醉染图书可持续分布式热电联产系统 设计建造与运行978712267

部分 CHP基础
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 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.. 气候区域
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 提高能 76
5.2.2 降低负面环境影响 79
5.. 更高的可靠 0
5.2.4 更好的经济 0
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CHP政策 84
6.2 美国州级CHP政策 86
6.3 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.. 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 可行研究
第8章 基础概念 110
8.1 研究类型—从筛选到具体可行 110
8.2 可行研究工具及软件 111
8.2.1 手册和列线图粗略筛选(或者初步可行评) 111
8.2.2 软件筛选工具 112
8.. 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 经济分析 116
8.4.4 Level 1可行研究—基本大纲 117
8.5 Level 2可行研究—现有设施 118
8.6 新建设施的CHP可行 119
参考文献 120
第9章 CHP经济分析 122
9.1 CHP经济分析 122
9.2 简单回收分析 122
9.3 生命周期成本分析 1
9.3.1 备选方案 1
9.3.2 工程经济学 1
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 计生周期成本 132
参考文献 133
第3部分 设计
0章 工程设计程序 136
10.1 雇佣的工程设计团队 137
10.1.1 资质验 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.. 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 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 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
1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.. 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 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
2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.. 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
1. 空气质量 176
1..1 技术与排放标准 178
1..2 技术评判工具与方法 179
1.. 大气排放清单 180
1..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 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
3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.. 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 履约保金和保 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
4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 203
14.1.2 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.. 记录与报告 208
参考文献 209
5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“可能成本” 216
15.6 成本计划中使用模拟 217
参考文献 218
第5部分 运行
6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 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 2
16.1.6 操作手册及作业规范 2
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 能源站辅设备 228
16.4.6 停机计划 229
16.5 CHP能源站运行人员 229
7章 维持CHP系统的运行效率 1
17.1 背景 1
17.2 能监控 4
17.3 调试验(指令确认) 5
17.4 部件监测 5
17.4.1 原动机 5
17.4.2 热回收设备
17.4.3 热回收蒸汽发生器(HRSG)
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 系统整体的运行能的监测 245
17.4.10 CHP系统能监测与计算 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系统运行能的监测及调试验公式的配置方案 252
17.7 CHP系统监测调试验(指令确认) 的应用场合 253
17.8 总结 256
参考文献 257
8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
9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.. 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 服务的可用和可靠 279
19.4 能源利用效率 279
19.5 环境效益、遵从和可持续 279
19.6 卓越业绩和行业地位 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 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 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
2章 案例研究3：利用计算机模拟确定新校区的规模 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.. 经济分析中的设备模块 306
22.2.4 盈亏平衡分析 308
2. 结论 312
第章 案例研究5：设施——任务的关键 313
.1 国土安全目标 315
.2 建筑节能目标 316
. 原动机可能 318
..1 黑启动 319
..2 应急能源 320
..3 接入系统 320
..4 考虑 321
.4 电负荷级别 321
.5 可靠值 3
.5.1 环保局经济研究 3
.5.2 电气和协会可靠研究 324
.5.3 可靠值的总结 326
. 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.. 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 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 341
25.1 摘要 341
25.2 介绍 341
25.3 生物燃料的环境可持续 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

现阶段我们处于对电力以及能源生产历史有着共同兴趣的时刻。这一兴趣不仅源于我们试图减少对国外燃料以及能源的依赖，更多地源自我们需要发展经济且本土化的电力及能源，而这些电力及能源是安全、可靠且对环境有益的。对电力或者能源“物尽其用”的众多可靠的方法当中就包括充分利用电力及热能的每一个有用的单元。电热能可以从单一燃料能源中提取，并尽可能利用任何与环境温度相近的“废弃能源”。这一情况不仅对效率提出了要求（来自热力学定律），但同样也对实际可行的尽可能达到高效能提出了要求（来自热力学第二定律）。这就是热电联供系统（CHP）或者热电联产涉及的电力与能源领域。
CHP系统不仅提供的能源，并且在电网电力之外提供紧急备用能源，以及为工厂、中央能源站、建筑或者综合商业体提供热力管网。 衡量的CHP热效率达到65%~80%，根据原动机(内燃机或者燃气轮机)、排烟质量（温度、压力以及焓）以及余热锅炉（HRSG）的效能，余热锅炉生产有用的热能经热力管网输送至各建筑物。这就意味着典型的CHP系统在运行与维修计划与体系方面是复杂的。它要求给予运行人员专业的培训，不仅要求他们做到维持系统正常时间内的运行，还需要预测问题发生的各种情况，并且在问题发生之前具备解决问题和防止系统停运的能力。
本书由6个部分组成，主要关于CHP的规划、设计、建造以及运行。部分概括了CHP系统以及监管的基本知识；第2部分探讨了如何完成热电联产可行以及命周期成本分析；第3部分集中分析了设计以及如何规划CHP能源站和处理风险管理的问题，而这一问题制约着项目的经济；第4部分提供了包括运行等建设过程的指导原则；第5部分详述了能源站运行以及持续的维护。本书同样囊括了源自该行业者、贡献者以及专家关于各种类型CHP案例的研究（第6部分）。CHP也提供了这样一种机会，即通过使用生物燃料作为CHP系统的一次能源可以使客户在开展业务的同时，对其生产活动中产生的碳排放进行中和，即减少排放。
本书也包含了与机械及电气、建筑业主、开发商、建筑及能源站运行人员、建筑师以及承包商相关内容的探讨。21世纪，以上人员会参与到建筑以及工业供热、供冷及电力需求的设计以及管理当中。随着能源使用及能源价格的持续上涨，必须寻找CHP安装的契机以提高建筑、工业以及制造业的能源使用效率，通过更有效地利用废热生产的有用源以/或者电能来替代一次能源，从而减少购买一次能源的费用。
，本书向CHP系统的管理者提供了多种关于可持续运行的实用建议。以效经济的方式对CHP系统实施诊断以及专业的控制，不仅能以可靠的方式提供电、冷和热，并且减少了对环境产生的碳排放。
CHP系统通常是构成分布式能源（DE）的重要组成部分，并且可以单独与电网融合或者与多种集成的多个千瓦级别的建筑街区相结合。正如我的PNNL同事（Don Hammerstrom）在一篇文章当中提及的，分布式能源在未来电网系统全面更新的领域内扮演的角色将会越来越重要，该领域被称作“智能电网”，该文章被大卫·恩格尔称之为“电网智慧未来”。此外，分布式能源特别是在包括了备用应急电力系统的备用发电机领域里发挥的作用也会越来越大。因此，展望未来，CHP系统可能比现在所想象的能提供更广泛的应用。

DR.SRIRAM SOMASUNDARAM,FASME,FASHRAE
Pacific Northwest National Laboratory,Richland,Washington