天然气CCPH项目技术与应用

时间：2024-08-31

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1 前言

近年来,以天然气为燃料的冷热电联供系统因能源的梯级利用正在快速发展。由于天然气冷热电联供系统多分布在用户端,存在分布过于分散、负荷波动大、系统长处于变负荷运行等问题,如何建立更加高效、安全与可持续的天然气冷热电联供系统,成为国内外CCHP技术工作者关注的重点。

2 天然气分布式能源的技术应用

2.1 楼宇型天然气分布式能源楼宇型天然气分布式能源面对的是某一建筑(如医院、学校、公共设施)的能量需求,其系统规模较小,由于在同一建筑内不同用户的需求差异不会很大,而且负荷变化方向又往往趋同,供需之间的缓冲空间不大,回旋余地就比较小;这就要求系统必须对用户的能量需求变化作出即时快速反应。为此,联产系统的运行需要紧随负荷负荷变化,运行工况必然要随时进行调整,始终处于被动状态;因此对系统的全工况性能要求就比较高。按系统集成原则,宜采用输出能量比例可调、蓄能调节,同时考虑部分常规分产系统与联产系统优化整合,以及与网电配合的优化运行模式等集成措施予以协调。

2.2 区域型分布式冷热电联供系统区域型分布式冷热电联供系统面对的是一定区域内若干建筑共同构成的一片建筑群。建筑群的能量需求规模扩大,而且由于不同建筑的功能通常不同,相应的能量需求及其变化也会有所不同;因此不同用户的负荷变化很少同步,通常不会同时出现高峰或低谷的情况。因此联产系统运行时需考虑负荷的“同时使用系数”,这将加大供应与需求之间的回旋余地,从而降低了对联产系统的全工况性能要求。因此当规模适当大时,就可以引进高效的燃气轮机-汽轮机发电机组,实现燃气、蒸汽、电力、冷气、热水的最佳匹配,进一步提高一次能源利用率。

3 天然气分布式能源存在的问题与特点

3.1 负荷波动较快,机组调整不及时 CCHP能源系统运行即将供应的负荷情况无法得出,只能通过长期运行经验预估负荷变化情况,这样无法提前调整机组的供能负荷。例如在楼宇型CCHP系统下,内燃机-溴化锂机组提供园区的电负荷和冷负荷,空调系统热惯性较大,在空调负荷变化时,及时调整或提前调整供冷机组的负荷可以减少超调情况的发生,防止空调系统因负荷变化发生运行参数的大幅波动。

3.2 运行模式仍存在较大的优化调整空间机组的运行模式或设备的负荷分配一般依靠运行人员的经验,所以负荷分配随意性强,且冷热负荷分配时往往存在一定的滞后性,易引起负荷超调。根据机组的实时特性曲线和用户负荷情况为机组的运行模式和设备负荷分配提供优化指导,使能源站经济效益最大化。

3.3 调控机组关键运行参数所采用的调控策略和方法不具备自适应性常规控制系统(如DCS)的控制回路中,其控制参数一经调试便不会改变,无自适应负荷调节和运行方式调整功能,对于以后机组特性和工况的变化无能为力,严重影响机组的工作效率。

3.4 空调供水一次侧和二次侧流量不匹配对于楼宇型冷热电联供系统,能源站空调供水流量和楼宇空调水用水流量往往不匹配,导致空调水未经换热流回能源站、或换热后的空调水直接混入分水器,造成供水温度偏离设计温度,这种情况可能造成水泵电耗和供能成本增加。根据负荷变化调整各个楼座的供能参数,进而调节能源站空调水的供能参数使一次侧和二次侧保持供水平衡,有利于提高能源站的经济性。

3.5 机组实时特性和健康状态未知这是天然气CCHP能源系统运行时最常遇见的问题,机组的实时效率情况无法得出,只能通过值长日志按天或月进行统计,这样无法根据机组实时效率情况调整机组的运行方式。全厂机组的性能指标不具备在线实时分析功能,如实时内燃机热耗、制冷设备能耗,管道各种流量、压力损耗等。这些性能指标可以粗略地指示全厂设备运行情况。

4 国内外天然气分布式能源发展状况

4.1 国外天然气CCHP能源系统的发展现状欧美和日本等发达国家针对天然气CCHP能源系统的研究开发较早,目前已经掌握了相对成熟的设备开发和设计经验。美国在1978年执行《公改法令》后开始倡导天然气CCHP能源技术,并计划到2020年新建公共建筑群中的天然气CCHP能源系统使用率达到50%,总装机容量新增95GW。日本的天然气CCHP能源项目主要为楼宇式CCHP能源系统,2007年投入商业用途的天然气CCHP能源站已经达到5200个。欧盟国家则计划通过发展天然气CCHP能源系统减少二氧化碳排放,并实现到2020年能源消耗减少20%的目标。发达国家针对天然气CCHP能源系统的研究主要集中在系统优化、算法改进领域。

4.2 我国天然气CCHP能源系统的研究现状我国的天然气CCHP能源系统起步较晚,在技术方面仍存在一些不足,对天然气CCHP能源技术的系统优化还停留在实验室模拟仿真阶段。目前建立了含吸收式制冷机和电制冷机的天然气CCHP能源系统的优化配置模型,其中系统的电制冷功率与冷负荷的比例随着系统电热负荷比的变化而改变,并基于此提出一种新的运行策略。