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【绿建讲堂】建筑节能——提高能源的使用效率(11月13日绿建之窗微信群第六期讲座)

时间:2014/11/15 12:11:24   作者:主讲人:黄德洪   来源:绿建之窗   阅读:1449   评论:0
内容摘要:主讲人:黄德洪简介:清华大学车船动力研究中心主任黄德洪【讲座导读】:本期【绿建大讲堂】由从事新能源技术方面工作十余年的清华大学车船动力研究中心主任黄德洪担任主讲人,为大家介绍“分布式能源”如何提高能源的使用效率。【绿建大讲堂】-微信频道系列讲座是绿建之窗(www.gbwindow...

主讲人:黄德洪

简  介:清华大学车船动力研究中心主任黄德洪

【讲座导读】:本期【绿建大讲堂】由从事新能源技术方面工作十余年的清华大学车船动力研究中心主任黄德洪担任主讲人,为大家介绍“分布式能源”如何提高能源的使用效率。

【绿建大讲堂】-微信频道系列讲座是绿建之窗(www.gbwindows.cn)独家主办的核心栏目,绿建之窗编辑部每周二、四晚20:00,,在绿建之窗微信群中在线进行主题讲座,微信频道系列讲座将会邀请涉及绿色建筑全生命周期链条中的众多专家进行不同领域的知识点解读。如需加入或者申请讲座,请联系绿建之窗微信群管理员:微信号wangchunshan777。 


【绿建讲堂】中英低碳产业化论坛简介和组织架构(11月4日绿建之窗微信群第三期讲座)

【绿建微信讲堂——讲稿】

美国学者杰里米·里夫金在《第三次工业革命》中提出,分布式可再生能源和互联网技术相结合的“能源互联网”将出现,并预言第三次工业革命即将到来,这里面讲到的分布式可再生能源,也包含了今天我们将要谈到的分布式能源系统。因为在座的大多从事建筑行业,所以着重讲一下,大型公共建筑的分布式功能


“分布式能源”(distributedenergysources)是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主,可再生能源为辅,利用一切可以利用的资源;二次能源以分布在用户端的热电冷(植)联产为主,其他中央能源供应系统为辅,实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用,并通过中央能源供应系统提供支持和补充;在环境保护上,将部分污染分散化、资源化,争取实现适度排放的目标;在能源的输送和利用上分片布置,减少长距离输送能源的损失,有效的提高了能源利用的安全性和灵活性。


针对大型公共建筑,为什么要提倡分布式功能?在这之前,我们可以先了解一下传统的能源结构。(注:大型公共建筑特指大学、酒店、医院等既有热负荷,又有电负荷的工程应用。)


传统能源供应系统是:1、供电,国家电网或者南方电网集中给大型公建供电。2、供热,项目业主自备燃煤、燃油、燃气锅炉,少部分依赖市政集中供热,但是非供暖季无法连续。3,制冷,项目业主自备制冷机

 

Q:分布式是指就地解决电、冷和热的问题,也称热电联产,不知理解是否正确?

A:是的,分布式能源用于建筑领域,也称谓热电冷三联供,在工业领域非常普及,叫做热电联产,任何一个地级市都有,比如:造纸厂、化工厂、或者工业开发区的热电厂。

 

Q:大型公共建筑是指多少面积以上的?

A:20000平米以上的称为大型公共建筑。

 

清华大学建筑系做的关于大型公建的数据调研显示:北京市大型公建总面积,占全市建筑面积不足5%,但是消费了全市建筑能耗的20%

【绿建讲堂】建筑节能——提高能源的使用效率(11月13日绿建之窗微信群第六期讲座)

图1火电厂冷却塔

1为火电厂的冷却塔,以一个传统的30万kw的火电机组为例,纯凝发电,他的能源效率不足36-38%,而根据能量守恒定律,意味着每输入1MJ的化石能源,只有0.36MJ的电能输出,剩余的就变为废热,从冷却塔放散的环境之中浪费了,这个就是传统的热、电分供的典型案例。


而针对大型公建的热电联供,就是把发电站建在建筑物内部,就地发电,就地消费,发电过程中伴生的废热,则被建筑物正常的热负荷消耗,没有能源的浪费,这里涉及到能量的基本概念:焓值(热的量)、熵值(热的做功能力)。举一个生活中的例子:1、一桶热水----焓值高,熵值低,一桶热水不能点燃一张纸。2、一根火柴----焓值低,熵值高,一根火柴可以点燃一张纸,但是不能烧热一桶水。


由于热、电分供导致了宏观层面的能源使用效率低的客观事实,针对这一类建筑,推广实施分布式功能,宏观上提高能源利用效率,微观上为项目业主降低能源支出费用,本身也存在着巨大的商业机会。


中科院院士徐建中曾给国务院写过发展分布式能源的建议报告,打了一个形象的比喻:如果把中国的电网比作一条高速公路,在世界上可能最为拥堵,因为中国几乎所有的用电都要从统一的电网高速公路上输送,使得这条高速公路不堪重负。他建议,在中国大力发展分布式能源,相当于给电网高速公路开辟有效分支,从而减轻大电网的压力。举个冰岛的案例,再冰岛绝大多数上规模的锅炉房都带发电机组,因为冰岛寒冷,常年有供暖需求。

 

Q:采用合同能源管理方式,业主不用投钱,每年还能省燃气,10年后还白得设备?

A:我们给地方政府的建议是20年,这对于投资人才有吸引力,我曾经与建筑系的江亿院士交流过分布式能源在大型公建行业的应用,他对此也是非常赞同的。

 

合同能源管理,在国内广泛地被称为EMC(Energy Management Contracting),是70年代在西方发达国家开始发展起来一种基于市场运作的全新的节能新机制。节能服务公司与用能单位以契约形式约定节能项目的节能目标,节能服务公司为实现节能目标向用能单位提供必要的服务,用能单位以节能效益支付节能服务公司的投入及其合理利润的节能服务机制。其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。这种节能投资方式允许客户用未来的节能收益为工厂和设备升级,以降低运行成本。合同能源管理项目的节能率一般在10%-40%,最高可达50%。合同能源管理不是推销产品或技术,而是推销一种减少能源成本的财务管理方法。


合同能源管理10年前在中国就有再做,特别是与日本合资的企业。鉴于国情,做的不够好,这个是事实,大家有没有注意到,参与合同能源管理的大都是一些小的民营企业,他们与大型国企不具备平等的话语权,加上中国的信用环境不好,所以容易被跳票。

但是,我可以告诉大家,中节能也做合同能源管理,就极少有恶意违约。首先,中节能是央企,他的目标客户也都是大型企业,话语权对等。第二,他极少与纯民营的小企业打交道,也在一定程度上,规避了恶意违约的风险。


再回到技术本身,分布式供能基于靠近用户端的优势,决定了总体能源效率高于集中式的优势,也就是说宏观上对于国家能源是有力的,而微观上,作为终端用户在热、电联供的基础上,总体的能源费用支出在不同区域略有差别,但基本可降低20-30%之间,珠三角因为空调季节时间长会更高一些。

 

Q:有人说三联供中的供冷不经济,对吗?

A:要看供冷的方式,如果是废热供冷,不会不经济,可以对比电制冷的参数。

 

Q:能源规划在国内属于哪个专业范畴?

A:一般的建筑设计院就可以,我认为工艺并不复杂,而是一种新的设计理念。

 

发展分布式能源,实现冷热电联产是合理利用天然气的最有效措施之一,国家已经将分布式冷热电联产系统列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》。该能源系统方案的工作原理是:利用燃气的高品质部分用于发电,满足区域重点电力负荷的基本需求;发电同时产生的高温烟气驱动热泵吸收机组制冷或供热;低温烟气部分夏季用于驱动溶液除湿空调系统,冬季则被深度回收烟气潜热用于供热。


与常规单一能源利用相比,热、电、冷多联供技术成熟,大幅减少了建设支付的资源配套费用,能源综合利用效率高达60%-90%。

【绿建讲堂】建筑节能——提高能源的使用效率(11月13日绿建之窗微信群第六期讲座)

图2能源梯级利用

 

广州大学城分布式能源站

一、能源站概要

广州大学城分布式能源站位于广州市番禺区南村镇,与广州大学城一江之隔,占地面积约为11万平方米,是广州大学城配套建设项目,为广州大学城18平方公里区域提供冷、热、电三联供,也是全国最大的分布式能源站。中国华电集团新能源发展有限公司和广州大学城能源发展有限公司按55%和45%的比例共同出资成立广州大学城华电新能源有限公司,负责广州大学城分布式能源站项目的投资、建设及经营管理。

 

二、装机规模  

    能源站总体规划为4×78MW,分二期建设,一期2×78MW于2008年7月28日正式开工建设,2009年10月20日通过72小时和“72+24”小时试运行,满足并网运行条件,正式投入商业运营。

 

三、主要设备

    能源站采用的燃气轮机发电机组为美国普惠公司的FT8-3 Swift Pac双联机组(60MW);余热锅炉为中国船舶重工集团公司第七○三研究所生产的两台中压和低压蒸汽带自除氧、尾部制热水、卧式自然循环、无补燃型、露天布置的余热锅炉;蒸汽轮机发电机组供货商为中国长江动力公司(集团),分别选用一套带调整抽汽的抽汽凝汽式蒸汽轮机发电机组和一套双压补汽式蒸汽轮机发电机组,配套18MW 和25MW 发电机各一台

 

四、生产流程

    燃气-蒸汽联合循环机组发电工作原理是由两台燃气轮机和一台发电机组成--两台燃气轮机通过联轴器直接连接一台双端驱动发电机(额定出力60MW),通过叶轮式压气机从外部吸收空气,压缩后送入燃烧室。同时气体燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合,在定压下进行燃烧,生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功,推动动力叶片高速旋转带动发电机,燃机效率可达39%,排出的479℃烟气进入余热锅炉循环利用。余热锅炉再生产出蒸汽供应给汽轮发电机进行发电。发电后的尾部烟气余热再生产高温热水,制造生活热水和空调冷冻水。

 

五、能源的梯级利用

    能源站为了充分利用一次能源,提高机组的热效率,在燃气-蒸汽联合循环的基础上,还采取了以下措施实现能源的梯级利用,进一步提高能源的利用效率。


    首先,利用余热锅炉尾部烟气制备热媒水,余热锅炉尾部热水加热器把热媒水从60℃加热到90℃,一部分热媒水送到大学城热水制备站的水水热交换器加热高质水,向大学城用户提供热水,另一部分作为能源站集控楼和办公楼中央空调溴化锂机组的热源。


    其次,在热媒水的热量不能满足大学城需求的情况下,从余热锅炉抽低压蒸汽,供大学城热水制备站汽水热交换器制备热水用。现已向广州大学城区域内的11所大学及大学城能源站周围用户约20万人提供全部生活热水、空调冷冻水和部分电力。


    系统输入一次能源后,经燃气轮机发电机组发电、蒸汽轮机发电机组发电、余热锅炉供低压蒸汽和利用余热锅炉尾部烟气制备热媒水几个环节,实现了一次能源的梯级利用,高品位的一次能源用于发电,低品位的高温烟气用于二次发电和供热制冷,系统的综合能源利用效率达到80%以上。另外燃气轮机,内燃机国产还不行,进口价格高也加大了投资针对大型公建的分布式能源核心机,不建议用燃气轮机,单位kw造价高,内燃机完全可行,国内已经有了很多案例。

 

Q:黄老师,国家对发布式能源系统有补助政策吗?

A:有很多,比如财政部、发改委、住建部等

 

Q:现在天然气涨价,投资回收期是不是不太理想?

A:天然气涨价肯定会影响分布式能源的收益,但是电价也会涨,二者会有一定程度的冲抵。

 

Q:国内民间能源浪费严重,而且比较普遍,应用于民建的前景好不好?

A:民建较为分散,热点符合,不连续,不建议实施。

 

Q:分布式能源安装地点有限制性要求吗?

A:需要原有机房100平米左右的富裕场地

 

Q:系统设备有哪个部门审批?

A:当地的质量技术监督局锅检所

 

Q:目前分布式能源系统可能存在哪些弊端导致开发商不愿意采用?

A:主要是经济因素,另外开发商也不太明白分布式的概念,设计院也不会主动推荐。

 

Q:黄老师,请问三联供设计是以电定冷还是其他设计原则?

A:以热定电,自发自用,并网不上网,是分布式能源系统设计的基本原则。

 

Q:以热定电的话,电力不足需要另加发动机么?

A:不需要,大型公建本身都有电网供电,分布式能源系统仅仅供应基础负荷。

 

Q:是建筑自己用天然气制电?产生的废气自己利用供热或供冷,产生的多余电量可以卖掉?

A:是建筑自己用天然气制电不用卖了,被自身消耗掉了,相当于少买了电,节约了电费。


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