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5.天然气分布式能源系统
天然气分布式能源是指分布在用户端,主要使用天然气为燃料,冷热电联产、实现能源梯级利用,是清洁、高效、灵活的能源供应系统,是天然气高效利用的重要方式。天然气分布式能源系统利用发电以后产生的烟气余热实现夏季供冷、冬季供热,且一年四季供应生活热水,能节约大量空调用电,所发电力除满足自身需求外,就近上网,替代部分煤电。具有能效高(综合能源利用效率在70%以上)、清洁环保、安全性好、削峰填谷、经济效益好等优点。
目前,常用的天然气分布式能源系统有热电联产系统(CHP)、冷热电三联供系统(CCHP)和建筑冷热电联产系统(BCHP)等几种形式。
1热电联产系统(CHP)
热电联产(CHP)是从同一燃料中产生热与电,其典型结构如图8所示。
热电联产系统(CHP)现已逐渐的被冷热电三联供系统(CCHP)所替代。
2冷热电三联供系统(CCHP)
天然气冷热电三联供主要是利用十分先进的燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气进行发电,对发电做功后的余热进一步进行回收,用来制冷、供暖和供应生活热水。这是一种高效节能环保的新型能源利用方案,在欧美已有约二十年的发展时期,并方兴未艾,被确认是能源将来的发展方向。
冷热电三联供主要由两部分组成——发电系统和余热回收系统,发电部分以燃气内燃机、燃气轮机或微燃机为主,近年来还发展有外燃机和燃料电池。余热回收部分包括余热锅炉和余热直燃机等,其典型结构如图9所示。
3建筑(楼宇)冷热电联产系统(BCHP)
楼宇冷热电联产(BuildingCoolingHeatingPower,简称BCHP)是由一套系统解决建筑物电、冷、热等全部需要的建筑能源系统。BCHP可以是为单个建筑提供能源的较小型系统,也可以是为区域内多个建筑提供能源的分布式能源系统。建筑(楼宇)冷热电联产系统(BCHP)的典型结构如图10所示。
燃料电池作为继火电、水电、核电之后的第四代发电方式,被誉为21世纪清洁、高效的动力源,受到人们广泛的关注,燃料电池技术也在飞速地发展。
燃料电池是用一种特定的燃料,通过一种质子交换膜(PEMProtonExchangeMembrane)和催化层(CLCatalystLayer)而产生电流的一种装置,这种电池只要外界源源不断地供给燃料(例如氢气或甲醇),就可以提供持续电能。它的工作原理,是利用一种叫质子交换膜的技术,使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下,在阳极将氢气催化分解成为质子,这些质子通过质子交换膜到达阴极,在氢气的分解过程中开释出电子,电子通过负载被引出到阴极,这样就产生了电能。
燃料电池和微型燃气轮机复合系统用天然气或甲烷作燃料,燃气轮机作为能源利用的前置级,其排气用来加热进入燃料电池的空气和燃料。燃料电池是固体氧化物,工作温度700~1000℃。该燃料电池和微型燃气轮机复合供电系统具有下列优点:可以在无电力供应的地区使用;系统可保持自稳定运行;启动方便、快捷;SO2和NO2的排放量很少,是一种很有发展前景的分布式能源系统。由于这种复合系统可以用天然气作为燃料,本文将燃料电池列入天然气分布式能源系统之中,不在另辟一节加以说明。
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