分布式能源設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探索

PAGEPAGE14 分布式能源設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探索分布式能源是世界能源工業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)，是人類可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分。它通過(guò)減少能源中間環(huán)節(jié)損耗，以“按需供能”方式，在用戶端實(shí)現(xiàn)能源的“溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”，將能源利用效率提高到一個(gè)新的水平。分布式能源是以老百姓自己解決自己的能源綜合供應(yīng)的方式，通過(guò)一場(chǎng)人民戰(zhàn)爭(zhēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用與可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)達(dá)到治理環(huán)境污染和降低能源代價(jià)的目標(biāo)。分布式能源是信息時(shí)代的能源系統(tǒng)，它將電力生產(chǎn)、熱力供應(yīng)、制冷除濕、天然氣合理利用和環(huán)境污染治理等因素，在信息化智能控制和通訊遙控技術(shù)支持下，進(jìn)行跨行業(yè)的優(yōu)化整合。以此建立一個(gè)因特網(wǎng)式的能源—信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將電力、燃?xì)?、熱力和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行四維一體的整合，將“需求——生產(chǎn)——供應(yīng)”鏈置于信息化控制系統(tǒng)下，使資源效益最大化，資金和環(huán)境代價(jià)最小化，尋求一種多元的損益平衡。雖然分布式能源在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)是一種比較成熟的技術(shù)，并正在得到大力推廣，但在中國(guó)僅僅才是剛剛開始，甚至聯(lián)萌芽都稱不上，這一先進(jìn)理念和技術(shù)如何在中國(guó)的土壤中生根發(fā)芽，茁壯成長(zhǎng)，還需要中國(guó)的能源從業(yè)人員付出不斷的努力，進(jìn)行不斷探索。分布式能源的定義：關(guān)于分布式能源的定義是多種多樣的，但是不同的定義都有相同的內(nèi)容和特征。首先，分布式能源一定是一個(gè)用戶端的或靠近用戶端的能源利用設(shè)施，它必須是一個(gè)能源梯級(jí)利用或可再生能源綜合利用的設(shè)施。分布式能源可以是綠色能源，也可以不是，它立足于現(xiàn)有的能源——資源配置條件和成熟的技術(shù)組合，追求資源利用效率的最大化，以減少中間環(huán)節(jié)損耗，達(dá)到降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。它是一個(gè)立足于用戶現(xiàn)有條件和實(shí)際需求的綜合化的能源轉(zhuǎn)換設(shè)施。因此，分布式能源不僅僅是指：燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、微行燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林外燃機(jī)、余熱制冷機(jī)組等設(shè)備；也不僅包括：太陽(yáng)能、太陽(yáng)熱、風(fēng)電、小水電、微型抽水蓄能電站、燃料電池等綠色能源設(shè)備；同時(shí)，也含概了傳統(tǒng)方式的燃煤熱電和資源綜合利用的小火電設(shè)施，小型微型蒸汽輪機(jī)、熱氣機(jī)、壓差發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)等非常廣泛應(yīng)用的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。在國(guó)外分布式能源都是可以上網(wǎng)售電的，基本不需要參加電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度，更不需要參加“競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”。但是，這一點(diǎn)在中國(guó)目前還不可能，上網(wǎng)售電就要參加統(tǒng)一調(diào)度，而所謂“統(tǒng)一調(diào)度”是一個(gè)非常復(fù)雜的管理系統(tǒng)，而且中國(guó)現(xiàn)行的電力管理調(diào)度技術(shù)十分落后，基本只能通過(guò)人對(duì)人的指令實(shí)施，根本無(wú)法適應(yīng)分布式能源的現(xiàn)代化智能控制要求。所以，在中國(guó)發(fā)展分布式能源暫時(shí)不要考慮上網(wǎng)售電的方式，這將是自找麻煩。但據(jù)了解，電網(wǎng)公司正在積極考慮分布能源上網(wǎng)售電的可能性，以及技術(shù)要求和政策建議，以應(yīng)對(duì)目前缺電和供電安全等問(wèn)題。分布式能源的合法性問(wèn)題:我們?cè)谝恍┓植际侥茉吹捻?xiàng)目中，用戶經(jīng)常對(duì)于它是否可以合法并網(wǎng)問(wèn)題提出質(zhì)疑，某些電力部門也常常以此來(lái)嚇阻用戶，甚至有些設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)也對(duì)此提出質(zhì)疑。實(shí)際上，熱電（冷）聯(lián)產(chǎn)多年來(lái)一直是受到國(guó)家法律明文保護(hù)和鼓勵(lì)的技術(shù)，以任何借口拒絕其并網(wǎng)都是與國(guó)家現(xiàn)行法律和行政規(guī)章的相左，因?yàn)榉植际侥茉淳褪菬犭姡ɡ洌┞?lián)產(chǎn)或資源綜合利用的一種形式。2.1、與法律之間的關(guān)系：2.1.1、《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》第三十九條：國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展下列通用節(jié)能技術(shù)：（一）推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱，提高熱電機(jī)組的利用率，發(fā)展熱能梯級(jí)利用技術(shù)，熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣三聯(lián)供技術(shù)，提高熱能綜合利用率；2.1.2、《中華人民共和國(guó)電力法》第五條：電力建設(shè)、生產(chǎn)、供應(yīng)和使用應(yīng)當(dāng)依法保護(hù)環(huán)境，采用新技術(shù)，減少有害物質(zhì)排放，防治污染和其他公害。國(guó)家鼓勵(lì)和支持利用可再生能源和清潔能源發(fā)電；第十二條：國(guó)家通過(guò)制定有關(guān)政策，支持、促進(jìn)電力建設(shè)。地方人民政府應(yīng)當(dāng)根據(jù)電力發(fā)展規(guī)劃，因地制宜，采取多種措施開發(fā)電源，發(fā)展電力建設(shè)；第二十二條：國(guó)家提倡電力生產(chǎn)企業(yè)與電網(wǎng)、電網(wǎng)與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。具有獨(dú)立法人資格的電力生產(chǎn)企業(yè)要求將生產(chǎn)的電力并網(wǎng)運(yùn)行的，電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)接受。并網(wǎng)運(yùn)行必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2.2、與法規(guī)之間的關(guān)系：分布式能源中凡是利用污水處理廠和垃圾填埋場(chǎng)沼氣或煤層氣、礦井瓦斯等資源的，按《國(guó)務(wù)院批轉(zhuǎn)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委等部關(guān)于進(jìn)一步開展資源綜合利用意見的通知》國(guó)發(fā)(1996)36號(hào)文件，第四條：綜合利用電廠其單機(jī)容量在500千瓦以上，符合并網(wǎng)調(diào)度條件的，電力部門都應(yīng)允許并網(wǎng)，簽訂并網(wǎng)協(xié)議，對(duì)并網(wǎng)的機(jī)組免交小火電上網(wǎng)配套費(fèi)，并在核定的上網(wǎng)電量?jī)?nèi)優(yōu)先購(gòu)買。裝機(jī)容量在1.2萬(wàn)千瓦以下(含1.2萬(wàn)千瓦)的綜合利用電廠，不參加電網(wǎng)調(diào)峰；裝機(jī)容量在1.2萬(wàn)千瓦以上的綜合利用廠，可安排一定的調(diào)峰容量，允許高峰滿發(fā)，但低谷時(shí)發(fā)電負(fù)荷不得低于發(fā)電設(shè)備額定功率的85％。 2.3、與行政規(guī)章之間的關(guān)系：國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部和國(guó)家環(huán)?？偩致?lián)合發(fā)布的（急）計(jì)基礎(chǔ)[2000]1268號(hào)《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》第八條：符合指標(biāo)的新建熱電廠或擴(kuò)建熱電廠的增容部分免交上網(wǎng)配套費(fèi)，電網(wǎng)管理部門應(yīng)允許并網(wǎng)。第十三條：鼓勵(lì)使用清潔能源，鼓勵(lì)發(fā)展熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣聯(lián)供，以提高熱能綜合利用效率。第十四條：積極支持發(fā)展燃?xì)?——蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)。1、燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)污染小、效率高及靠近熱、電負(fù)荷中心。國(guó)家鼓勵(lì)以天然氣、煤層氣等氣體為燃料的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)。2、發(fā)展燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)堅(jiān)持適度規(guī)模。根據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)崃κ袌?chǎng)和電力市場(chǎng)的實(shí)際情況，以供熱為主要目的，盡力提高資源綜合利用效率和季節(jié)適應(yīng)性，可采用余熱鍋爐補(bǔ)燃措施，不宜片面擴(kuò)大燃機(jī)容量和發(fā)電容量。3、根據(jù)燃?xì)馊細(xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電廠具有大量穩(wěn)定用氣和為天燃?xì)夤芫W(wǎng)提供調(diào)峰支持特點(diǎn)，合理制定天然氣價(jià)格。4、以小型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組和余熱鍋爐等設(shè)備組成的小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，適用于廠礦企業(yè)，寫字樓、賓館、商場(chǎng)、醫(yī)院、銀行、學(xué)校等較分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保護(hù)環(huán)境、減少供電線損和應(yīng)急突發(fā)事件等綜合功能，在有條件的地區(qū)應(yīng)逐步推廣。分布式能源的設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則的正確確立是分布式能源項(xiàng)目成功的基本保障。如何才能確定一個(gè)正確的設(shè)計(jì)原則，必須堅(jiān)持實(shí)事求是，從用戶利益出發(fā)，因地制宜的解決用戶需求問(wèn)題。應(yīng)該在資源利用效率、資金使用效益和環(huán)境保護(hù)三方面尋求最佳平衡點(diǎn)。3.1、從用戶出發(fā)，采取靈活機(jī)動(dòng)的設(shè)計(jì)原則：在北京燃?xì)饧瘓F(tuán)控制中心大樓項(xiàng)目中，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)熱電專業(yè)委員會(huì)王振銘秘書長(zhǎng)和我曾經(jīng)建議采用：“以基荷電力定容量，不足電力從電網(wǎng)補(bǔ)充，不足熱量補(bǔ)燃解決”和電力“并網(wǎng)不上網(wǎng)售電”的設(shè)計(jì)原則。。而在北京某購(gòu)物中心項(xiàng)目中，我們建議采用了截然相反的“能源島設(shè)計(jì)方案，即自己解決全部能源供應(yīng)，除天然氣和水利管網(wǎng)外不與外部能源設(shè)施聯(lián)系，自給自足。”的設(shè)計(jì)原則。在北京某污水處理廠沼氣利用項(xiàng)目的燃?xì)廨啓C(jī)解決方案中，我們則按照“以氣定電”的設(shè)計(jì)原則提出建議。原因在于三個(gè)項(xiàng)目有著完全不同的外部能源接入條件和側(cè)重，前者的電力可以接入系統(tǒng)，而某購(gòu)物中心項(xiàng)目則需要投巨資建設(shè)變電站和施工電力接入工程，與其投資建設(shè)變電輸電系統(tǒng)，不如將資金節(jié)省下來(lái)自己保障供應(yīng)。只需要采用可靠性高的燃?xì)廨啓C(jī)，并將機(jī)組設(shè)計(jì)為雙燃料系統(tǒng)，在天然氣供應(yīng)中斷后，能夠作為應(yīng)急機(jī)組使用，保證部分電力和熱力及制冷能力。污水處理廠項(xiàng)目用電用熱極大，所有沼氣都發(fā)電供熱，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足它對(duì)電力和熱力的需求，所以有多少氣就發(fā)多少電，并將余熱全部回收用于供熱成為設(shè)計(jì)原則的核心因素。3.2、“以熱定電”還是“以電定熱”：我們?cè)诜植际侥茉错?xiàng)目方案中，常常有人問(wèn)：是“以熱定電”還是“以電定熱”？“以熱定電”是1268號(hào)文件中要求的，但是在實(shí)際操作中，熱滿足了，電可能不是多就是少，少了問(wèn)題不大，多了就非常麻煩。也有提出分布式能源項(xiàng)目應(yīng)該先滿足供電，以電定熱，因?yàn)殡姷膬r(jià)值高。但往往電的需求是有曲線變化的，多少容量才能算“滿足”，電滿足了，余熱可能會(huì)富裕，用不了就會(huì)造成浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性也未必會(huì)好。所以面對(duì)分布式能源這一新生事物，不能教條化地套用我們傳統(tǒng)的原則和觀念，應(yīng)該采取一種與時(shí)俱進(jìn)的態(tài)度，發(fā)揮大家的聰明才智和創(chuàng)造性。3.3、“能源島”還是“能源網(wǎng)”：“島——網(wǎng)”之爭(zhēng)是一個(gè)世界性論題，支持發(fā)展分布能源各國(guó)專家一直存在是建立“能源島”還是建立“能源網(wǎng)”的不同看法。所謂“島”就是系統(tǒng)完全獨(dú)立，自給自足，完全不依靠電網(wǎng)供電，甚至燃?xì)庖膊捎秒p燃料，不受制于任何人。北京某購(gòu)物中心項(xiàng)目就是這樣一個(gè)典型的例子。而“網(wǎng)”則強(qiáng)調(diào)與電力和燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的積極融合，追求設(shè)備利用的最大化和能源供應(yīng)的安全性。很多能源島是被電力壟斷逼出來(lái)得，發(fā)展島式能源系統(tǒng)，出于電器設(shè)備啟動(dòng)要求，裝機(jī)容量需要的比較大，投資比較浪費(fèi)，同時(shí)因?yàn)橥耆恍枰娋W(wǎng)，電網(wǎng)一分錢也賺不到，對(duì)誰(shuí)都沒有好處，是一種相對(duì)比較極端的作法。隨著電力壟斷被逐步打破，電力改革進(jìn)一步深入，電力部門和用戶都應(yīng)該選擇投資更少，使用效率更高的能源網(wǎng)系統(tǒng)。日本的經(jīng)驗(yàn)是分布能源系統(tǒng)的發(fā)電容量最好在25-33%之間，不足部分由電網(wǎng)補(bǔ)充，友好供電，相互依存。當(dāng)然，中國(guó)不是日本，中國(guó)的問(wèn)題，特別是電力公司的認(rèn)識(shí)還需要一個(gè)比較長(zhǎng)的過(guò)程才能達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，所以在電力接入條件有“問(wèn)題”的項(xiàng)目上，采用能源島方案可以減少扯皮，最后經(jīng)濟(jì)性未必不好。安全性等問(wèn)題，若采用模塊化組合技術(shù)也是可以解決的。4、用戶需求分析：對(duì)于用戶需求的正確分析是項(xiàng)目能否確立合理容量，能否有效節(jié)約資金，能否有經(jīng)濟(jì)效益，能否滿足用戶的實(shí)際需要，能否安全正常運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。4.1、與建筑設(shè)計(jì)能源規(guī)范之間的矛盾：我國(guó)現(xiàn)行的建筑設(shè)計(jì)的能源規(guī)范往往不加區(qū)別地留有極大的安全系數(shù)和預(yù)留空間，這存在著一個(gè)矯枉過(guò)正的歷史過(guò)程。50-60年代建筑能源只有照明，最多有個(gè)收音機(jī)，每平方米建筑面積要幾瓦電就可以。只有少部分建筑才有暖氣；70-80年代家庭逐漸增加了電視機(jī)、電冰箱和洗衣機(jī)等電器，用電負(fù)荷有所增加。同時(shí)集中采暖得到了普及，但建筑節(jié)能問(wèn)題還沒有得到普遍的認(rèn)同；90年代，家庭開始安裝空調(diào)、電暖氣、微波爐、電熱水器、吸塵器和電腦等用電負(fù)荷比較大的電器，每個(gè)家庭的用電容量直線上升，而且樓宇越建遠(yuǎn)高，電梯、水泵等用電比較大的設(shè)備在建筑中大量使用，原有的能源設(shè)計(jì)規(guī)范已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，所以大大增加了建筑的用能指標(biāo)；90年代末到21世紀(jì)初，人們的節(jié)能環(huán)境意識(shí)在加強(qiáng)，節(jié)能建筑材料、雙層窗、節(jié)能燈、變頻空調(diào)、變頻水泵、變頻電梯和筆記本電腦等節(jié)能產(chǎn)品得以大量應(yīng)用。同時(shí)，中央空調(diào)也在普及之中，使建筑對(duì)能源的需求發(fā)生了很大結(jié)構(gòu)性變化。中國(guó)改革開發(fā)25年，走過(guò)了西方100多年的路程，這樣的變化不足為奇，所以中國(guó)需要“與時(shí)俱進(jìn)”的態(tài)度來(lái)面對(duì)社會(huì)和技術(shù)的不斷進(jìn)步和變化，以應(yīng)對(duì)我們所遇到的各種問(wèn)題和挑戰(zhàn)。4.2、實(shí)際需求分析：實(shí)際需求分析要首先搞清建筑的性質(zhì)和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，主要是不同的建筑有不同的用途，不同的用途決定了不同的用能形式和必須的配置容量，以及不同的能量需求曲線。決不能盲從于建筑設(shè)計(jì)師的要求，對(duì)他們來(lái)說(shuō)“寧多勿少，多多宜善，越多越好”。“多了沒責(zé)任，少了擔(dān)責(zé)任，反正是化業(yè)主的錢”?？墒菍?duì)于分布能源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)師，將面臨極大的職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。上海成套所在黃浦中心醫(yī)院項(xiàng)目中，因?yàn)槭苤朴诮ㄖO(shè)計(jì)部門，結(jié)果機(jī)組容量大了，為此承受了巨大的壓力。4.2.1、電:以商場(chǎng)照明為例，按照傳統(tǒng)照明每平方米需要100-120瓦，如果采用節(jié)能燈每平方米只需要22瓦，用電容量減少82%。以前，節(jié)能燈價(jià)格貴，所以用它節(jié)電不省錢，現(xiàn)在價(jià)格大幅度降低，壽命又長(zhǎng)，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，已經(jīng)成為一個(gè)不得不考慮的因素。再舉一個(gè)電機(jī)的例子，在電梯、水泵、中央空調(diào)等機(jī)電設(shè)備中大量使用了變頻電機(jī)，未采用該技術(shù)的電機(jī)啟動(dòng)電流是運(yùn)行容量的7-9倍，而采用該技術(shù)，最低可以達(dá)到1.5倍。所以是不是采用節(jié)能技術(shù)，對(duì)于建筑的節(jié)能性影響巨大。目前，正在發(fā)展之中的智能化樓宇，電力智能管理是一項(xiàng)主要的功能，采用該技術(shù)，可以智能控制和調(diào)整負(fù)荷分配，達(dá)到更進(jìn)一步的節(jié)能優(yōu)化。很多建筑的電力負(fù)荷容量是預(yù)留給電空調(diào)的，一間15平方米房間，需要一個(gè)1匹的空調(diào)約需電負(fù)荷650w，每建筑平方米單位容量約35w。如果使用吸收式中央空調(diào)，水泵和風(fēng)機(jī)盤管只需要6-15w/m2，可以節(jié)約60%以上的容量。4.2.2、熱:采暖容量有沒有節(jié)能措施影響也是甚大，達(dá)到第2階段節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的住宅每平方米建筑面積只需要25w/m2就可以在室外-9℃保證室內(nèi)16℃以上，而沒有采用節(jié)能措施的房子，70w也未必能保證。北京的一些新建地區(qū)1噸蒸汽可以供2.5萬(wàn)平方米，約30w/m2，而老區(qū)1噸蒸汽還供不了1萬(wàn)平方米，相當(dāng)77w/m2。所以在配置系統(tǒng)時(shí)，建筑的熱力節(jié)能設(shè)計(jì)指標(biāo)是一個(gè)重要因素。4.2.3、冷:建筑性質(zhì)和節(jié)能指標(biāo)造成對(duì)于冷需求的差異也非常大，商場(chǎng)制冷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)210-240w/m2，辦公室高達(dá)80-100w/m2，影劇院可能達(dá)到300w/m2。若采用節(jié)能設(shè)計(jì)，商場(chǎng)為175-190w/m2，辦公室40-60w/m2，影劇院約200w/m2多一點(diǎn)。如果進(jìn)一步將除濕和制冷分開解決，實(shí)際需求指標(biāo)將會(huì)更低。一些項(xiàng)目的制冷系統(tǒng)往往幾倍裝機(jī)于需求，比如某部委辦公大樓安裝了3臺(tái)制冷機(jī)，結(jié)果至今最熱也只開過(guò)一臺(tái)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者都在極端條件下，再加安全系數(shù)，再考慮設(shè)備備用等因素，這樣設(shè)計(jì)必然造成巨大浪費(fèi)，如果按照這個(gè)指標(biāo)設(shè)計(jì)分布能源，恐怕一天也開不起來(lái)。4.3、同步系數(shù)：也稱同時(shí)系數(shù)，任何項(xiàng)目上，在任何時(shí)間，將所有的電、熱或冷都開到最大負(fù)荷幾乎是不可能的，所有的項(xiàng)目都存在一個(gè)同步系數(shù)有多大。它存在兩個(gè)層次的問(wèn)題：（1）電力、熱力、制冷之間的同步問(wèn)題；（2）用戶同時(shí)使用同一能源的同步問(wèn)題。北京某設(shè)計(jì)院為北京某委辦培訓(xùn)中心提供了一個(gè)解決方案，因?yàn)闆]有考慮培訓(xùn)中心內(nèi)有教室、宿舍和康體中心三種不同功能的區(qū)域，學(xué)員不可能同時(shí)使用這一關(guān)鍵因素，只是簡(jiǎn)單將面積乘余建筑設(shè)計(jì)部門提供的單位容量指標(biāo)，再將各種不同功能區(qū)疊加，導(dǎo)致容量需求巨大，再配置熱電冷系統(tǒng)，投資高達(dá)工程項(xiàng)目的20%，最后熱電冷項(xiàng)目因業(yè)主無(wú)力承受而流產(chǎn)。問(wèn)題的關(guān)鍵除了單位熱電冷容量沒有考慮可能的節(jié)能因素，最主要一點(diǎn)就是沒有考慮節(jié)能因素。原方案負(fù)荷與需求項(xiàng)目狀態(tài)面積單位電負(fù)荷電需求量單位冷負(fù)荷冷需求量單位熱負(fù)荷熱需求量單位m2w/m2kWw/m2kWw/m2kW學(xué)員宿舍樓以建成307840123.1250153.9教學(xué)樓以建成464940185.9660278.94新建學(xué)員宿舍樓即將開工807040322.8120968.480645.6擬建康體中心計(jì)劃中8800807041201056100880地下設(shè)備區(qū)即將開工10001515地下停車庫(kù)即將開工19301019.3預(yù)留地遠(yuǎn)期擴(kuò)建50005025012060080400合計(jì)32527162026242358負(fù)荷優(yōu)化后的評(píng)估項(xiàng)目狀態(tài)面積單位電負(fù)荷電需求量單位冷負(fù)荷冷需求量單位熱負(fù)荷熱需求量單位m2w/m2kWw/m2kWw/m2kW學(xué)員宿舍樓以建成30784012350154教學(xué)樓以建成46494018660279新建學(xué)員宿舍即將開工8070252026552550404擬建康體中心計(jì)劃中8800302648070450440地下設(shè)備區(qū)即將開工10001010地下停車庫(kù)即將開工1930510預(yù)留地遠(yuǎn)期擴(kuò)建5000301506030040200合計(jì)3252794415291476同步系數(shù)分析后容量評(píng)估負(fù)荷電冷熱原設(shè)計(jì)負(fù)荷量162026242358預(yù)計(jì)負(fù)荷量79412291276同步系數(shù)55%75%80%系統(tǒng)應(yīng)用負(fù)荷基本量4379211021任何建筑的電力、熱力和制冷，都不可能同時(shí)達(dá)到最大需求，因此還存在一個(gè)系統(tǒng)“同步系數(shù)”問(wèn)題。例如制冷，夏季下午是日照最強(qiáng)的時(shí)間，制冷需求最高，但購(gòu)物中心中的人流不是最大峰值，如果能夠自然采光，電力需求比較低；而人流最大峰值出現(xiàn)在下班以后的7點(diǎn)鐘左右，這時(shí)日照因素基本沒有了，制冷已經(jīng)不是峰值，但電力進(jìn)入峰值時(shí)段，除濕系統(tǒng)也已經(jīng)達(dá)到最大值。另外，對(duì)于采暖，人流大對(duì)于熱的需求低，人流小反而對(duì)于熱的需求大。這些因素需要系統(tǒng)有比較大的調(diào)節(jié)靈活性，才能使系統(tǒng)有效滿足需求的變化。 一個(gè)建筑中會(huì)有多個(gè)不同的使用者，由于他們的工作業(yè)務(wù)不同，每個(gè)用戶對(duì)于電力、熱力或制冷的使用方式也有所不同，需求的高峰也不會(huì)同步，這其中存在相當(dāng)大的互補(bǔ)性。實(shí)際上，所有的建筑中總有相當(dāng)一部分面積處于改造、裝修、維護(hù)和停止使用之中。所以，利用率同步系數(shù)也是必須考慮的一個(gè)問(wèn)題。4.4、熱電冷匹配關(guān)系問(wèn)題：在城市內(nèi)的熱電冷系統(tǒng)，最好與電網(wǎng)連接，不足電力從電網(wǎng)購(gòu)買，以解決平衡和最大負(fù)荷問(wèn)題。建議辦公樓、商場(chǎng)等間歇用電，同時(shí)在用電時(shí)同步用冷用熱的項(xiàng)目，自己發(fā)峰電，從電網(wǎng)買基荷。酒店、醫(yī)院這些用電用冷熱比較持續(xù)的，自己發(fā)基荷，從電網(wǎng)買峰荷電力。在上一個(gè)前提下選擇機(jī)組容量，需要考慮機(jī)組的余熱量應(yīng)滿足建筑的基本采暖負(fù)荷，系統(tǒng)中可以設(shè)計(jì)一定的輔助手段，以滿足極端條件或熱電系統(tǒng)停機(jī)后的熱力供應(yīng)，例如：采用余熱鍋爐補(bǔ)燃或輔助鍋爐。制冷容量雖然較大地超過(guò)采暖量，擔(dān)對(duì)大多數(shù)建筑，制冷面積只有采暖面積的60-70%，如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，冷熱系統(tǒng)一般是匹配的。如果熱是30w/m2，制冷COP1.3，再考慮制冷面積所下縮小因素，同比熱量可以制冷5w/m2。5、設(shè)備選型:正確選型首先需要深入了解每一種設(shè)備的特性，雖然我們可以選擇的技術(shù)和設(shè)備是很多的，但是由于項(xiàng)目的特性、用途、規(guī)模和資金情況決定了必然只有一種技術(shù)是最合適的。作為設(shè)計(jì)者，我們能不能篩選出這種正確的技術(shù)路線是一個(gè)關(guān)鍵因素。實(shí)際上，市場(chǎng)是不允許我們犯錯(cuò)誤的，成套所在上海黃浦中心醫(yī)院因大樓建筑設(shè)計(jì)院容量要求大了，所以導(dǎo)致項(xiàng)目容量過(guò)大，致使該所在以后的分布式能源項(xiàng)目設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)中承擔(dān)了極大的負(fù)面影響。在分布式能源發(fā)展之初，因?yàn)槊恳粋€(gè)項(xiàng)目都具有示范和廣告效應(yīng)，如果出現(xiàn)問(wèn)題人們未必會(huì)將責(zé)任歸于設(shè)備，因?yàn)檫@些設(shè)備在國(guó)外運(yùn)行的好好的。也未必將責(zé)任歸于業(yè)主，因?yàn)闃I(yè)主不懂，最后承擔(dān)責(zé)任的只有設(shè)計(jì)單位。5.1、燃?xì)廨啓C(jī):這是一種非常成熟的技術(shù)，從1939年第一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)在德國(guó)運(yùn)行至今65年，目前已經(jīng)是一種在世界上普遍使用的可靠技術(shù)。在分布式能源項(xiàng)目中，我們主要使用的是小型燃?xì)廨啓C(jī)，500-15000kW以下機(jī)組。小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率一般在20-35%之間，個(gè)別機(jī)組可達(dá)到40%，余熱全部是高品質(zhì)的煙氣，溫度500℃左右，非常便于回收，熱電聯(lián)產(chǎn)效率一般在75-85%之間。燃?xì)廨啓C(jī)余熱的煙氣中含氧超過(guò)15%，可以再加入燃料補(bǔ)燃。因?yàn)檠a(bǔ)燃是在500℃左右的基礎(chǔ)溫度上往上燒，燃料基本沒有浪費(fèi)，非常節(jié)能。在排放允許的范圍內(nèi)，補(bǔ)燃可以至少再增加1.5倍的供熱量。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行成本比較低，大修周期30000小時(shí)左右。該技術(shù)最具有代表性的應(yīng)該是美國(guó)Solar透平公司的產(chǎn)品，因?yàn)樵摴菊际澜缧⌒腿細(xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)的70%以上。小型燃?xì)廨啓C(jī)的氮氧化物排放15-80ppm,可以滿足北京的環(huán)保要求。Solar機(jī)組參數(shù)項(xiàng)目單位土星20人馬座40人馬座50水星60金牛座60金牛座70火星90火星100太陽(yáng)神130燃機(jī)出力Kw11813418423440725069672890611043912533千瓦燃耗kJ/kWh14987131661254192091209311281115551126511115燃耗量GJ/h17.745.053.137.561.375.9104.7117.6139.3天然氣消耗量M3/h50312801510106617432158297733443961燃機(jī)發(fā)電折熱能GJ/h4.2512.3015.2414.6618.2524.2232.6237.5845.12燃機(jī)效率%24.0%27.3%28.7%39.1%29.8%31.9%31.2%32.0%32.4%燃機(jī)排煙溫度0C512443502351496482468491482煙氣流量t/h65.867.260.677.795.9138.20147.3176余熱鍋爐直接供熱(蒸汽壓力1034kPa,飽和）蒸汽量t/h3.78.310.64.61214.1192225.8蒸汽折凈熱能GJ/h9.0320.2525.8611.2229.2834.4046.3666.0077.40熱電效率%75.03%72.35%77.41%69.02%77.53%77.24%75.43%88.08%87.95%余熱鍋爐補(bǔ)燃至9270C直接供熱(蒸汽壓力1034kPa,飽和）補(bǔ)燃燃耗量GJ/h11.2037.9034.2040.8040.0050.9074.9076.1093.50天然氣消耗量M3/h3181078972116011371447213021642659蒸汽量t/h8.424.725.222.529.135.951.354.766.0蒸汽折凈熱能GJ/h20.5060.2761.4954.9071.0087.60125.17133.47161.04熱電效率%85.63%87.54%87.89%88.84%88.11%88.18%87.86%88.31%88.56%5.2、微型燃?xì)廨啓C(jī):是將傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)與新技術(shù)的一種融合，它將燃?xì)廨啓C(jī)微型化、簡(jiǎn)單化，并結(jié)合先進(jìn)的回?zé)峒夹g(shù)，永磁發(fā)電技術(shù)、電力變頻控制技術(shù)和智能控制技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化整合，使其成為一種白色家電化的能源設(shè)備。由于將燃?xì)廨啓C(jī)復(fù)雜的轉(zhuǎn)子一次精密鑄造成一個(gè)輪盤上，讓其浮在空氣或磁懸浮軸承上高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)高頻發(fā)電，再變頻到用戶需求的負(fù)荷供電。這一工藝使維護(hù)成本和檢修壽命得到根本改觀。例如英國(guó)Bowman公司的微型燃?xì)廨啓C(jī)大修周期3-5萬(wàn)小時(shí)，每半年換一次油濾，每一年換一次機(jī)油和空氣過(guò)濾器，清洗一下燃料過(guò)濾器，與內(nèi)燃機(jī)比較基本可以算得上免維護(hù)機(jī)組。微燃機(jī)發(fā)電效率12-28%，熱電綜合效率75-90%，煙氣溫度278-550℃。微燃機(jī)可以模塊化組合使用，Bowman能夠?qū)?臺(tái)可以調(diào)節(jié)供熱量的TG80BG機(jī)組組合使用，組成一個(gè)發(fā)電80-640kW，供熱150-2304kW的柔性系統(tǒng)，適應(yīng)性極強(qiáng)。熱量相當(dāng)一臺(tái)1200kW小型燃?xì)廨啓C(jī)，電量與一臺(tái)650kW燃?xì)廨啓C(jī)可輸出的電能沒有區(qū)別，但650kW燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率只有21%，而微燃機(jī)模塊組合可達(dá)27%以上。其設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性提高7倍，因?yàn)槿魏我慌_(tái)微燃機(jī)停機(jī)也僅損失1/8的電量。Bowman微型燃?xì)廨啓C(jī)組合系統(tǒng)項(xiàng)目單位TG80RC-G-R機(jī)組數(shù)量Units12345發(fā)電容量kW80160240320400Bypass0%發(fā)電效率28%煙氣溫度℃260進(jìn)氣量kg/s0.811.622.433.244.05排氣量kg/s0.821.632.453.264.08燃耗量kW287.76575.52863.281151.041438.80煙氣余熱量kW197.76395.52593.28791.04988.80排煙95℃可回收熱量kW125.50251.00376.50502.01627.510.9MPa蒸氣量kg/h185.01370.03555.04740.06925.07Bypass25%發(fā)電效率25%煙氣溫度℃337進(jìn)氣量kg/s0.811.612.423.224.03排氣量kg/s0.811.632.443.254.07燃耗量kW323.61647.22970.831294.441618.05煙氣余熱量kW233.61467.22700.83934.441168.05排煙95℃可回收熱量kW167.75335.51503.26671.02838.770.9MPa蒸氣量kg/h247.30494.61741.91989.221236.52Bypass50%發(fā)電效率22%煙氣溫度℃413進(jìn)氣量kg/s0.801.602.413.214.01排氣量kg/s0.811.622.433.244.05燃耗量kW369.15738.291107.441476.591845.74煙氣余熱量kW279.15558.29837.441116.591395.74排煙95℃可回收熱量kW214.94429.87644.81859.751074.680.9MPa蒸氣量kg/h316.86633.72950.581267.441584.30Bowman微型燃?xì)廨啓C(jī)組合系統(tǒng)制冷量項(xiàng)目單位TG80RC-G-R機(jī)組數(shù)量units12345發(fā)電容量kW80160240320400排煙95℃可回收熱量kW214.94429.87644.81859.751074.680.9MP蒸汽量kg278.64557.27835.911114.541393.18制冷量kW229.44458.88689.47921.031149.11冷噸USRt65.32130.64196.29262.21327.15COP-蒸汽1.071.071.071.071.07COP-煙氣0.820.820.820.820.82Bowman微型燃?xì)廨啓C(jī)組組合配置還可以與煙氣吸收式制冷機(jī)組匹配使用，并利用制冷機(jī)組較高的排煙溫度進(jìn)行除濕。Bowman微型燃?xì)廨啓C(jī)組合系統(tǒng)與煙氣型直燃機(jī)組合項(xiàng)目單位TG80RC-G-R機(jī)組數(shù)量units12345發(fā)電容量kW80160240320400Bypass0%發(fā)電效率28%煙氣溫度℃260進(jìn)氣量kg/s0.811.622.433.244.05排氣量kg/s0.821.632.453.264.08燃耗量kW287.76575.52863.281151.041438.80煙氣余熱量kW197.76395.52593.28791.04988.80排煙170℃可回收熱量kW68.46136.91205.37273.82342.28制冷量kW88.99177.98266.98355.97444.96USRt25.3150.6275.93101.24126.55Bypass25%發(fā)電效率25%煙氣溫度℃337進(jìn)氣量kg/s0.811.612.423.224.03排氣量kg/s0.811.331.992.653.32燃耗量kW323.61647.22970.831294.441618.05煙氣余熱量kW233.61467.22700.83934.441168.05排煙170℃可回收熱量kW115.76231.53347.29463.06578.82制冷量kW150.49300.99451.48601.98752.47USRt42.8085.61128.41171.21214.01Bypass50%發(fā)電效率22%煙氣溫度℃413進(jìn)氣量kg/s0.801.602.413.214.01排氣量kg/s0.811.622.433.244.05燃耗量kW369.15738.291107.441476.591845.74煙氣余熱量kW279.15558.29837.441116.591395.74排煙170℃可回收熱量kW164.24328.49492.73656.98821.22制冷量kW213.52427.03640.55854.071067.59USRt60.73121.45182.18242.91303.645.3、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī):突出的優(yōu)勢(shì)是單位造價(jià)低發(fā)電效率效率高，發(fā)電效率一般在35-41%。這是一種傳統(tǒng)的能源利用設(shè)備，應(yīng)用非常普遍，可以配到各種容量的機(jī)組。但有一利必有一弊，內(nèi)燃機(jī)的余熱有4種：500℃左右的煙氣、90-110℃缸套冷卻水、50-80℃中冷器冷卻水和滑油冷卻水，回收比較麻煩，特別是中冷器和滑油冷卻水，如果不能及時(shí)利用就必須使用冷卻塔降溫，否則不能安全工作。此外，一般每500-750小時(shí)要更換機(jī)油，還要更換火花塞，大修周期可以達(dá)到3-6萬(wàn)小時(shí)，但每次大修的工作量非常大。所以，該設(shè)備運(yùn)行成本比較高。一般機(jī)組排放在250-500mg/Nm3，但可以采用催化等技術(shù)降低排放。內(nèi)燃機(jī)熱電效率示意5.4、外燃機(jī):采用斯特林循環(huán)技術(shù)的外燃機(jī)如同一個(gè)蒸汽式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，但工質(zhì)不是水蒸氣，而是高壓氫氣。外燃機(jī)有一個(gè)熱腔和一個(gè)冷腔，熱腔燃燒加溫工質(zhì)，推動(dòng)冷腔活塞運(yùn)行驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)斜盤推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這一技術(shù)使活塞不用在熱端作功，既不消耗機(jī)油，也沒有變溫條件下的摩擦，所以，設(shè)備幾乎不用維護(hù)，兩年視情更換機(jī)油，一年加一次制造氫的去離子水。部件只有內(nèi)燃機(jī)的50%，大修壽命達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)，發(fā)電效率31.5%，熱電綜合效率82%以上，噪音65分貝（1米），氮氧化物排放8ppm，一氧化碳1ppm。而且也可以模塊化組合使用，可以8臺(tái)組合為一個(gè)440kW機(jī)組單元。該技術(shù)可以使用各種低熱值燃料，只要燃料低熱值達(dá)到2670大卡/m3，就可以正常允許發(fā)電。但是，有一利必有一弊，它的余熱最高65℃，不足以用于制冷。5.5、余熱鍋爐:將煙氣余熱回收的氣——水換熱器，是一種非常成熟的技術(shù)?？梢耘c燃?xì)廨啓C(jī)、微燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)匹配，回收其煙氣中的熱量。5.7、余熱制冷機(jī)組:利用動(dòng)力機(jī)余熱的制冷機(jī)組：5.7.1、蒸汽（熱水）制冷：世界上最廣泛使用的技術(shù)是將動(dòng)力機(jī)的余熱轉(zhuǎn)換為蒸汽或熱水，利用蒸汽或熱水在溴化鋰、氨或正在實(shí)驗(yàn)的二氧化碳為工質(zhì)的吸收式制冷機(jī)組。這是一種比較成熟的技術(shù)，系統(tǒng)復(fù)雜一點(diǎn)，但比較可靠。5.7.2、余熱制冷機(jī)組:這是一個(gè)新的技術(shù)，遠(yuǎn)大是具有代表性的廠家。它利用煙氣和冷卻熱水中的余熱，直接在吸收式制冷機(jī)組中回收余熱制冷。簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，節(jié)約了空間。5.7.3、離心機(jī)制冷:利用余熱鍋爐的蒸汽為能量，驅(qū)動(dòng)小型蒸汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)離心機(jī)制冷，在美國(guó)主要采用這一技術(shù)，因?yàn)橹评錅囟缺容^低，適合區(qū)域供冷。6、儲(chǔ)能：將多余能量?jī)?chǔ)存，用于削減高峰負(fù)荷需求，可以達(dá)到削峰填谷，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少容量配置，從而達(dá)到降低投資，提高機(jī)組熱效率和使用效率的目的。6.1、目前儲(chǔ)存電還比較困難，但日本等國(guó)已經(jīng)在研究樓宇式的抽水蓄能設(shè)備，將用電低谷的電能通過(guò)水蓄能到樓頂?shù)乃?/p>