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          英國的分散電力在發展中
          2015-06-29 11:12:57|點擊次數:



          熱電聯產【摘要】重新塑造電力工業"在"分散的電力工業"一節傳統電力工業的模式以及當代電力工業的結構是基于這樣一種設想,即大功率中央發電站是向用戶提供電力最經濟的途徑。較分散的發電站的出現,再加上對改善能源投資的選擇,己使這種傳統觀點變得虛幻了。這種陳舊的模式在未來的十年中將完全被人忘卻,而較小的,更模塊化的發電技術所代替。這些技術可以便住戶能自己發電,并將多優質產品的電力通過電網出售給其他用戶。

          美國世界觀察研究所發表的1994年全球向可持續發展社會邁進的年度報告中,克里斯托弗·弗萊文和尼古拉斯。倫森在"重新塑造電力工業"在"分散的電力工業"一節傳統電力工業的模式以及當代電力工業的結構是基于這樣一種設想,即大功率中央發電站是向用戶提供電力最經濟的途徑。較分散的發電站的出現,再加上對改善能源投資的選擇,己使這種傳統觀點變得虛幻了。這種陳舊的模式在未來的十年中將完全被人忘卻,而較小的,更模塊化的發電技術所代替。這些技術可以便住戶能自己發電,并將多優質產品的電力通過電網出售給其他用戶。例如裝置于地下室的燃料電池以及裝在屋面的太陽能發電系統。向著依靠大向小型發電站廣泛結合過渡的"分散"電力系統,可以極大地改善效率和減輕當今電力系統形成的負擔,這也可減少興建和改善輸配電線路……。一個典型的電力公司目前擁有50個發電站與其輸配電系統相連接,到2010年,與之相連的發電站將達到5000個甚至50000個。這種變化類似于一個公司從1980年擁有三個主機計算機發展為1994年擁有了30000個個人計算機,這種變化要求系統的運行方式有重大變革。這篇把建造分散電力的希望寄托在燃料電池和太陽能發電系統,但是現在時間已過去了7年,分散的電力工業還不是燃料電池和太陽能發電系統,而是在依靠天然氣為燃料的小型熱電聯產(CMP)和小型熱電冷聯產系統,在這方面英國已經做出了成績。

          一、英國重視發展小型熱電聯產(CMP)

          多年以來,英國政府一直試圖通過能源效率最佳方案計劃(EEBPP)促進CHP的發展。該計劃組織以CHP各個側面為主題的研討會和會議,并出版了《最佳方案指南(GoodpracticeGuides)》和《最佳方案舉例研究(Goodpracticecasestwdies)》等形式的著作。研究認為,所有的公共部門和私營企業的能源用戶都能對燃料和能源的高效利用中獲益,較低的能源和水電燃氣成本有助于提高利潤并優化資金價值,進而幫助企業在市場中繼續保持競爭力。同時,任何企業都有必要向其客戶和廣大公眾展示其經營對環境無害,通過安裝CHP,在使用電力和熱力上能夠節省大量成本。通常CHP用戶可以節省20%的能源成本,全英國CHP計劃每年總共可以節省6.5億英鎊。英國在過去20年中,已超過1000個小型成套CHP設備被安裝,在遍布英國的各大飯店、休閑中心--游泳池、醫院、綜合性大學和學院、園藝、社會取暖計劃、機場、公共部門建筑、商業建筑--寫字樓等、購物商城及其他相應場所中提高能源效率。至少在過去20年中,CHP的發展已戰為英國政府提高能源效率措施的組成部分,并且已經取得了顯著的發展。英國的CHP總功享已由1990年的2000MW電力輸出提高到1999年末的4200MW。英國CHP的10%由1000多套小型裝置供應,這些小型裝置主要集中在建筑物領域。

          自1997年《京都協議》以來,CHP技術被給予了更高的評價,因為此項技術將能使英國政府承諾的減排二氧化碳方面大有可為。對于工業、商業和公共部門而言,有許多機會可以安裝經濟高效的CHP。

          二、英國小型熱電聯產(CHP)概況

          1.CHP的效益

          熱電聯產(CHP)是指在生產中同時產生可利用的熱能和能量(通常指電能,也可以不通過發電機提供動力),還可以利用熱能制冷。

          利用CHP的用戶可以獲得效益,主要是能源利用效率高,經濟優勢明顯,環境效益卓著。

          CHP具有較高的能源效率,它可以將燃料中80%以上的能源轉換成可用的熱能和電能。與此形成顯明對比的是,集中式發電和鍋爐房常規能源方案的總效率低于50%,高效率的能源轉換具有顯而易見的經濟優勢:減少了每單位輸出能量消耗的初級燃料數量。如果要使CHP設備方案可行,需要節省足夠的能源以便在可以接受的期限內收回成套CHP設備的安裝投資,并承擔今后出現的運行和維護費用。在英國購買CHP設備有兩種方式:一是直接購買,二是與能源服務公司簽訂能源供給合同。無論采用那一種方式,都可以實現下列經濟效益。

          --如果采用直接購買,需要購買CHP及安裝設備,但通常維護工作外包。所有者在承擔全部成本和風險的同時,可以獲得全部收益。

          --如果與能源服務公司簽訂能源供給合同安排,則能源公司或設備供應商擁有安裝、運營并維護CHP設備。場地所有者需要按購買能源量支付合同費率,并且可以從節省能源成本中獲益,從而實現最低資本支出。對于場地所有者而言,雖然經濟比直接購買方式少,但是降低了風險;一般情況下,則當事雙方共擔風險。

          環境效益可以從以下兩種方式獲得:

          --降低單位能源生產消耗的初級燃料。

          --用更加清潔的燃料取代了排放大量二氧化碳(CO2),二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)的燃料。

          與燃煤發電廠和鍋爐房相比,以天然氣為燃料的燃氣機將減少50%(每單位輸出能且)左右的CO2排放量。實際上,它還將消除SO2排放量,因為與煤相比,天然氣的含硫量幾乎可以忽略不計。另外.不盡人意之處在于,往復式燃氣機燃燒時產生的NOx量通常超過來自常規電站的NOx量。

          在英國CHP已成為久經考驗且穩定可靠的技術。其效益可以歸納為:(1)大幅度地節省能源成本;(2)無需交納CHP能源的氣侯變化稅,降低了成本;英國從2001零4月10日起,工業和商業能源使用要繳納氣侯變化稅(ClimatechangeLemy),初步稅率會將每千瓦時電費提高0.43便士,并將每千瓦時燃氣費提高0.15便士。CHP用戶可避免對下列項目征收稅款:CHP設備消耗的燃氣以及供自己使用的自產熱、電。(3)通過減少排放量取得矚目的環境效益;(4)上述環境效益創造了企業與客戶間的公共關系價值;(5)增強了能源供應的安全性;(6)能源供應的替代方案,提供了更大的靈活性;(7)CHP的整體效率可以高達80%以上。

          2.CHP裝置的標準

          如果使用CHP要獲得高效益,一般情況不要符合以下條件:

          --熱力和電力需求且至少應達到每年4500小時(即至少,每天12小時,每周7天)。大體而言,能源的年需求期越長,節省的成本就越多。

          --必須對將來熱力和電力需求有十足把握,最好是在CHP裝置的使用期限內,此項期限通常是10至15年。但是,如果估計不準,CHP裝置的移機也是很方便的。

          --必須有充足適宜的燃料供給,(通常是天然氣),而且燃料的價格比較便宜。

          --最好去新建的場所使用CHP,電力和熱力系統的設計能被作為同一個工程加以實施,這樣就有可能不安裝或少安裝鍋爐設備,從而可以節省投資。

          3.CHP技術要點

          CHP主要設備部件包括一臺燃氣機,一臺交流發電機,一個熱力回收系統和一個控制系統。上述核心部件通常被安裝在同一機殼內的共用底板或托板上,這樣做的好處是:(1)降低CHP設備產生的噪音;(2)阻止未經授權的竄改,并提供安全性;(3)可以簡化現場安裝;(4)全部或部分保障全天侯運行。

          --動力機械,大多數成套CHP設備采用兩種類型的動力機械。

          ●燃氣機,CHP系統采用的往復式燃氣機與運輸行業中廣泛使用的狄塞爾內燃機(柴油機)相似。燃氣機的正確率較低,采用火花點火,在設計上通常以天然氣為燃料。正確的操作和恰當的保護可使燃氣機保持出色的效率,并且實現較高的穩定性。如能得到正確的維護,燃氣機的壽命可達15至20年。英國燃氣機配發電機可以有50千瓦以下至2000千瓦左右。這些成套設備的發電效率通常為35%,并且CHP裝置可以在不降低效率的條件下降低負荷運行。燃氣機成套設備的熱電比通常是1.5:1。燃氣機的排放氣體溫度為400℃,燃氣機及潤滑油冷卻系統可提供熱水的溫度為80℃,英國認為燃氣機CHP系統表現出的效率及穩定水平證明是經濟合理的。

          ●小型燃氣輪機:在英國燃氣輪機已被廣泛應用于裝機容量超過10MW的大型CHP設備。盡管與往復式燃氣機相比,燃氣輪機的發電效率低,但是當以大于10MW的功率運行時,燃氣輪機能夠排放大量高溫(高達600℃)氣流,以供制造蒸汽之用,因而燃氣輪機CHP可能更具有吸引力。燃氣輪機器要有一項附加設備--余熱鍋爐來制造蒸汽,還可以利用直燃機來利用其熱能。

          英國采用的CHP及有利用外燃機和微型燃氣輪機。

          --熱能利用:大多數成套CHP裝置從排放氣體和冷卻系統中回收熱能,并以獨立熱水系統的形式供應熱能。該系統通常包括源自CHP成套設備熱交換器的熱水流;而CHP成套設備將被接入安裝場所傳遞熱能的配熱管道系統?;亓鞴艿老到y使低溫水從安裝場所回流至CHP裝置。"流出"管道熱水溫度為90℃,"回流"管道水溫為10℃。在許多情形下,成套CHP的安裝場所已有在熱水流出與回流系統,在此類情況下,連接CHP的方式有串聯和并聯兩種方式。對于已存在的設施,用串連方式連接是最為常見的方式,因為該方式使CHP設備與已有流出與控制系統相互干擾達到最小限度。對于全新設施,井聯連接是首選方式。當成套設備的熱能輸出無法使用時,而電能輸出仍需維持時,就需要在流出與回流管道系統中加入一個冷卻系統以防動力機械過熱。

          --吸收式制冷:當CHP設備的安裝場所同時存在大規模制冷需求時,可以采用吸收式制冷。在CHP系統中采用吸收式制冷,可以帶來兩大好處。大多數用于滿足制冷需求的電力被轉變為熱能負荷,從而可以降低電力需求,并且可以增加熱能的需要壓,這樣就可以大幅度改變熱能(電)比。其它,用于吸收式制冷的勢能負荷通常是供熱需求最低點時出現,故吸收式制冷能對熱能需求的季節性高峰和低谷起到某種平衡作用,從而延長了CHP的而利性運行時間。例如CHP向樓宇供應熱電時,冬季用熱能采暖,夏季用熱能制冷,使CHP提供的熱能得到充分利用,使CHP能更加高效地運行。

          --電力供應:大多數小型CHP設備都以并聯方式與公用高壓電網相連接,當安裝場所電力需求超過CHP裝置供電能力時,將從公共電網補充不足的電能。當CHP裝置供電能力超過需求時,多余電力可以送到公共電網。當公共電網斷電時,CHP裝置仍能繼續供電,從而提高了供電的可靠性。

          --控制系統:CHP的主要組件都有各自的控制和監視系統,這些系統互相連結,為成套CHP設備形成一個單一集成系統。系統控制裝置通常包括一個能夠在組件出現故障時發出警報并自動關機的情況監視設備。此設備還能為大量設備的長期管理和運行提供幫助??刂葡到y通常以高集成化的編程邏輯控制器(PLC)為基礎,并包括設備安全啟動、運行和正常關機所需的所有測量,控制和保護系統。

          三、英國小型熱電聯產機組使用情況

          英國典型的小型熱電聯產(CHP)的規模大致是:娛樂中心90kW,酒店110kW,醫院450kW,寫字樓450kW,學校160kW,政府機構800kW。10年的應用,已經證實可以多方位的應用。

          案例分析如下:

          1.英國政府機關帶頭使用CHP,作為全國的榜樣。白廳熱電聯產計劃,唐寧街10號,通過區域供熱,白金漢宮、軍事基地均采用CHP。燃氣CHP供應49ookW電力+8000kW熱能;使用現有供熱網絡可以供應23座政府大樓供電,供熱及輸出剩余電,凈節余4.5萬英鎊(pa),所有使用者都認為可以節省供熱費用。

          2.酒店,酒店非常適合使用CHP,尤其是那些擁有游泳的酒店,希斯羅希爾頓等300家英國酒店使用了燃氣為燃料的CHP。希斯羅希爾頓酒店使用天然氣為燃料的CHP.可提供300kW電力+450kW熱能,每天運轉17小時,由設備供應商融資井運作,按電量收費,+免費供熱(由用戶購買天然氣),用戶可節省7000英鎊(pa)而無資本投入。

          3.醫院:醫院是理想的CHP用戶,CHP提供的熱量可用于采暖,洗衣房和消毒殺菌。格蘭靠爾德等225家醫院使用CHP。格蘭靠爾德醫院使用天然氣為燃料的CHP,可提供384kw電力+586kW熱能,每天運轉22小時,可與市配電網并列運行。由設備供應商融資并運作,提供電量收費+免費供熱(由用戶購買天然氣),用戶可節省20000英鎊(pa)而無資本投入。

          4.游泳池:游泳池是理想的CHP用戶,熱量可用于池水和室內采暖,皇家聯邦游泳池等400多家游泳油使用CHP?;始衣摪钣斡境厥褂锰烊粴鉃槿剂系腃HP,可提供400kW電力+625kW熱能,系奧林匹克標準游泳池,每天運轉17小時,電力與市配電網并行。由用戶自己融資購置,供應商維護并運行,用戶可節省4.9萬英鎊(pa),4.5年可回收投資。新的應用還包括園藝,互聯網倉庫的吸式制冷。

          四、英國小型熱電聯產成功的重要因素

          英國小型熱電聯產所以能取得成功,原因是英國政府為CHP創造了必需的市場和政策條件,這些條件包括合適的能源價格(用電和燃氣的比價),使用合適的燃料,認識局部供電的價值,當局的政策規定,發展新的財務管理方式等。

          1.成功的重要因素:能源價格

          CHP是同時供熱和供電最經濟的技術,它需要和現有的發電設備競爭,特別是當CHP的環保優勢不能在能源價格中體現出來會有很大影響。為此英國自2001年4月:日起實施氣侯變化稅,使CHP可以節省20%的能源費用。電價與天然氣價格比非常重要,CHP是一項長期投資(10~15年),需要合理的(或優惠的)燃氣價格,需要合理的用電價格。英國電力工業中使用天然氣發電的比重比較大,而且電力工業已經私有化,電力價格按市場定價,電價與天然氣價格比比較合理。

          2.成功的重要因素:燃料

          CHP使用的燃料是天然氣,也可以使用柴油或生物質(包括垃圾)制氣。是否能夠獲取天然氣,天然氣的充分供應,以及天然氣營網的合理收費,對CHP的發展影響很大。英國工業及商業使用天然氣為燃料的比重達68%,能夠充分供應天然氣,不僅促進了CHP的發展,同時也提高了天然氣的銷售量。

          3.成功的重要因素:認識局部供電的價值

          發展CHP可以節省公共電力的裝機容量,輸配電系統費用,可以不受輸配電網容量的限制,還可以減少輸配電損失。要發展CHP必須有透明的輸配和終端用電的價格,公用電力部門愿意讓CHP分享發、輸、配電設施節省帶來的效益;公用電力部門愿意接受CHP的剩余電力。

          4.成功的重要因素:當局的政策規定

          英國規定允許一定限量內的電力直接銷售,政府鼓勵CHP的發展,例如英國政府改變政策并推遲CCGTS推出,從而引來對超過1200Mwe的新的CHP的投資。對住宅用CHP和小型工業用CHP給予投資補貼。采取指導、案例分析、軟件及CHP俱樂部向用戶提供技術與經濟信息和建議。

          5.成功的重要因素:融資

          英國近期有超過75%的CHP得到第三方貸款,通常為電或天然氣事業部問的能源服務公司(ESCOS)。ESCO通過CHP獲得客戶。CHP用戶還可獲得外部融資及CHP專家技術。能源服務公司(EXCO)合同千差萬別。此類合同在某些部門較為普遍,這些部門的有關機構幾乎將整個能源設施全部"外倉"。ESCO承包商將設計、安裝、投資、操作并維護位于有關機構安裝場所內的CHP設備。在其他情況下,有關機構僅將CHP的運行和維護任務轉包出去,而該CHP設備由其他承包商按資本購買安排進行安裝。在上述兩種情況下,ESCO承包商將以雙方同意的價格向有關機構供應熱能和電力。通常ESCO承包商還將負責采購燃料,管理安裝場所內的其他能源設備,以及采購傳統能源。從英國發展小型熱電聯產,熱電冷聯產的經驗來看,僅僅依靠市場調節是不夠的,還必須依靠政府的政策,為了發展CHP必須使電力和天然氣有合理的比價,有充足的天然氣供應,規定公用電網必須接受CHP的剩余電力,解決能源利用中的外部成本,成立能源服務公司(ESCO)并給CHP以必要的補貼。沒有政府的政策支持,CHP是很難發展的。對于中國來說,中國還沒有制造CHP成套設備的企業,從國外進口CHP設備的價格高,也會影響其發展。目前長沙遠大空調有限公司已經在其生產的直燃機的基礎上,憲成了小型熱電冷聯產設備的試制工作,如果能扶植其發展壯大,將可以對中國的CHP的發展作出貢獻

          五、英國小型熱電聯產的未來

          英國發展CHP己有20年的歷史,特別自90年代以來,小型熱電聯產技術發展迅速,在世界上處在領先地位。除了已經開發的領域之外,新的應用還在繼續發展,如將CHP用于園藝,可以做到熱電冷桓聯產,將CHP排出的CO2、SO2、NOx用于植物作肥料,更長遠的計劃蘊含著巨大的潛力。新的融資政策可以為環境保護帶來更大的咸績。英國未來CHP將會取得更大的發展,從而帶來更多的經濟與環保效益。但是英國小型熱電聯產技術的動力機械在10MW以下主要是利用內燃活塞機,而美國的CHP、CCHP主要是利用微型燃氣渦輪機和外燃機(STM),微型燃氣渦輪機的優點是尾氣溫度高,看來英國CHP的動力機械還需要進一步采用新技術,新設備,英國政府為小型熱電聯產技術創造市場和政策條件,以及政府部門帶頭使用CHP值得我們學習。

          參考資料:

          1.英國小型熱電聯產

          2.Melalnieslake:"RealisingtheBenepitsofsmallscaleCHPAReviewofCriticaluccessFacfors"AEATECHNOLLGYENVRONMENT

          3.D.khi1mani:"power&heatGeneration"GentesEnergy

          文章來自:http://www.ytebara.com.cn/index.php?catid=836/



                        
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