DES/CCHP系统和区域能源利用效率计算方法及影响因素分析

天然气分布式冷热电联供(DES/CCHP)是中国“十二五”期间提高能效、保障经济发展的重要战略举措,其评价指标是能源利用效率、经济效益、碳排放.DES/CCHP实现高效的技术关键包括:把所有终端用能集成为一个“总能源系统”;科学用能,核心是尽可能减小每一级用能的(火用)损耗;尽可能安排多个冷、热、电、汽终端用户时空分布的最优组合;需要较大的系统规模.新区DES/CCHP系统能效是决定区域总能效的最主要因素,两者的区别在于交通用能、其他用能和外来电力,可在取得相应数据基础上计算得出.计算能源利用效率的一般公式是:能效=终端耗用各种能源总量之和/耗用的一次能源总量,CCHP能效计算的分子必须是全部终端用能,必须按照8650h/a不同负荷逐时累加求和计算,不能取设计工况数据;分母必须全部折算成一次能源.在计算出区域规划的能效、总能耗和一次能源构成后,便可按照规划目标年度的GDP数据,推算出能源强度、碳强度和二氧化碳排放量等低碳发展指标.影响区域能源利用效率的因素包括外部因素——天然气价格与上网电价,客观因素——产业格局、气候条件和实际进展与规划格局的差异,以及主观因素等,其中外部、客观因素是决定能效的硬性约束.     

区域型分布式冷热电联供能源系统的规划设计

分布式冷热电联供能源系统(DES/CCHP)在经济效益、能效、碳减排三方面都是比较好的组合方案,因而必将成为我国工业和商住能源终端供应保障的主要模式,而中国必须从自身国情出发,在"楼宇型"和"区域型"两种DES类型中做出选择。中国目前正处于快速实现工业化和城市化的中期,未来将集中建设一大批新工业园区和新城区;居民主要集中居住于住宅小区内;城市规划多半是将工业和商住集成布置;与发达国家同时进入智能电网时代,且由于DES技术的长足进步,中国能够发挥"后发优势"。鉴于上述基本国情,中国应及时规划建设一大批"区域型"DES/CCHP项目。DES/CCHP可实现"高能高用,低能低用,温度对口,梯级利用"的科学用能,效率可达80%以上。中国特色的区域型DES/CCHP的基本模式包括:挖掘发电用天然气提高能效的潜力、向居民供应热水、热泵+电站废热供暖、区域供冷(DCS)与天然气DES相结合。以往"以热定电"的原则已不再适用,应改为"以电为龙头"。适合于中国区域型DES/CCHP的基本模式和经济输送距离,能够把工业和商住用能集成在一起,实现冷、热、电、汽联供的区域面积大致在10km2的量级,相应的DES机组规模可分为4类。推广发展区域型DES/CCHP,地方政府、各大电力集团及地方电力能源企业、国营电网公司、国有大型石油公司都有合作共赢的机会,同时也必须承担相应的责任。     

能源利用方式革命需要立法推动

在上千个新开发工业(城)区全面实行天然气热电联供(CHP)和冷热电联供(CCHP)是当前能源革命的主战场。到2020年和2035年,我国大中型天然气CHP及CCHP总装机分别可达200GW和450GW,发电量分别可达1万亿kWh/a和2万亿kWh/a,使总能效由37%提高到50%,2025年实现绝对碳减排。制订《区域能源规划法》,实现能源系统与新区产业发展、土地利用等同步规划与衔接;统一区域能效、能源强度、碳强度等指标计算方法;进一步明确执法与监督责任。深化能源体制和机制改革,取消DES/CCHP的财政补贴,强化政府的执法、规划、监管、财税金融支持、宏观调控及研发等职能。     

从燃煤热电联产到天然气冷热电联供——中国工业和建筑物从一次能源到终端利用模式的战略转型

燃煤热电联产(CHP)与天然气冷热电联供(DES/CCHP)是非常重要的能源系统技术。CHP着眼于一次能源转换效率的提高,但能采用CHP的工业有限,而建筑物用能中也只有冷季节的供暖,加之碳减排的压力,进一步压缩了燃煤CHP的发展空间。天然气的快速发展和科技进步催生了DES/CCHP技术,它以"高能高用、低能低用,温度对口、梯级利用"理论指导能源领域全过程的系统优化、能效提高,目标是高能效、经济性和碳减排。中国发展燃煤CHP和天然气CCHP都比世界迟了几十年,燃煤CHP仍将继续发挥作用,而加快发展天然气CCHP无疑更为重要。"十二五"期间新增GDP的相当大一部分是在新开发的工业园区和新城区,如果新区新增1200×108m3/a天然气用量,把发电和供冷、热、汽集成在一起,建设几百个百兆瓦级的区域型DES/CCHP,就能替代3×108t标煤/a,可比传统利用途径多替代约1×108t标煤/a。如何付诸实现,首先必须转变观念,要从能源全局和战略高度规划天然气CCHP;其次有关部门应尽快把提高能效、碳减排和碳排放份额指标分解落实到位;还要制定各种政策、法规给予支持。     

中国分布式供能产业发展的几个问题

中国自2004年开始发展分布式冷热电联供(DES/CCHP),但进展缓慢,根源恐怕是现行生产关系束缚了新的生产力发展。DES/CCHP发展的外部经济边界条件主要是天然气与电的比价,驱动力是在市场机制下以提高能效而获得经济效益。中国天然气终端售价3元/m~3,CCHP项目发电燃料成本已超过0.6元/(k W·h),而上网电价仅0.5元/(k W·h)多一点,天然气与上网电的价格比与市场机制倒挂。国内天然气消费价格脱离市场经济规律的根源在于行政定价制约了上游开采的积极性,多层垄断大幅推高了中游的输配费用,利益博弈和行政干预推高了终端消费价格。而国内上网电价违背经济规律的症结在于,完全垄断电力输配的电网公司其眼前利益左右了电力价格的形成机制。另外,现行管理体制的核心是DES/CCHP项目由政策主导,驱动力是"示范项目"的财政补贴。行政管理机制不仅制约了DES/CCHP产业的发展,也束缚了我国DES/CCHP技术自主创新和系统优化的空间。DES/CCHP未来将成为以可再生能源为主的智慧能源网络的基本供能单元,将成为向低碳能源转型的主战场。未来15~20年间,应在新开发的工业园区和城区普遍推广天然气DES/CCHP,以天然气CCHP替代既有城市终端燃煤,促进互联网+智慧能源建设。     

从战略高度看待分布式能源——解决中国未来20年低碳发展面临的重大战略问题

以冷热电联供为特色的分布式能源系统(DES/CCHP)是实现低碳发展的重要途径之一,是中国继续和完成工业化、城市化的能源供应保障,也是促进天然气产业链上、中、下游均衡、快速、健康发展,推动中国加速一次能源结构转型的动力。提高占总能耗50%的工业能效的关键,是以工业园区DES/CCHP替代分散的小锅炉。通过DES/CCHP项目可提高占总能耗30%的商住能效,根据估算,每年可有0.3×1012kW·h原用于生活热水的电耗被节省下来。另外,通过减少长距离输电设施的投资建设费用和输变电损耗,可以节省输电投资4160亿元,还可节省煤矿建设投资1500亿元。到2020年,中国每年天然气消耗量将在4000×108m3左右,如果其中2700×108m3都用于与电网调峰相结合的工业、商住DES/CCHP,粗略估算,可替代动力煤9.7×108t,仅此一项就可使全国总能效提高6.8个百分点。再加上其他措施,使总能效提高到接近目前世界平均水平(50%)是很有可能的,同时有可能使2020年中国的煤炭消耗总量降回到30×108t/a的水平。相应还可以减排二氧化碳19×108t/a,加上优化产业结构、提高建筑物和交通能效等方面的贡献,到2020年中国的二氧化碳排放量有可能回落到74×108t/a左右。天然气DES/CCHP路线在社会总投资方面也是低于"以煤为主"路线的,如果以解决中国的能效和碳减排问题为战略目标来看待和发展分布式能源系统,必须着眼于大型项目。发展DES/CCHP的制约因素不是技术和资金,而是各级政府的能源战略观念。     

分布式供能系统协同电网调峰是历史的必然

基于工程项目的经济分析提出的天然气分布式冷热电联供能源系统DES/CCHP昼开夜停协同电网调峰、实现互利双赢的集成创新,展望了可再生能源为主的互联网＋智慧能源时代能源系统的新架构和电力供需时变性的新挑战,论证了作为能源互联网基础单元的16 h/d运行的DES/CCHP和带储电的光伏为主的DES将成分别成为电网昼夜调峰和随机调峰的主力,并指出电力交易的市场化改革、与DES同步的微电网建设和配电网改造,以及建立在互联网、大数据、云计算和人工智能的基础上SG和IEN系统的建设是实现电力供需平衡的决定因素。     

燃气冷热电联供在公共建筑中的应用

燃气冷热电联供(CCHP)是分布式能源系统的优良形式,在大型公共建筑中有着较强的技术经济优势,本文主要介绍了适合公共建筑的燃气冷热电联供的优化配置方式,并就具体工程做了经济性分析。     

Turbec T100微型燃气轮机分布式供能应用探讨

在石化能源资源日益紧张,环境保护压力日益增大的情况下,高效合理利用能源,是我国能源发展的重中之重。分布式能源系统具有高效节能的特点,它的发展和应用得到国内外普遍的重视。冷热电联供系统(CCHP)是分布式能源系统的一种,其     

浅谈分布式区域冷热电联供系统

建筑节能已成为我国节能技术领域的重要议题。冷热电三联供技术是充分利用低品位热能的一种有效手段，该系统能源综合利用率高，一般均可达到70％以上。本文阐述了分布式区域冷热电联供系统的原理和特点，提出一种基于热气机的天然气能源岛系统。并指出充分推动分布式区域冷热电联供技术的应用，对于能源节约、环境保护、能源安全以及资本有效运作具有十分重要的意义。     

我国“十二五”能源消费预测及影响因素分析

首先利用GM(1,1)预测方法和2000～2010年我国一次能源消费量数据对我国"十二五"一次能源消费量进行预测。预测结果表明:"十二五"期间我国能源消费量将保持持续上涨的趋势,到2015年将达到440489.1×104t标煤,明显高于"十二五"能源消费规划目标,这将不利于我国"节能减排工作"的顺利实现。经验表明,实际能源消费量常常与规划目标存在一定差距,应引起高度关注。为此,既要做好能源消费实际值将超过目标值的各项准备,同时也要加大工作力度,努力促进能源规划目标的实现。对经济发展、人口增长、产业结构、社会投资、能源利用效率、能源工业投资等我国能源消费影响因素进行灰色关联分析,结果表明,经济发展、人口增长是导致能源消费量迅猛上涨的首要因素,同时能源利用效率低下、能源建设投资力度有待提高以及产业结构不合理等因素也是造成能源消费持续增长的重要因素。在不影响经济增长以及我国作为人口大国的基本国情在短期内无法改变的条件下,需要着手推进技术节能,提高能源科技水平;加大能源建设投资力度,促进能源行业健康发展;推进结构节能,促进产业结构优化。     

面向用户冷、热、电负荷需求的多能源系统耦合运行优化策略

建立了由风能和太阳能作为驱动能源的冷热电联产多能互补系统(DCERs CCHP),包含发电、冷热电联产(CCHP)和辅助供热三个子系统,将该系统与以天然气作为驱动能源的冷热电联产系统(NG CCHP)相对比,建立了能源绩效、环境绩效和经济绩效三个维度评估体系,并以能效最高、成本最小和环境效益最大为目标,构建调度策略优化模型,进行实例仿真。结果表明,与传统的NG CCHP相比,DCERs CCHP具有更好的能源绩效、经济绩效和环境绩效;与其他单目标优化模式相比,综合优化模式下的系统运行效果最佳;NG占比增加将降低项目盈利能力,风电、光伏设备成本降低将提升项目的盈利能力。     

A high proportion of new energy access–combined cooling,heating, and power system planning method

Distributed generation (DG) technologies are environmentally friendly and have low operating costs, and thus, distributed generators are widely used for the energy supplies of buildings. Solar energy used for on‐demand heating of buildings is also a mature technology that is environmentally friendly and inexpensive and has a short recycling life cycle. This paper proposes a high proportion of new energy access–combined cooling, heating, and power (HPNE‐CCHP) system composed of a distributed generator and solar energy heat pump system. To obtain the optimum capacity of the HPNE‐CCHP system, nondominated sorting genetic algorithm‐II (NSGA‐II) was used to optimize the system by considering the life cycle cost (LCC) and life cycle pollutant emissions (LCPE) as the objective functions. A mixed integer economic scheduling model (MIESM) was proposed to make the HPNE‐CCHP system operate more economically. Finally, an HPNE‐CCHP system was constructed for a building in Northern China. The simulation results show that an HPNE‐CCHP system with a moderate proportion of new energy is more economical and environmentally friendly than a traditional CCHP system. Building occupants, depending on their desired spending, can select the best capacity configuration on the Pareto frontier. Although pollutant emissions will be reduced as the proportion of new energy increases, this type of configuration is expensive.     

Discussion on Performance Evaluation Method of Distributed Combined Cooling,Heating, and Power System

This paper briefly analyzed some problems and limitations of existing evaluation indicators for distributed energy system performance. Based on the diversity and difference of the energy form and grade of cooling, heating and power in the distributed combined cooling, heating, and power(CCHP) system, this paper proposed three-index evaluation system composed of key indicators including relative energy saving rate, exergy efficiency and thermoelectric ratio. In order to further prove the reasonableness and scientificity of the evaluation index system applied in performance evaluation of distributed CCHP system, it enumerated, calculated, and evaluated the energy conservation of three engineering cases. The evaluation results showed that the high energy-saving rate of the system did not mean good energy-saving, but also the efficiency of the system should be examined. Only when the energy saving rate and exergy efficiency were both high, can the energy saving performance of the system be demonstrated. When the energy-saving rate was high and the efficiency was not high, it is shown that the energy-saving of the system had great room for improvement.     

我国节能减排形势和面临的严峻挑战

我国近几年节能减排取得巨大成就,与2005年比较,2009年全国单位GDP能耗降低15.56%;"十一五"前4年节能率为4.14%,节能量达到56511×104t标煤;环境污染物增长率和单位GDP污染物产生量明显下降。但节能减排形势依然严峻,目前完成"十一五"能源强度降低20%左右的目标任务十分艰巨。同时,能源资源相对短缺、节能压力巨大、能源开发利用效率不高、环境污染严重、节能管理体制改革明显滞后等问题依然存在。其原因主要是经济增长过快、产业结构调整十分艰难、节能降耗步履维艰、能源结构调整进展较慢、能源消费量增长迅速等。为了保持资源和环境的可持续发展,必须控制能源需求总量的增长,优化能源结构,2020年能源消费总量不应超过42×108t标煤,特别要抑制煤炭生产量和消费量的快速增长。同时今后10年经济增长速度最好保持在7%～8%之间。改变经济增长模式的重点在于转变发展方式,要由生产型大国向消费型大国转型、由投资主导型转向消费主导型,到2020年第三产业的比重应达到50%左右。要加大节能力度,提高能源利用效率,"十二五"和"十三五"期间,单位GDP能耗应分别下降20%。另外,应积极发展各种非化石能源,深化能源体制改革,进一步加强国际合作。     

燃气分布式能源发展前景及经济性分析

简要叙述了我国分布式能源的发展形势,分析了燃气分布式能源系统存在的问题。通过典型案例的技术指标和敏感性分析表明,燃气冷热电联产系统具有一定的经济效益和社会效益。本文还对建设燃气分布式能源项目提出了指导建议。     

Analysis of combined cooling,heating, and power systems based on source primary energy consumption

Combined cooling, heating, and power (CCHP) is a cogeneration technology that integrates an absorption chiller to produce cooling, which is sometimes referred to as trigeneration. For building applications, CCHP systems have the advantage to maintain high overall energy efficiency throughout the year. Design and operation of CCHP systems must consider the type and quality of the energy being consumed. Type and magnitude of the on-site energy consumed by a building having separated heating and cooling systems is different than a building having CCHP. Therefore, building energy consumption must be compared using the same reference which is usually the primary energy measured at the source. Site-to-source energy conversion factors can be used to estimate the equivalent source energy from site energy consumption. However, building energy consumption depends on multiple parameters. In this study, mathematical relations are derived to define conditions a CCHP system should operate in order to guarantee primary energy savings.