可持续分布式热电联产系统：设计建造与运行

第1部分　CHP基础

第1章　概述 2

1.1　为什么选择CHP 3

1.2　历史 4

1.3　CHP基本介绍 7

1.3.1 发动机类型 9

1.3.2 热耗率 10

1.3.3 发电机与配电系统 10

1.3.4 余热锅炉 11

1.3.5 导热流体的交替使用(导热油) 11

1.3.6 余热利用的类型 11

1.4　匹配载荷要求 12

1.4.1 热能质量 12

1.4.2 常用系统大小 12

1.4.3 环境影响与控制 13

1.5　分布式能源行业面临的主要问题 14

参考文献 15

第2章　CHP系统的适用性 16

2.1　背景 16

2.2　商业及公益机构的CHP 应用 18

2.2.1 原动机燃料类型 19

2.2.2 建筑类型及规模 19

2.2.3 气候区域 23

2.2.4 BCHP原动机的基本类型及功率范围 24

参考文献 27

第3章　电力设备及系统 29

3.1　燃料发电设备 32

3.1.1 活塞式内燃机 33

3.1.2 燃气轮机 40

3.1.3 微燃机 43

3.1.4 燃料电池 44

3.2　热动力设备 47

3.3　CHP原动机比较 50

3.3.1 电力输出与发电效率 50

3.3.2 余热利用的潜力 50

3.3.3 燃料及燃料压力 51

3.3.4 NOx 排放 51

3.3.5 功率密度 51

3.3.6 设备可运行时间及大修间隔时间 52

3.3.7 启动时间 52

3.3.8 噪声 52

3.4　CHP能源站系统要求 53

参考文献 54

第4章　CHP热负荷设计 55

4.1　CHP系统的热负荷设计 56

4.1.1 负荷系数VS效率 56

4.1.2 热电比 57

4.1.3 建筑物负荷 58

4.2　余热利用设备的选择及设计 59

4.3　热能技术 62

4.4　负荷特征及优化 68

4.5　与建筑系统融合 71

第5章　模块化CHP系统 73

5.1　模块化CHP系统的内在特征 73

5.1.1 预工程设计 74

5.1.2 预装配 75

5.1.3 预质检 75

5.2　模块化CHP系统的优点与缺点 76

5.2.1 提高性能 76

5.2.2 降低负面环境影响 79

5.2.3 更高的可靠性 80

5.2.4 更好的经济性 80

5.3　商用模块化CHP系统案例 81

5.3.1 电力/热水系统 81

5.3.2 电/冷/热系统 82

参考文献 82

第6章　监管问题 84

6.1　美国联邦政府CHP政策 84

6.2　美国州级CHP政策 86

6.3　其他国家CHP政策 88

6.4　CHP项目计划 89

6.4.1 纽约州能源研究与发展机构的DG-CHP(区域能源-热电联产)示范项目 89

6.4.2 加利福尼亚州标准并网准则 89

6.4.3 康涅狄格州可再生能源配额标准 90

6.4.4 德国上网电价补贴 90

6.4.5 公用事业公司项目计划 91

6.5　未来政策发展 91

6.6　CHP系统要求 92

第7章　碳排放—环境效益及排放控制 93

7.1　发电产生的碳排放 94

7.2　温室气体排放计算系统 95

7.2.1 美国环保局温室气体排放当量计算系统 95

7.2.2 美国环保局办公室碳排放计算系统 95

7.2.3 洁净空气清凉地球校园温室气体排放计算系统 96

7.2.4 世界资源研究所的工业与办公领域计算系统 96

7.3　CHP环境效益 96

7.4　CHP环境排放 98

7.4.1 活性有机气体的排放 98

7.4.2 排放计算系统 98

7.5　CHP排放控制技术 102

7.5.1 活塞式内燃发动机 102

7.5.2 燃气轮机 104

参考文献 108

第2部分　可行性研究

第8章　基础概念 110

8.1　研究类型—从筛选到具体可行性 110

8.2　可行性研究工具及软件 111

8.2.1 手册和列线图粗略筛选(或者初步可行性评价) 111

8.2.2 软件筛选工具 112

8.2.3 设计用逐时能源模拟工具 113

8.2.4 排放测算工具 113

8.3　CHP合格筛选—现有设施 114

8.4　Level 1可行性研究—现有设施 114

8.4.1 原始数据收集 115

8.4.2 后续分析 115

8.4.3 经济性分析 116

8.4.4 Level 1可行性研究—基本大纲 117

8.5　Level 2可行性研究—现有设施 118

8.6　新建设施的CHP可行性 119

参考文献 120

第9章　CHP经济性分析 122

9.1　CHP经济性分析 122

9.2　简单投资回收分析 122

9.3　生命周期成本分析 123

9.3.1 备选方案 123

9.3.2 工程经济学 123

9.3.3 生命周期成本过程 124

9.3.4 资本成本对比年度成本 124

9.3.5 现金流量表 124

9.3.6 资金的时间价值 125

9.3.7 折现率 125

9.3.8 利率 125

9.3.9 等值 125

9.3.10 现值 126

9.3.11 净现值 126

9.3.12 上涨率 127

9.3.13 分析周期 127

9.3.14 残值 127

9.3.15 年金 128

9.4　计算预估的能源耗费和成本 128

9.5　预测年运行及维护费用 130

9.6　工程造价预算 131

9.7　计算生命周期成本 132

参考文献 133

第3部分　设计

第10章　工程设计程序 136

10.1　雇佣最好的工程设计团队 137

10.1.1 资质验证 138

10.1.2 面试 139

10.2　工程设计程序 140

10.2.1 规划项目管理计划 141

10.2.2 规划 142

10.2.3 法令/规范审查 143

10.2.4 方案设计和设计深化 143

10.2.5 技术规范 144

10.2.6 施工图(工程建设文件) 144

10.2.7 规划确认 145

10.2.8 招标文件 145

10.3　CHP设计的主要问题 146

10.3.1 原动机选择效果 147

10.3.2 余热利用选择 147

10.3.3 燃料系统 149

10.3.4 助燃空气 150

10.3.5 排气系统 151

10.3.6 排放控制 151

10.3.7 热能利用 152

10.3.8 并网及保护 153

10.3.9 运行灵活性 153

10.3.10 能源站选址及布置 153

10.3.11 降低噪声和振动 154

10.3.12 电厂控制/集成 155

10.3.13 运行策略 156

10.4　无形的知识与经验 156

第11章　电气设计特征及问题 157

11.1　配电装置设计要点 158

11.1.1 选择和设计 158

11.1.2 环境要求 162

11.2　接地考虑 162

11.2.1 接地系统类型 163

11.2.2 连接要求 164

11.2.3 CHP电能质量 164

11.3　并网规范和标准 165

11.3.1 保护要求 165

11.3.2 专用保护要求 167

11.3.3 并网流程概述 168

11.3.4 最终并网接受与启动 169

11.4　示例系统图 170

11.5　总结 173

参考文献 173

第12章　获取建设许可 174

12.1　环境评价与许可获得程序 174

12.2　建立有效的申请 175

12.2.1 现有条件概况 175

12.2.2 项目建议书 175

12.2.3 适用的环境标准和规范 176

12.2.4 项目影响 176

12.2.5 遵循规章制度的决定以及建议的批复条件 176

12.3　空气质量 176

12.3.1 技术与排放标准 178

12.3.2 技术评判工具与方法 179

12.3.3 大气排放清单 180

12.3.4 分析空气质量影响及遵循适用的规程规范 180

12.4　噪声 182

12.4.1 噪声特征 182

12.4.2 噪声标准 183

12.4.3 降噪 184

12.4.4 危险品运输及储存 184

12.4.5 液体燃料储存 184

12.4.6 氨运输与储存 185

12.4.7 危险品 185

12.5　其他潜在环境影响 185

12.5.1 施工影响 185

12.5.2 审美影响 185

12.5.3 环境正义 186

12.5.4 文化及古生物资源 186

参考文献 186

第4部分　建设

第13章　CHP建设 190

13.1　评估承包商的优势 191

13.2　CHP能源站合同组织架构 191

13.2.1 传统的设计—招标—建设程序 192

13.2.2 设计—建设过程 192

13.2.3 整合项目交付程序 193

13.3　确定恰当的建设交付方法 194

13.4　通过工程合同保护项目 195

13.4.1 建设期间合同范围的变化 196

13.4.2 不同的场地条件 197

13.4.3 不可抗力 197

13.4.4 违约金 198

13.4.5 履约担保 198

13.4.6 履约保证金和保证书 199

13.5　有效的项目管理 199

13.5.1 进度 199

13.5.2 文件编制(文档资料) 200

13.6　创新的解决争议的技巧 200

13.6.1 仲裁 200

13.6.2 微型审判程序 201

13.6.3 项目争议委员会 201

13.7　总结 201

参考文献 201

第14章　获得运营许可及实施合规管理程序 202

14.1　CHP系统的调试 202

14.1.1 连续排放监测系统认证 203

14.1.2 最终运营许可的颁发 205

14.1.3 实施合规管理程序 206

14.1.4 提交潜在需要的规划 206

14.2　合规管理程序 207

14.2.1 运营及维护程序 207

14.2.2 合规监测 207

14.2.3 记录与报告 208

参考文献 209

第15章　CHP能源站建设期间风险管理 210

15.1　风险管理：保险行业视角 211

15.2　现有措施概述及限制 213

15.3　应对承包商的不确定成本 214

15.4　使用概率分布 215

15.5　利用风险分析建立“最可能成本” 216

15.6　成本计划中使用蒙特卡罗模拟 217

参考文献 218

第5部分　运行

第16章　运行及维护 220

16.1　能源站运行人员 220

16.1.1 经验及培训 220

16.1.2 优秀的运行人员 221

16.1.3 能源站检查 222

16.1.4 控制排放 222

16.1.5 健康与安全 223

16.1.6 操作手册及作业规范 223

16.2　能源站启动 224

16.3　能源站优化运行 225

16.4　能源站维护 227

16.4.1 燃气轮机 227

16.4.2 余热锅炉 227

16.4.3 蒸汽轮机 227

16.4.4 蒸汽型制冷机及吸收式制冷机 228

16.4.5 能源站辅助设备 228

16.4.6 停机计划 229

16.5　CHP能源站运行人员 229

第17章　维持CHP系统的运行效率 231

17.1　背景 231

17.2　性能监控 234

17.3　调试验证(指令确认) 235

17.4　部件监测 235

17.4.1 原动机 235

17.4.2 热回收设备 237

17.4.3 热回收蒸汽发生器(HRSG) 239

17.4.4 吸收式制冷机 240

17.4.5 冷却塔 242

17.4.6 泵 243

17.4.7 风机 243

17.4.8 除湿系统 244

17.4.9 系统整体的运行性能的监测 245

17.4.10 CHP系统性能监测与计算 247

17.4.11 指标的汇总(Summary)方程 247

17.5　基于监测和实验测试数据的应用实例 250

17.6　利用CHP系统运行性能的监测及调试验证公式的配置方案 252

17.7　CHP系统性能监测及调试验证(指令确认) 的应用场合 253

17.8　总结 256

参考文献 257

第18章　维持CHP运行 258

18.1　了解CHP能源站 259

18.2　CHP数据收集 260

18.2.1 计量 260

18.2.2 监测 260

18.3　CHP数据分析 261

18.3.1 标准 261

18.3.2 基准调查 263

18.4　保持问题日志 263

18.5　开票(计费) 264

18.6　运行策略 265

18.7　运营培训 267

18.8　维护 267

18.9　备用金 268

18.10　保险要求 268

18.11　让人们了解CHP的良好益处 269

第6部分　案例分析

第19章　案例研究1：普林斯顿大学区域能源系统 272

19.1　历史 273

19.2　中央能源站和系统 274

19.2.1 发电过程 275

19.2.2 配电 275

19.2.3 蒸汽生产 276

19.2.4 蒸汽配送和冷凝水回收 276

19.2.5 冷冻水生产 276

19.2.6 冷冻水配送 277

19.2.7 水系统质量管理 277

19.2.8 能源站控制 278

19.2.9 仪表 278

19.2.10 实时的经济调度 278

19.3　服务的可用性和可靠性 279

19.4　能源利用效率 279

19.5　环境效益、遵从性和可持续性 279

19.6　卓越业绩和行业领先地位 280

19.7　员工安全和培训 281

19.8　客户关系和社会责任 282

19.9　最近的荣誉和奖项 282

第20章　案例研究2：布拉格堡热电联产项目 284

20.1　技术概述 285

20.1.1 热电联产系统并网 286

20.1.2 运行 286

20.1.3 性能测试 287

20.1.4 能量输送 287

20.1.5 运行监测 288

20.1.6 整体能源利用 289

20.2　关键结论 290

20.3　结语 292

第21章　案例研究3：利用计算机模拟确定新校区的最优规模 293

参考文献 301

第22章　案例研究4：大学校园CHP系统分析 302

22.1　中央能源站介绍 303

22.1.1 热电联产设备 303

22.1.2 吸收式制冷机 304

22.1.3 校园蒸汽负荷 304

22.2　热电厂优化方法 305

22.2.1 热电联产能源站的运行模式 305

22.2.2 分析使用的公用事业公司的能源价格 306

22.2.3 经济分析中的设备模块 306

22.2.4 盈亏平衡分析 308

22.3　结论 312

第23章　案例研究5：政府设施——任务的关键 313

23.1　国土安全目标 315

23.2　建筑节能目标 316

23.3　原动机可能性 318

23.3.1 黑启动 319

23.3.2 应急能源 320

23.3.3 接入系统 320

23.3.4 其他考虑 321

23.4　电负荷级别 321

23.5　可靠性价值 323

23.5.1 环保局经济性研究 323

23.5.2 电气和电子工程师协会可靠性研究 324

23.5.3 可靠性价值的总结 326

23.6　监管与创新 326

参考文献 327

第24章　案例研究6：分布式CHP系统和EPGS系统生态影响的比较 329

24.1　介绍 330

24.2　参与比较系统的描述 331

24.2.1 传统CHP能源站 331

24.2.2 ICHP/GCS能源站 331

24.2.3 由燃气轮机排烟直接驱动的双效吸收式制冷机组 335

24.3　系统成本比较 335

24.3.1 投资成本比较 335

24.3.2 能源成本对比 336

24.3.3 运行和维护费用比较 337

24.4　20年寿命周期成本 337

24.5　基于燃料层面的三种方案的环境影响分析 338

24.6　结论 339

参考文献 339

第25章　案例研究7：集成CHP系统以改善整体玉米乙醇经济性 341

25.1　摘要 341

25.2　介绍 341

25.3　生物燃料的环境可持续性 343

25.4　当今玉米乙醇生产工艺 344

25.5　净能源平衡考虑 345

25.6　第二定律考虑 347

25.7　乙醇经济性再分析 348

25.8　相关的环境影响 350

25.9　玉米乙醇工艺的一些改进 352

25.10　美国的贸易差额问题 353

25.11　研究结果总结 354

25.12　CHP和EPGS系统的环境影响对比 356

25.13　结论 356

25.14　术语表 358

参考文献 358

第26章　案例研究8：8.5MW IRS CHP工厂的节能措施分析 360

26.1　评估可靠应急能源系统的CHP方案 362

26.2　考虑下列应急能源选项 363

26.3　应用的标准和规范 363

参考文献 364 2100433B

本书针对可持续分布式热电联产系统的规划、设计、建设以及运行，主要包括6大方面的内容：第1部分的研究将使读者很好地了解什么是CHP，CHP的工作如何创造不一样的可持续性未来、发电设备的可选类型、余热回收和有益的热能使用、需要考虑的监管问题、可行的排放控制方案，以及CHP可靠性的概述；第2部分，可行性研究，回顾了一些必要的基础概念，包括合理规划可持续CHP能源站、如何实施生命周期成本分析（LCC）、以及对系统进行优化；第3部分，设计，讨论了一些重要的工程设计问题，包括电气并网设计问题，以及需要经过核准的规划以及如何获得建设许可（也就是开始建设的核准）等内容；第4部分，建设，详述了建设过程中的问题，包括了不同的合约组织架构、合同交付方式以及风险管理；第5部分，运行，详述了维持CHP能源站如预想的一样可持续性运行所要达到的条件，以及最重要的是如何对能源站进行监控从而提升其性能达到可持续性；第6部分，案例研究，提供了一系列案例分析说明了可持续性用户端CHP系统是如何被规划、设计、建设以及有效并可持续运行。

本书可供从事分布式能源行业的机械及电气工程师、建筑业主、开发商、建筑及能源站运行人员、建筑师以及承包商等参考。

“大幅提高我国热电联产集中供热系统效率的途径”研讨会开幕词

议题一 热电联产集中供热事业的发展方向

(执行主席：倪维斗)

我国热电联产的新发展

从可持续发展的战略高度重新审视热电联产

以总能系统观点与用热终端高效化为特征的大中型火电机组联产供热系统新模式

城市热电联产集中供热的发展与挑战

加速发展核电——中国能源结构调整的必由之路

议题二热电联产集中供热事业的技术创新流程(执行主席：江亿)

基于Co-ah循环的热电联产集中供热方法

节能减排需要科学创新

大容量热电联供汽轮机设计的有关问题

凝汽机组改供热的几个问题

热电联产创新技术应用的建议

基于分栋热计量的末端通断调节与热分摊技术介绍(一)——理论可行性研究及硬件开发

基于分栋热计量的末端通断调节与热分摊技术介绍(二)——示范工程测试及社会可接受性调查

低温地板辐射供热技术

工程示例

案例一 赤峰大唐富龙利用基于吸收式循环的集中供热新技术2×300Mw热电联产节能减排示范工程

案例二 内蒙古环境改善一期项目巴彦淖尔市临河区集中供热工程

案例三 天津中新生态城能源基础设施规划集中供热工程

附录

附录一中国工程院院士建议关于加快科技创新、大幅提高我国热电联产集中供热系统效率建议

附录二 第9次“工程前沿”研讨会会议纪要

《分布式控制系统(DCS)设计与应用实例(第2版)》以DCS的应用设计为目标，从基础控制系统实现方法入手，辅以丰富的实际应用案例，详细地介绍了DCS的构造、原理和当前的最新技术，产品、技术规范、指标、标准和验收测试方法，以及在各种典型行业（电力、石化、水泥、造纸、制药、水处理、管网）的应用。力求使读者能够以《分布式控制系统(DCS)设计与应用实例(第2版)》为参考，解决在DCS的应用设计及运行管理过程中的各种实际问题。由于《分布式控制系统(DCS)设计与应用实例(第2版)》各个章节相对独立，因此读者既可以按照顺序逐章阅读，也可以根据需要单独阅读有关章节。

此书将最大限度地为DCS的设计选型、应用、验收等人员提供实际指导与帮助。