冷热电三联供方案可行性及技术经济分析

天津大学硕士学位论文冷热电三联供方案可行性及技术经济分析姓名高茜申请学位级别硕士专业动力工程指导教师杨昭；梁家琪201111中文摘要深入研究了力神公司六期项目几个工程实施的关键环节。从电力接入方面，瑄，琽，；甤，瑆，篶第一章产能力。第一章绪论燃气冷热电三联供的发展及应用几种供能方式比较加了管理工作量及管理难度；部的安全管理及政府的宏观管控都增加了难度；孀殴叶晕廴疚锱欧乓G蟮奶岣撸凸腘排放存在超标风险。因此，国家在鼓励热电联产规定中已原则禁止企业自建小锅炉房。根据供热需求分区域集中建设燃气锅炉房可满足供热需要，比较各企业的白分布式能源系统，是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃冷热电联产系统原理图第一章绪论本章小结第二章现状负荷分析及负荷预测负荷分析方法第二章现状负荷分析及负荷预测畏纬照蓿到的天津日干球温度分布及天津市全年温度分布情况如下图所示。研究课题负荷设计指标净负舒热颈鹭唬簍考虑到工艺用冷用热的常年稳定性，进一步分析冬夏季冷热设计负荷如下表所示。第二章现状负荷分析及负荷预测表力神六期冬夏冷热负荷表甄区籪蕾痶三蝠曩电负荷变化规律预测六期冷负荷分为工艺冷负荷和舒适性空调负荷，舒适性空调负荷根据当地的第二章现状负荷分析及负荷预测第二章现状负荷分析及负荷预测年能耗需求后抟篿裂糍第三章天津力神电池股份有限公司锂离子动力电池建设工程位于天津华苑新技术离天津新港码头，交通便捷。电力接入条件电源。负荷，除了尽可能利用绿化、道路等设施进行土壤换热器布置外，还应该增加对建筑物基础下空间的利用，可在与结构工程师进行必要协调后将土壤换热器钻孔布置到建筑物基础下，或者结合建筑各类桩基进行埋管。但需要注意的是不能为了布置尽量多的土壤换热器而减小合理的土壤换热器间距，否则会对地下土壤温度的自恢复和全年土壤的热平衡造成影响。燃气接入条件其成分及低位发热量参考下表、。翊坷警溲、孛瞪本课题所采用的各种能源价格如下表所示。表能源价格根据天津气象资料，力神六期所处地区水文气象条件如下表所示。一；繤惫，。第四章分布式能源系统技术方案第四章分布式能源系统技术方案方案设计总体思路分布能源技术方案将与力神六期工艺特点及资源条件相结合，建设以燃气冷从系统安全运行角度考虑，电气设计中应考虑不能并网情况下系统的运行方案；本研究课题实施峰谷平电价政策，因此自发电系统夜间低谷电价时段不运行，夜间供电由市电提供；为保证系统供电的安全性，对于本课题建议仍采用原有电气主接线设计，即在原有电气系统设计基础考虑上引入三联供自发电系统，因此按照原设计变压器容量报装，无需专门为自发电系统预留备用容量。应考虑发电机组及余热利用机组停机时的生活及工艺冷热负荷供应情况；工艺低温供冷全天负荷较为稳定，夜间也有较大冷负荷，如采用冰蓄冷系统将增加电制冷设备容量，因此本研究课题暂不考虑采用蓄冰技术；在运行时优先考虑采用燃气冷热电三联供系统发电余热满足稳定的基础热负荷需求，调峰供热系统的运行时间较短，接入市政热力需一次性投入换热站及热力接口费等费用，因此本课题供热调峰系统优先考虑运行更为灵活的燃气直燃方式，不考虑接入市政热力。可再生资源利用力神六期本身是一个新能源技术研究课题，分布式能源站作为其组成部分之一，除了采用燃气冷热电三联供技术以外，还应因地制宜的结合研究课题的周边资源采用可再生能源技术。本课题具有利用地源热泵的有利条件，并且尚处于建设初期，在此阶段引入地源热泵技术有利于实现地埋管面积的施。燃气系统采用分布式能源系统后用气设备较多、用气量较大，应根据不同第四章分布式能源系统技术方案用设备嗳裙蛘哂嗳戎比蓟向用户供热、供冷。典型冷热电三联产系统一般包括动力系统和发电机、余热回收装置、制冷或供热系统等组成部分，主要用到的发电设备有小型和微型燃气轮机、燃气内燃机、燃料电池等；空调设备有余热锅炉、余热吸收式制冷机以及以蒸汽为动力的压缩式制冷机等。针对不同的用户需求，冷热电联产系统可以有多种多样的组织方式，方案的可选择范围较大。图三联供系统主要设备第四章分布式能源系统技术方案图简单燃气轮机原理结构示意图在燃气轮发电机三联供系统中，天然气燃烧产生的高温烟气在燃气轮机中做功，将一部分热能转换为高品位的电能。燃气轮机排放尾气中的热能可以通过余热回收设备加以利用，冬季用于采暖以及提供生活热水，夏季可与溴化锂吸收制冷机连接用于制冷。倜芷诮铣话愦笮拗芷谠万小时左右。图燃气内燃发电机工作原理在燃气内燃发电机三联供系统中，天然气燃烧产生的高温烟气首先在内燃机中做功发电，同时燃气内燃机中的润滑油、中冷器、缸套水和排放尾气中的热量被充分回收利用，用于冬季采暖以及提供生活热水，在夏季可以作为吸收式制冷的热源。燃气内燃发电机组主要特点如下妫谌蓟姆绯隽陆。厂或调峰电厂以及楼宇式冷热电三联供系统中都普遍安装燃气内燃发图滇化锂吸收式机组工作原理第四章分布式能源系统技术方案余热热媒炉与三联供相结合的其它供能设备技术方案分析蜘窖盼蚴蠊冷比供热挖满撬待瞄臻，睁精舒帑闷例蜘数毒“班冷比供劓满堑衙挎时漤热甜设副；绚瞻氍倒例数数数攀铺鳎第四章分布式能源系统技术方案方案一采用燃气轮机与余热利用设备构成燃气冷热电三联供系统。本方案中所采用的燃气轮发电设备特点为发电效率较低、余热量较大，根据热电负荷的匹配，选用了三台发电机组。有两台燃气轮发电机组与烟气型余热直燃机直接对接，用于全年舒适性空调以及常规的工艺供冷；另一台燃气轮发电机组与余热热媒炉直接对接，利用烟气余热将导热油加热至左右作为工艺烘干热源。为满足峰值工艺烘干负荷需求，另配置一台标准热媒炉与余热热媒炉并联使用，运行时优先利用余热热媒炉。骸省憾唬茹广蘨缸二第四章分布式能源系统技术方案賚蔷、由于本课题实施峰谷平分时电价政策，夜间低谷电价较低，因此原则上发电图设计日供冷方式比例图桨敢设计日采暖供热工况分布图桨敢图设计日采暖供热方式比例图桨敢第四章分布式能源系统技术方案筰一臻图设计日工艺供热方式比例图桨敢邸骸埃海甃第四章分布式能源系统技术方案图三联供系统全年供冷分布曲线桨敢图三联供系统全年供采暖用热分布曲线桨敢第四章分布式能源系统技术方案上面各图中蓝色曲线表示建筑全年实际负荷变化趋势，红色曲线表示三联供系统提供的冷、热及电量，两者相差的部分为调峰机组提供的冷、热量及电量。从图中可以看出，三联供系统基本在峰平段时间运行，谷段停机，因此系统所发电量占峰平时段需电量的既晷璧缌縜；余热供冷量占总常温冷需求的河嗳裙膳萌攘空甲懿膳枨蟮；余热供工艺用热量占全第四章分布式能源系统技术方案第四章分布式能源系统技术方案搿毡甄。职】、低遗净囊磁疆；筠氧暑丑；護笼池砭。锄专、；鯿；一畂一；。；第四章分布式能源系统技术方案冷丑氍稻珂。警低温冷水机组常年运行，满足工艺低温用冷需求。设计日运行工况，在工艺热负荷设计日工况下，三联供系统的单台发电机出力大多处于额定工、；骸唬甃第四章分布式能源系统技术方案海篖，”箃。图三联供系统全年供冷分布曲线桨付籌唬篒葛皇盆图三联供系统全年供工艺用热分布曲线桨付图三联供系统全年供电分布曲线桨付第四章分布式能源系统技术方案方案三采用燃气内燃发电机组与余热利用设备构成燃气冷热电三联供系统，该发电设备特点为发电效率较高、余热量较少，由于余热量分为高温烟气及冷却水两部分，余热利用工艺略为复杂。根据热电负荷的匹配，本方案选用四台燃气内燃发电机组均与烟气热水型余热直燃机直接对接，全年用于舒适性空调以及常规的工艺供冷供应。一隧数舅妻嗡釜第四章分布式能源系统技术方案。鱨善溅溢冷求机蓬遅强骸；设计日运行工况蝴第四章分布式能源系统技术方案第四章分布式能源系统技术方案图杓迫展绻兄分布图桨溉系统年供能分布第四章分布式能源系统技术方案一既第四章分布式能源系统技术方案图三联供系统全年供电分布曲线桨溉各方案技术指标比较各技术指标比较如下表所示。第四章分布式能源系统技术方案方案一方黧二方鬃三警中采热供热譬耍剑贡第四章分布式能源系统技术方案第五章工程实施关键环节第五章根据天津力神电池股份有限公司年产万辆新能源电动汽车用锂离子动压器容量褪轿S徒喾缋涫剑杩刮。主要设备参数电气主接线方案第五章上程实旋关键环节主要设备参数一；姆、，机海鬒。”篎第五章工程实施关键环节出口断路器选择专用的断路器屏。燃气内燃发电机出口断路器额定电压，额流。事一号璁沛【海呕【爱巨緖挎耗襸号蕾郝纯飌【荷净变电室低压侧母线，供全厂负荷用电。在第五章工程实施关键环节送电的保护措施，随时监测从市电的取电量。如短时间内不能实现并网运行，可采取全部发电机组并机运行、独立承担一段母线负荷的运行方式。在做进一步的电气设计时应充分考虑各种可能的运行方案。器低压侧取电，引出。能源站内低压用电，经降压变压器取得。低压供电方式根据负荷性质词羌讣陡汉采用相应的供电方式。高压用电由进线供电。低压用电由经过变压器变至供燃气发电机组机启动电源由市电给启动单元供电。低压用电均由经变压器变至供电。根据对力神六期三联供研究课题的方案计算，各方案所需要的最大燃气量约为痟，其中发电机消耗燃气为痟，热煤炉消耗燃气在痟左第五章工程实施关键环节力神六期的周边具有较好的燃气接入条件，在厂区旁有的接口。上述气源均可作为力神六期的天然气接入气源。方案一及方案二可考虑从水系统第五章工程实施关键环节热工控制系统设计范围第五章工程实施关键环节空调至集分水器燃气至调压计量间第五章工程实施关键环节结构的过程控制系统，设立三个层次，分别是中央管理级，分散控制级，过程执行级。在本研究课题中控制系统的目标为优化效果在可能与合理的范围内，动态选择最优的工艺路线，调度设备的第五章工程实施关键环节三联供系统运行时应及时根据负荷变化调整各设备的出力和运行状态，保证各设备均在高效区域运行，而不应该只是简单的采取“以热定电”或“以电定热”的运行模式。上述控制系统只是保障系统的安全稳定运行和运行人员对系统的调节和管理顺利实施，并不具备为实现系统经济性最优等目标所必需的系统调节功能，因此要使得三联供系统的优越性充分发挥，效益最大化，需要在常规控制系统基础上增加对全系统运行优化的控制，根据设定的运行优化目标为运行人员提出运行操作建议或直接发出控制命令控制系统运行。总能源消耗费用最少建立完善的控制系统将是多联供系统发挥其最大优势的根本保障。结合相关规范和本研究课题的特点，燃气冷、热、电三联供能源中心应从以第五章工程实施关键环节制、监测、熄火保护、空气和燃气流量的调节、防止压力过高和过低的保护等功能。排气口水平距离以内，不允许堆放易燃品。第六章选用节能设备和技术能措施包括以下方面炉。降低运行能耗约能源具有重要意义，同时还可以降低变压器的运营成本。提高建筑的保温隔热性能，减少采暖、制冷、照明的能耗。第七章国内现行的相关氮氧化物排放标准如下表所示。本研究课题所选的燃气轮机准要求。表现行部分氮氧化物排放标准标准丈气污絷物综音排驶标准一鸬鐁天气污染物誊霎矗迓标；旖蚴泄瑃污絷物排放标准”水污染物排放噪声及排放控制燃气发电机组均为室内布置，通过有效的消声隔声措施后，在进、排气管道第八章投资运营模式及风险分析力神六期施工完成后，可由投资主体委托专业的能源服务公司负责能