可持續(xù)分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)：設計建造與運行

第1部分　CHP基礎
第1章　概述 2
1.1　為什么選擇CHP 3
1.2　歷史 4
1.3　CHP基本介紹 7
1.3.1 發(fā)動機類型 9
1.3.2 熱耗率 10
1.3.3 發(fā)電機與配電系統(tǒng) 10
1.3.4 余熱鍋爐 11
1.3.5 導熱流體的交替使用(導熱油) 11
1.3.6 余熱利用的類型 11
1.4　匹配載荷要求 12
1.4.1 熱能質(zhì)量 12
1.4.2 常用系統(tǒng)大小 12
1.4.3 環(huán)境影響與控制 13
1.5　分布式能源行業(yè)面臨的主要問題 14
參考文獻 15

第2章　CHP系統(tǒng)的適用性 16
2.1　背景 16
2.2　商業(yè)及公益機構(gòu)的CHP 應用 18
2.2.1 原動機燃料類型 19
2.2.2 建筑類型及規(guī)模 19
2.2.3 氣候區(qū)域 23
2.2.4 BCHP原動機的基本類型及功率范圍 24
參考文獻 27

第3章　電力設備及系統(tǒng) 29
3.1　燃料發(fā)電設備 32
3.1.1 活塞式內(nèi)燃機 33
3.1.2 燃氣輪機 40
3.1.3 微燃機 43
3.1.4 燃料電池 44
3.2　熱動力設備 47
3.3　CHP原動機比較 50
3.3.1 電力輸出與發(fā)電效率 50
3.3.2 余熱利用的潛力 50
3.3.3 燃料及燃料壓力 51
3.3.4 NOx 排放 51
3.3.5 功率密度 51
3.3.6 設備可運行時間及大修間隔時間 52
3.3.7 啟動時間 52
3.3.8 噪聲 52
3.4　CHP能源站系統(tǒng)要求 53
參考文獻 54

第4章　CHP熱負荷設計 55
4.1　CHP系統(tǒng)的熱負荷設計 56
4.1.1 負荷系數(shù)VS效率 56
4.1.2 熱電比 57
4.1.3 建筑物負荷 58
4.2　余熱利用設備的選擇及設計 59
4.3　熱能技術(shù) 62
4.4　負荷特征及優(yōu)化 68
4.5　與建筑系統(tǒng)融合 71

第5章　模塊化CHP系統(tǒng) 73
5.1　模塊化CHP系統(tǒng)的內(nèi)在特征 73
5.1.1 預工程設計 74
5.1.2 預裝配 75
5.1.3 預質(zhì)檢 75
5.2　模塊化CHP系統(tǒng)的優(yōu)點與缺點 76
5.2.1 提高性能 76
5.2.2 降低負面環(huán)境影響 79
5.2.3 更高的可靠性 80
5.2.4 更好的經(jīng)濟性 80
5.3　商用模塊化CHP系統(tǒng)案例 81
5.3.1 電力/熱水系統(tǒng) 81
5.3.2 電/冷/熱系統(tǒng) 82
參考文獻 82

第6章　監(jiān)管問題 84
6.1　美國聯(lián)邦政府CHP政策 84
6.2　美國州級CHP政策 86
6.3　其他國家CHP政策 88
6.4　CHP項目計劃 89
6.4.1 紐約州能源研究與發(fā)展機構(gòu)的DG-CHP(區(qū)域能源-熱電聯(lián)產(chǎn))示范項目 89
6.4.2 加利福尼亞州標準并網(wǎng)準則 89
6.4.3 康涅狄格州可再生能源配額標準 90
6.4.4 德國上網(wǎng)電價補貼 90
6.4.5 公用事業(yè)公司項目計劃 91
6.5　未來政策發(fā)展 91
6.6　CHP系統(tǒng)要求 92

第7章　碳排放—環(huán)境效益及排放控制 93
7.1　發(fā)電產(chǎn)生的碳排放 94
7.2　溫室氣體排放計算系統(tǒng) 95
7.2.1 美國環(huán)保局溫室氣體排放當量計算系統(tǒng) 95
7.2.2 美國環(huán)保局辦公室碳排放計算系統(tǒng) 95
7.2.3 潔凈空氣清涼地球校園溫室氣體排放計算系統(tǒng) 96
7.2.4 世界資源研究所的工業(yè)與辦公領域計算系統(tǒng) 96
7.3　CHP環(huán)境效益 96
7.4　CHP環(huán)境排放 98
7.4.1 活性有機氣體的排放 98
7.4.2 排放計算系統(tǒng) 98
7.5　CHP排放控制技術(shù) 102
7.5.1 活塞式內(nèi)燃發(fā)動機 102
7.5.2 燃氣輪機 104
參考文獻 108

第2部分　可行性研究
第8章　基礎概念 110
8.1　研究類型—從篩選到具體可行性 110
8.2　可行性研究工具及軟件 111
8.2.1 手冊和列線圖粗略篩選(或者初步可行性評價) 111
8.2.2 軟件篩選工具 112
8.2.3 設計用逐時能源模擬工具 113
8.2.4 排放測算工具 113
8.3　CHP合格篩選—現(xiàn)有設施 114
8.4　Level 1可行性研究—現(xiàn)有設施 114
8.4.1 原始數(shù)據(jù)收集 115
8.4.2 后續(xù)分析 115
8.4.3 經(jīng)濟性分析 116
8.4.4 Level 1可行性研究—基本大綱 117
8.5　Level 2可行性研究—現(xiàn)有設施 118
8.6　新建設施的CHP可行性 119
參考文獻 120

第9章　CHP經(jīng)濟性分析 122
9.1　CHP經(jīng)濟性分析 122
9.2　簡單投資回收分析 122
9.3　生命周期成本分析 123
9.3.1 備選方案 123
9.3.2 工程經(jīng)濟學 123
9.3.3 生命周期成本過程 124
9.3.4 資本成本對比年度成本 124
9.3.5 現(xiàn)金流量表 124
9.3.6 資金的時間價值 125
9.3.7 折現(xiàn)率 125
9.3.8 利率 125
9.3.9 等值 125
9.3.10 現(xiàn)值 126
9.3.11 凈現(xiàn)值 126
9.3.12 上漲率 127
9.3.13 分析周期 127
9.3.14 殘值 127
9.3.15 年金 128
9.4　計算預估的能源耗費和成本 128
9.5　預測年運行及維護費用 130
9.6　工程造價預算 131
9.7　計算生命周期成本 132
參考文獻 133

第3部分　設計
第10章　工程設計程序 136
10.1　雇傭最好的工程設計團隊 137
10.1.1 資質(zhì)驗證 138
10.1.2 面試 139
10.2　工程設計程序 140
10.2.1 規(guī)劃項目管理計劃 141
10.2.2 規(guī)劃 142
10.2.3 法令/規(guī)范審查 143
10.2.4 方案設計和設計深化 143
10.2.5 技術(shù)規(guī)范 144
10.2.6 施工圖(工程建設文件) 144
10.2.7 規(guī)劃確認 145
10.2.8 招標文件 145
10.3　CHP設計的主要問題 146
10.3.1 原動機選擇效果 147
10.3.2 余熱利用選擇 147
10.3.3 燃料系統(tǒng) 149
10.3.4 助燃空氣 150
10.3.5 排氣系統(tǒng) 151
10.3.6 排放控制 151
10.3.7 熱能利用 152
10.3.8 并網(wǎng)及保護 153
10.3.9 運行靈活性 153
10.3.10 能源站選址及布置 153
10.3.11 降低噪聲和振動 154
10.3.12 電廠控制/集成 155
10.3.13 運行策略 156
10.4　無形的知識與經(jīng)驗 156

第11章　電氣設計特征及問題 157
11.1　配電裝置設計要點 158
11.1.1 選擇和設計 158
11.1.2 環(huán)境要求 162
11.2　接地考慮 162
11.2.1 接地系統(tǒng)類型 163
11.2.2 連接要求 164
11.2.3 CHP電能質(zhì)量 164
11.3　并網(wǎng)規(guī)范和標準 165
11.3.1 保護要求 165
11.3.2 專用保護要求 167
11.3.3 并網(wǎng)流程概述 168
11.3.4 最終并網(wǎng)接受與啟動 169
11.4　示例系統(tǒng)圖 170
11.5　總結(jié) 173
參考文獻 173

第12章　獲取建設許可 174
12.1　環(huán)境評價與許可獲得程序 174
12.2　建立有效的申請 175
12.2.1 現(xiàn)有條件概況 175
12.2.2 項目建議書 175
12.2.3 適用的環(huán)境標準和規(guī)范 176
12.2.4 項目影響 176
12.2.5 遵循規(guī)章制度的決定以及建議的批復條件 176
12.3　空氣質(zhì)量 176
12.3.1 技術(shù)與排放標準 178
12.3.2 技術(shù)評判工具與方法 179
12.3.3 大氣排放清單 180
12.3.4 分析空氣質(zhì)量影響及遵循適用的規(guī)程規(guī)范 180
12.4　噪聲 182
12.4.1 噪聲特征 182
12.4.2 噪聲標準 183
12.4.3 降噪 184
12.4.4 危險品運輸及儲存 184
12.4.5 液體燃料儲存 184
12.4.6 氨運輸與儲存 185
12.4.7 危險品 185
12.5　其他潛在環(huán)境影響 185
12.5.1 施工影響 185
12.5.2 審美影響 185
12.5.3 環(huán)境正義 186
12.5.4 文化及古生物資源 186
參考文獻 186

第4部分　建設
第13章　CHP建設 190
13.1　評估承包商的優(yōu)勢 191
13.2　CHP能源站合同組織架構(gòu) 191
13.2.1 傳統(tǒng)的設計—招標—建設程序 192
13.2.2 設計—建設過程 192
13.2.3 整合項目交付程序 193
13.3　確定恰當?shù)慕ㄔO交付方法 194
13.4　通過工程合同保護項目 195
13.4.1 建設期間合同范圍的變化 196
13.4.2 不同的場地條件 197
13.4.3 不可抗力 197
13.4.4 違約金 198
13.4.5 履約擔保 198
13.4.6 履約保證金和保證書 199
13.5　有效的項目管理 199
13.5.1 進度 199
13.5.2 文件編制(文檔資料) 200
13.6　創(chuàng)新的解決爭議的技巧 200
13.6.1 仲裁 200
13.6.2 微型審判程序 201
13.6.3 項目爭議委員會 201
13.7　總結(jié) 201
參考文獻 201

第14章　獲得運營許可及實施合規(guī)管理程序 202
14.1　CHP系統(tǒng)的調(diào)試 202
14.1.1 連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)認證 203
14.1.2 最終運營許可的頒發(fā) 205
14.1.3 實施合規(guī)管理程序 206
14.1.4 提交潛在需要的規(guī)劃 206
14.2　合規(guī)管理程序 207
14.2.1 運營及維護程序 207
14.2.2 合規(guī)監(jiān)測 207
14.2.3 記錄與報告 208
參考文獻 209

第15章　CHP能源站建設期間風險管理 210
15.1　風險管理：保險行業(yè)視角 211
15.2　現(xiàn)有措施概述及限制 213
15.3　應對承包商的不確定成本 214
15.4　使用概率分布 215
15.5　利用風險分析建立“最可能成本” 216
15.6　成本計劃中使用蒙特卡羅模擬 217
參考文獻 218

第5部分　運行
第16章　運行及維護 220
16.1　能源站運行人員 220
16.1.1 經(jīng)驗及培訓 220
16.1.2 優(yōu)秀的運行人員 221
16.1.3 能源站檢查 222
16.1.4 控制排放 222
16.1.5 健康與安全 223
16.1.6 操作手冊及作業(yè)規(guī)范 223
16.2　能源站啟動 224
16.3　能源站優(yōu)化運行 225
16.4　能源站維護 227
16.4.1 燃氣輪機 227
16.4.2 余熱鍋爐 227
16.4.3 蒸汽輪機 227
16.4.4 蒸汽型制冷機及吸收式制冷機 228
16.4.5 能源站輔助設備 228
16.4.6 停機計劃 229
16.5　CHP能源站運行人員 229

第17章　維持CHP系統(tǒng)的運行效率 231
17.1　背景 231
17.2　性能監(jiān)控 234
17.3　調(diào)試驗證(指令確認) 235
17.4　部件監(jiān)測 235
17.4.1 原動機 235
17.4.2 熱回收設備 237
17.4.3 熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 239
17.4.4 吸收式制冷機 240
17.4.5 冷卻塔 242
17.4.6 泵 243
17.4.7 風機 243
17.4.8 除濕系統(tǒng) 244
17.4.9 系統(tǒng)整體的運行性能的監(jiān)測 245
17.4.10 CHP系統(tǒng)性能監(jiān)測與計算 247
17.4.11 指標的匯總(Summary)方程 247
17.5　基于監(jiān)測和實驗測試數(shù)據(jù)的應用實例 250
17.6　利用CHP系統(tǒng)運行性能的監(jiān)測及調(diào)試驗證公式的配置方案 252
17.7　CHP系統(tǒng)性能監(jiān)測及調(diào)試驗證(指令確認) 的應用場合 253
17.8　總結(jié) 256
參考文獻 257

第18章　維持CHP運行 258
18.1　了解CHP能源站 259
18.2　CHP數(shù)據(jù)收集 260
18.2.1 計量 260
18.2.2 監(jiān)測 260
18.3　CHP數(shù)據(jù)分析 261
18.3.1 標準 261
18.3.2 基準調(diào)查 263
18.4　保持問題日志 263
18.5　開票(計費) 264
18.6　運行策略 265
18.7　運營培訓 267
18.8　維護 267
18.9　備用金 268
18.10　保險要求 268
18.11　讓人們了解CHP的良好益處 269

第6部分　案例分析
第19章　案例研究1：普林斯頓大學區(qū)域能源系統(tǒng) 272
19.1　歷史 273
19.2　中央能源站和系統(tǒng) 274
19.2.1 發(fā)電過程 275
19.2.2 配電 275
19.2.3 蒸汽生產(chǎn) 276
19.2.4 蒸汽配送和冷凝水回收 276
19.2.5 冷凍水生產(chǎn) 276
19.2.6 冷凍水配送 277
19.2.7 水系統(tǒng)質(zhì)量管理 277
19.2.8 能源站控制 278
19.2.9 儀表 278
19.2.10 實時的經(jīng)濟調(diào)度 278
19.3　服務的可用性和可靠性 279
19.4　能源利用效率 279
19.5　環(huán)境效益、遵從性和可持續(xù)性 279
19.6　卓越業(yè)績和行業(yè)領先地位 280
19.7　員工安全和培訓 281
19.8　客戶關(guān)系和社會責任 282
19.9　最近的榮譽和獎項 282

第20章　案例研究2：布拉格堡熱電聯(lián)產(chǎn)項目 284
20.1　技術(shù)概述 285
20.1.1 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)并網(wǎng) 286
20.1.2 運行 286
20.1.3 性能測試 287
20.1.4 能量輸送 287
20.1.5 運行監(jiān)測 288
20.1.6 整體能源利用 289
20.2　關(guān)鍵結(jié)論 290
20.3　結(jié)語 292

第21章　案例研究3：利用計算機模擬確定新校區(qū)的最優(yōu)規(guī)模 293
參考文獻 301

第22章　案例研究4：大學校園CHP系統(tǒng)分析 302
22.1　中央能源站介紹 303
22.1.1 熱電聯(lián)產(chǎn)設備 303
22.1.2 吸收式制冷機 304
22.1.3 校園蒸汽負荷 304
22.2　熱電廠優(yōu)化方法 305
22.2.1 熱電聯(lián)產(chǎn)能源站的運行模式 305
22.2.2 分析使用的公用事業(yè)公司的能源價格 306
22.2.3 經(jīng)濟分析中的設備模塊 306
22.2.4 盈虧平衡分析 308
22.3　結(jié)論 312

第23章　案例研究5：政府設施——任務的關(guān)鍵 313
23.1　國土安全目標 315
23.2　建筑節(jié)能目標 316
23.3　原動機可能性 318
23.3.1 黑啟動 319
23.3.2 應急能源 320
23.3.3 接入系統(tǒng) 320
23.3.4 其他考慮 321
23.4　電負荷級別 321
23.5　可靠性價值 323
23.5.1 環(huán)保局經(jīng)濟性研究 323
23.5.2 電氣和電子工程師協(xié)會可靠性研究 324
23.5.3 可靠性價值的總結(jié) 326
23.6　監(jiān)管與創(chuàng)新 326
參考文獻 327

第24章　案例研究6：分布式CHP系統(tǒng)和EPGS系統(tǒng)生態(tài)影響的比較 329
24.1　介紹 330
24.2　參與比較系統(tǒng)的描述 331
24.2.1 傳統(tǒng)CHP能源站 331
24.2.2 ICHP/GCS能源站 331
24.2.3 由燃氣輪機排煙直接驅(qū)動的雙效吸收式制冷機組 335
24.3　系統(tǒng)成本比較 335
24.3.1 投資成本比較 335
24.3.2 能源成本對比 336
24.3.3 運行和維護費用比較 337
24.4　20年壽命周期成本 337
24.5　基于燃料層面的三種方案的環(huán)境影響分析 338
24.6　結(jié)論 339
參考文獻 339

第25章　案例研究7：集成CHP系統(tǒng)以改善整體玉米乙醇經(jīng)濟性 341
25.1　摘要 341
25.2　介紹 341
25.3　生物燃料的環(huán)境可持續(xù)性 343
25.4　當今玉米乙醇生產(chǎn)工藝 344
25.5　凈能源平衡考慮 345
25.6　第二定律考慮 347
25.7　乙醇經(jīng)濟性再分析 348
25.8　相關(guān)的環(huán)境影響 350
25.9　玉米乙醇工藝的一些改進 352
25.10　美國的貿(mào)易差額問題 353
25.11　研究結(jié)果總結(jié) 354
25.12　CHP和EPGS系統(tǒng)的環(huán)境影響對比 356
25.13　結(jié)論 356
25.14　術(shù)語表 358
參考文獻 358

第26章　案例研究8：8.5MW IRS CHP工廠的節(jié)能措施分析 360
26.1　評估可靠應急能源系統(tǒng)的CHP方案 362
26.2　考慮下列應急能源選項 363
26.3　應用的標準和規(guī)范 363
參考文獻 364