì)廨啓C利用壓氣機進氣導(dǎo)葉的開度來調(diào)節(jié)空氣進氣燃?xì)廨啓C利用壓氣機進氣導(dǎo)葉的開度來調(diào)節(jié)空氣進氣量，調(diào)節(jié)范圍為量，調(diào)節(jié)范圍為10075%。當(dāng)負(fù)荷小于。當(dāng)負(fù)荷小于75%，只能通過控制燃料來控制燃?xì)廨啓C的出力。所以燃?xì)庵荒芡ㄟ^控制燃料來控制燃?xì)廨啓C的出力。所以燃?xì)廨啓C低負(fù)荷運行時，效率會大幅度下降，輪機低負(fù)荷運行時，效率會大幅度下降，50%負(fù)荷負(fù)荷時效率下降時效率下降57%，故燃?xì)廨啓C不適宜于帶部分負(fù)，故燃?xì)廨啓C不適宜于帶部分負(fù)荷運行，空載時的燃料消耗量高。下圖是通用燃?xì)廨喓蛇\行，空載時的燃料消耗量高。下圖

15、是通用燃?xì)廨啓C部分負(fù)荷下的效率變化。對于以商業(yè)建筑為主的冷機部分負(fù)荷下的效率變化。對于以商業(yè)建筑為主的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，由于空調(diào)負(fù)荷變化幅度較大，所以熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，由于空調(diào)負(fù)荷變化幅度較大，所以采用燃?xì)廨啓C發(fā)電裝置時需要充分考慮負(fù)荷的調(diào)節(jié)方采用燃?xì)廨啓C發(fā)電裝置時需要充分考慮負(fù)荷的調(diào)節(jié)方法，避免出現(xiàn)效率大幅度下降的現(xiàn)象。法，避免出現(xiàn)效率大幅度下降的現(xiàn)象。 燃?xì)廨啓C不同負(fù)荷率時的效率燃?xì)廨啓C不同負(fù)荷率時的效率v 通用燃?xì)廨啓C部分負(fù)荷下效率變化通用燃?xì)廨啓C部分負(fù)荷下效率變化 最大負(fù)荷小時數(shù)對節(jié)能的影響最大負(fù)荷小時數(shù)對節(jié)能的影響v 最大負(fù)荷小時數(shù)：最大熱負(fù)荷利用小時數(shù)最大負(fù)荷小時數(shù)：最大熱負(fù)荷利用小

16、時數(shù)H1 v 計算時段內(nèi)累計的熱負(fù)荷總量相對于在該時間段內(nèi)最計算時段內(nèi)累計的熱負(fù)荷總量相對于在該時間段內(nèi)最大熱負(fù)荷值下的運行小時數(shù)，稱為最大熱負(fù)荷利用小大熱負(fù)荷值下的運行小時數(shù)，稱為最大熱負(fù)荷利用小時數(shù)。時數(shù)。v 最大負(fù)荷小時數(shù)最大負(fù)荷小時數(shù)v 最大負(fù)荷小時數(shù)是判斷發(fā)電設(shè)備使用率的一個簡單指最大負(fù)荷小時數(shù)是判斷發(fā)電設(shè)備使用率的一個簡單指標(biāo)，一般來說對于投資較高的燃?xì)獍l(fā)電機組等設(shè)備，標(biāo)，一般來說對于投資較高的燃?xì)獍l(fā)電機組等設(shè)備，其滿負(fù)荷時數(shù)越長，說明其使用率越高，對于其初投其滿負(fù)荷時數(shù)越長，說明其使用率越高，對于其初投資的回收、系統(tǒng)的經(jīng)濟性越為有利。資的回收、系統(tǒng)的經(jīng)濟性越為有利。v 式中，式中

17、， n：發(fā)電設(shè)備最大負(fù)荷小時數(shù)，：發(fā)電設(shè)備最大負(fù)荷小時數(shù)，h； Wyear ：發(fā)電設(shè)備全年發(fā)電總量，：發(fā)電設(shè)備全年發(fā)電總量，kWh； Cap：所有發(fā)電設(shè)備的總裝機容量，：所有發(fā)電設(shè)備的總裝機容量，kW。v 設(shè)計合理的三聯(lián)供系統(tǒng)中其發(fā)電設(shè)備最大負(fù)荷小時數(shù)設(shè)計合理的三聯(lián)供系統(tǒng)中其發(fā)電設(shè)備最大負(fù)荷小時數(shù)一般宜大于一般宜大于3500h。同時使用系數(shù)對最大負(fù)荷的影響同時使用系數(shù)對最大負(fù)荷的影響v 根據(jù)計算預(yù)測的冷負(fù)荷，確定總裝機容量，重點是確根據(jù)計算預(yù)測的冷負(fù)荷，確定總裝機容量，重點是確定合理的同時使用系數(shù)。同時使用系數(shù)的計算公式如定合理的同時使用系數(shù)。同時使用系數(shù)的計算公式如下：下： v 同時率同時率

18、K1v 供熱區(qū)域內(nèi)有許多用戶，一個企業(yè)內(nèi)也有許多用熱點，供熱區(qū)域內(nèi)有許多用戶，一個企業(yè)內(nèi)也有許多用熱點，它們在生產(chǎn)工藝過程中的最大設(shè)計熱負(fù)荷往往不會同它們在生產(chǎn)工藝過程中的最大設(shè)計熱負(fù)荷往往不會同時出現(xiàn)。因此，在計算供熱區(qū)域（或企業(yè)）的最大熱時出現(xiàn)。因此，在計算供熱區(qū)域（或企業(yè)）的最大熱負(fù)荷時，必須考慮各用戶（各用熱點）的同時使用系負(fù)荷時，必須考慮各用戶（各用熱點）的同時使用系數(shù)，即同時率：數(shù)，即同時率：v 各類企業(yè)的同時率可取：機械工廠各類企業(yè)的同時率可?。簷C械工廠K1=0.85；造紙；造紙廠廠K1=0.8-0.9。v 上海地區(qū)不同功能建筑的能耗指標(biāo)參考值上海地區(qū)不同功能建筑的能耗指標(biāo)參考值 不同功能建筑的能耗不同功能建筑的能耗v 北京地區(qū)不同功能建筑的能耗指標(biāo)參考值北京地區(qū)不同功能建筑的能耗指標(biāo)參考值v 西安地區(qū)不同功能建筑的能耗指標(biāo)參考值西安地區(qū)不同功能建筑的能耗指標(biāo)參考值v 廣州地區(qū)不同功能建筑的能耗指標(biāo)參考值廣州地區(qū)不同功能建筑的能耗指標(biāo)參考值不同功能建筑的售冷量v 全國主要城市的單