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区域能源与分布式能源 全国区域能源专业委员会理事长许文发 教授1 区域能源v1.1、什么是区域能源?v区域供暖、区域供冷、区域供电以及解决区域能源需求的能 源系统和它们的综合集成统称为区域能源。这种区域可是: 行政划分的城市和城区;也可是一个居住小区或一个建筑群 ;还可是特指的开发区、园区、等等。能源系统可以是锅炉 房供热系统;冷水机组系统;热电厂系统;冷热电联供系统 ;热泵供能系统;等等。所用的能源还可以是:燃煤系统; 燃油系统;燃气系统;可再生能源系统(太阳能热水系统, 地下水源热泵系统,地表水源热泵系统,污水源热泵,土壤 源热泵系统。光伏发电系统,风力发电系统;等等。)生物 质能系统等等。总之,人类社会发展至今所有一切用于生产和生活的能源, 在一个特指的区域内得到科学的、合理的、综合的、集成的 应用,完成能源生产、供应、输配、使用和排放全过程,称 之为区域能源。1 区域能源v1.1.1 区域:一个特指的范围;可以是一个城市、一个城区、一个街区、一个建筑群、一栋建筑;还可以是开发区、生 态区、低碳区。1 区域能源v1.1.2 能源:可以是一次能源,自然形成的不可再生的化学矿物能源,如煤碳、石油、常规天然气(石油天然气)、非 常规天然气(页岩气、煤层气);二次能源,由一次能源转 换出了电能、热水、蒸汽、各种热媒等;可再生能源、太阳 能、风能、水力位能、地热能等;以及各种余热废热;还包 括各种高品位能源和各种低品位能源。1 区域能源v1.1.3 供能系统:可以是燃煤锅炉房供热系统、燃气锅炉房供热系统、燃煤发电厂系统、燃气发电厂系统、各种热电厂 系统、冷热电联供系统、各种热泵供能系统等。1 区域能源v1.1.4 区域能源用户:可以是建筑用能,包括建筑用电、暖通、空调、热水、蒸气;还可以是产业用能,包括在区域中 各种产业需要的能源、冷、热、电等;还可以是交通用能, 包括在区域中为交通工具提供的各种能源,例如为电动车辆 充电系统等等。1 区域能源1.2国际上对区域能源的认识 国际区域能源协会是1908年成立的,它致力于促进它的会员在 提供可靠的、经济的、高效率的、对环境有利的、正确的区域 能源方案方面,成为行业领先者。通过区域供冷、供热与热电 联产的先进技术,促进能源效率和环境质量的提高。 20世纪中期发达国家就已经认识到了区域能源所带来的经济效 益,欧洲很多国家就大力发展区域供热,到70年代开始发展区 域供冷,同时推进热电联产。 20世纪末,世界各国都已经认识到能源消耗带来的环境问题, 同时也在认识到了能源供应和使用的科学合理会带来更好的环 境效益。一些发达国家已经开始综合的集成的使用能源。以这 样的观点来认识和发展区域能源,就使得区域能源在21世纪初 进一步得到发展的机遇。美国的学者认为:美国是否能实现减 少二氧化碳排放的目标,取决于增加应用区域能源的幅度和可 行性。欧洲的经验证明,建立区域能源系统是减少二氧化碳排 放不可或缺的方法、并且经济实惠节省开销1 区域能源v1.2.1 人类社区发展、生产生活的主观需求:人类自产生那一刻就是群居,随着人类社会的进化,为满足这种群居的需 求,出现了各种形式区域,发展至今天就出现了,功能越来 越完善的种种区域,这些区域要满足人类生产、生活的需要 就必须有能源的供应。1 区域能源v1.2.2 中国的城市化进程需求发展区域能源,当今在中国,老城区的改造,新城区的建设,新的城镇在建设发展,这些 建设中都离不开能源的建设。1 区域能源v1.2.3 区域能源以它对各种能源的综合、集成、科学、合理的应用受到青睐。区域能源可以使各种高低品位能源在它的 区域内科学、合理、综合、集成、梯级应用,以达到节能、 减排的效益。1 区域能源v1.2.4 区域能源以它对区域内各种能源用户需求,综合、集成分析,将各种负荷、错时、错峰及不同入住率同时考虑以 降低能源系统的装机容量,增加系统的运行时间和能源综合 利用率,达到节能减排效果。1 区域能源v1.2.5 区域能源的综合节能减排效益,现已被世界各国公认,纷纷采取不同的方式应用,而且推广越来越广泛。区 域供热、区域供冷、区域供电、区域综合供冷、供热、供 电等等。1 区域能源v1.3我国区域能源的发展v在建国初期,我国北方地区就开始开发、建设、发展区域能 源系统,只不过是以区域供热为主,经过六十多年的发展, 在全国六百多个城市中,已有四百多个热力公司在从事着区 域供热单一的供热的区域能源系统。而大多又是以燃煤系统为主。v在近三十年来,由于空调事业的发展,由分散供冷向集中供 冷,现又向区域供冷发展,已形成一个趋势,特别是在我国 长江以南地区已经出现几十万平方米甚至上百万平方米的区 域供冷项目。这是区域能源供需市场发展的必然结果。1 区域能源v近十年来,由于节能减排形势的紧迫。由原来的冷热分供, 发展为冷热联供。特别是在黄河以南,长江流域,区域能源 系统发展为冷热联供:夏季供冷空调,冬季供热采暖。使得区域能源向综合方向发展。v近年来,由于热泵技术的应用,冷热电三联供的应用,使得能源的使用更加科学合理,逐步实现品位对应、温度对口、 梯级利用。使得更多低品位、低温的能源得到充分利用。区 域能源向着集成方向发展。1 区域能源v1.4.区域能源对节能减排的重要意义v1.4.1合理用能、科学用能、综合用能、集成用能v人们在利用大自然提供的能源进行生产生活,这能源包括一 次性的化石能源;煤炭、石油、天然气等等;也包括可再生 能源:太阳能、水利位能、风能、地热能等等。v不论利用那一种能源,都存在着怎么才能利用得更好,就是 利用率最高,产生的危害最少。存在着合理利用、科学利用 的方式方法问题;要实现合理、科学利用能源,就要综合考 虑,采用集成的手段。v什么是合理用能、科学用能、综合用能、集成用能呢?1 区域能源v1.4.2品位对应v能源是分品位的,不论是一次能源,还是二次能源(经一次 能源转换产生的;电、蒸汽、热水,冷水等等)。能源依据 他在自然界里的存量,它所产生能量的多少,它所产生能量 的级别(温度),它所能转换成其它能源形式的多少,他能 被梯级利用得次数多少,它对自然环境所造成的影响,利用 它所需成本等等。来分为高低品位的。例如:天然气比煤炭 的品要高;因为天然气的利用成本较低,可梯级利用次数多 ,产生的污染少等等。再如:电能比50热水品位要高;因 为电能可转成许多其它形式的能源:光能、化学能、机械能 、热能等等;而50热水只能用来采暖空调或做生活热水。v合理用能、科学用能、综合用能、集成用能就是高品位能源 用在高品位处。低品位能源用在低品位处,不能高能低用。1 区域能源v1.4.3温度对口v人们在生产生活中对用能的温度的需求是不同的,例如:对 环境舒适温度需求,夏季是24-26;冬季是18-20;对生 活热水的需求是50左右;对烹饪温度是100-几百度;对 发电需求是几百度到上千度;对各种生产工艺要求的温度也 是由几十度到几百度再到上千度不等的。v合理用能、科学用能、综合用能,集成用能就是根据实际生 产生活需求来供应温度对口的能源。做到高温能源用到高温 处,低温能源用到低温处,不能高能低用。1 区域能源v1.4.4梯级利用v自然界中有存在很多高品位的能源,他们可以产生温度很高 的二次能源,但在人们利用的初始阶段,都被忽视了。例如 20世纪40-50年代,在燃煤发电的能源系统中,燃煤的发电 效率只有30-35%左右,剩余的能量完全排放掉了,煤炭在发电过程中只被利用了一次。后来人们发明了热电联产,将 发完电的余热用来解决区域供热,燃煤的利用率提高到了70 -80%左右,实现了燃煤的两次利用。一次用高温段发电,再一次用余热段供热,实现梯级利用。1 区域能源v现代技术的发展,特别是热泵的技术的应用,可以使高品位 的能源梯级利用四次或更多。例如:燃气蒸汽联合循环发电 ,冷热电联供热泵区域能源系统。它先用天然气在燃气轮机里燃烧高温烟气推动涡轮机发电,后再将发完电的 乏气温度500-600左右送入余热锅炉产生水蒸气,再送入蒸汽轮机发电,之后发完电的水蒸气换热制冷、供热, 最后再用热泵将冷凝水热量提升用来采暖或生产生活热水。 这是一个非常典型梯级利用技术,现在已经有很多项目利用 这一技术,实现能源的梯级利用。v1.4.5综合利用v由于节能减排形势的紧迫,目前很多项目中出现了各种形式 能源的综合利用,取长补短,共同达到保护环境节约资源的 目的。例如用一次能源为主,可再生能源为辅的区域能源系 统;或是可再生能源为主,一次能源为辅的区域能源系统; 冷热电三联供系统与热泵系统综合的区域能源系统等。v所有的这些综合利用能源系统的初衷和目标就是以最小的能 源消耗,最少的排放达到最佳的能源利用效果。例如:天然 气锅炉一次燃烧采暖排放NOx为几百到上千PPm,天然气冷 热电三联供梯级利用排放NOx为几个到几十个PPm。v1.4.6集成利用v若达到最佳的节能减排效果,仅单独用一种设备,用一个系 统,用一种技术是不能完全实现的。节能减排来到二十一世 纪,要求进行对各种设备系统、技术进行综合,集成,互相 补充完善达到最优的效果。例如:冷热电三联供系统与热泵 系统集成,达到经济,节能,减排的理想效果。1 区域能源2 分布式能源v2.1什么是分布式能源v2.1.1世界分布式能源联盟的定义v分布式能源是分布在用户端的独立各种产品和技术, 包括:v1、高效的热电联产系统,功率在3kW400MW的燃气轮机、蒸汽轮机、内燃机、燃料电池、微型燃气轮机等;v2、分布式可再生能源,包括光伏发电系统,小水电、生物能发电以及风力发电。2 分布式能源v2.1.2我国发改委的定义v分布式能源是利用小型设备向用户提供能源供应的新的 能源利用方式。与传统的集中式能源相比,分布式能源接近 负荷,不需要建设大电网进行远距离高压或超高压输送,可 大大减少线损,节省输配电建设投资和运行费用;由于兼备 发电、供热等多种能源服务功能,分布式能源可以有效的实 现能源的梯级利用,达到更高的能源综合利用率v2.1.3我国行业标准cjj145-2010定义 布置在用户附近,以燃气为一次能源用于发电,并利用发电 余热制冷,供热,同时向用户输送电能,热(冷)的能源供应 系统。(发电容量小于或等于15MW)v2.1.4上海市标准DG/TJ08-115-2008定义 在用户内部或靠近用户,联合供应电,热(冷)能的系统, 系统输入的能源可以是燃气,轻柴油,生物质能,氢能或太 阳能,风能等。(单机容量6.0MW及以下)2 分布式能源v2.2 为什么要发展分布式能源v调整能源结构,转换能源利用方式;增加清洁能源 用量;限煤改气,提高能效,降低排放。 发展分布式能源,建设区域能源,改革能源供应和 利用方式,向国际先进水平学习,应该是我国能源 发展与建设的基本方针。v2.2.1分布式能源可以提高能源综合利用率24能能 源源 形形 势势 v中国能源环境形势:能耗高、环境压力大v世界能源平均利用效率:50.32%,我国36.81%;v世界平均每百万美元GDP耗能:2.49吨油当量,我国 7.18吨油量;v为应对全球气候变化我国政府承诺:v到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40-45,其中节能提高能效贡献率要达到85以上。v关键问题:提高能效、减少排放(节能减排)2 分布式能源v燃煤发电厂发电的利用效率一般在3
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