CN103364211B - 一种天然气分布式供能综合实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气分布式供能综合实验装置。目前还没有一种能够满足分布式供能系统的全工况试验与能效特性测试的要求的天然气分布式供能综合实验装置。本发明的特点是：包括燃气内燃机发电机组、微型燃气轮机发电机组、余热利用模块、试验负载、数据采集处理系统和控制系统，燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组通过电缆和试验负载连接，数据采集处理系统分别和燃气内燃机发电机组的电能输出端和微型燃气轮机发电机组的电能输出端连接，余热利用模块通过管道连接在燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组上，余热利用模块和试验负载之间连接有管路。本发明能够满足分布式供能系统的全工况试验与能效特性测试的要求。

Description

一种天然气分布式供能综合实验装置

技术领域

本发明涉及一种分布式供能综合实验装置，尤其是涉及一种天然气分布式供能综合实验装置，能够进行天然气分布式能源的技术研发。

背景技术

目前，在我国能源结构中还是以传统的集中式供能为主，即采用大容量的机组、集中生产和远程输送，形成“大机组、大电厂、大电网”的集中式能源生产和供应模式。特别是煤炭资源的利用，占据了国内一次能源生产的70%以上，而煤电生产更是占到了全国发电量的80%左右。这些大型的燃煤电站，由于其远离用户、能源利用效率低以及排放污染严重等特点，在环保和能源供应方面已经对国民经济的发展产生越来越明显的制约作用。

分布式能源的概念起源于国外，西方发达国家早在30年前就开始探讨如何解决电网安全、能源的高效清洁利用以及可再生能源的互补等问题，并各自基于自身的发展需要和急需解决的问题，对分布式能源系统的概念给出了定义。在美国，电力公司最早起用DG（DistributedGeneration）的定义，主要指分散的小型发电设备，在用户端发电，被视为一种电力安全的保障手段，保持电网安全的多元化。随着科学技术的不断进步，特别是可再生能源技术的广泛应用，人们将可再生能源和发电的废热，以及其他分散化的废气资源利用都当成一种资源，因而分布式能源的概念向DER（DistributedEnergyResources）发生转变，强调网络化的资源利用系统。而在日本，ES（EnergyStorage）的概念正在逐步受到重视，强调电热冷的蓄能技术，既能与分布式能源配套运行，也可以自成体系成为家庭或公司的一种经营模式，并在电力供应中断后能够提供安全保障。

我国分布式能源的发展起步较晚，关于分布式能源方面的法规和并网运行方面的规程制度还不完善，分布式能源的发展受到资源、电价、设备、技术和电网等多方面因素的制约。2000年，国家四部委在《关于发展热电联产的规定》中正式提出：“鼓励使用清洁能源，鼓励发展热、电、冷联产技术和热、电、煤气联产，以提高热能综合利用效率”，并推出了一系列的鼓励政策，在北京、上海、广东等地开展分布式能源的推广应用，并已建成了一批分布式供能项目。2011年10月9日，国家发展改革委、财政部、住房城乡建设部和国家能源局联合发布了名为《关于发展天然气分布式能源的指导意见》的文件，提出“十二五”期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域，要求2015年前完成天然气分布式能源主要装备研制，并通过示范工程应用，当装机规模达到500万千瓦，解决分布式能源系统集成，装备自主化率达到60%；当装机规模达到1000万千瓦，基本解决中小型、微型燃气轮机等核心装备自主制造，装备自主化率达到90%。到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到5000万千瓦，初步实现分布式能源装备产业化。

目前，天然气分布式供能的使用越来越广泛，如公开日为2010年10月27日，公开号为CN101871440A的中国专利中，公开了一种太阳能天然气互补喷射型分布式电冷热联供装置涉及到天然气分布式供能的利用；又如公开日为2007年05月09日，公开号为CN1958723的中国专利中，公开了一种生物质能和天然气互补的分布式能量系统，也涉及到天然气分布式供能的利用；再如[学位论文]江平，2005-同济大学：供热、供燃气、通风及空调工程，公开了小型天然气分布式发电技术研究，该研究仅限于小型天然气分布式发电技术。

综上所述，目前还没有一种结构简单，设计合理，使用方便，实验的可靠性高，能够满足分布式供能系统的全工况试验与能效特性测试的要求，能为分布式能源系统集成、测试理论研究提供试验平台的天然气分布式供能综合实验装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，使用方便，实验的可靠性高，能够满足分布式供能系统的全工况试验与能效特性测试的要求，能为分布式能源系统集成、测试理论研究提供试验平台的天然气分布式供能综合实验装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该天然气分布式供能综合实验装置的结构特点在于：包括燃气内燃机发电机组、微型燃气轮机发电机组、余热利用模块、试验负载、数据采集处理系统和控制系统，所述燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组均通过电缆和试验负载连接，该燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组所发出的电力输送到试验负载中；所述数据采集处理系统分别和燃气内燃机发电机组中的电能输出端和微型燃气轮机发电机组中的电能输出端连接，该数据采集处理系统对燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组进行数据采集、处理、存储和显示；所述余热利用模块通过管道连接在燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组上，燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组所排出的烟气经管道输送到余热利用模块中进行利用，然后再排入大气，余热利用模块收集烟气余温生产生活热水和/或空调冷冻水；余热利用模块和试验负载之间连接有管路，余热利用模块生产的生活热水和/或空调冷冻水通过管路输送到试验负载中，数据采集处理系统分别和各管路的出入口连接，数据采集处理系统分别采集各管路出入口的参数，并对管路中的烟气和循环水的技术参数进行采集、处理、存储和显示；所述控制系统分别与燃气内燃机发电机组、微型燃气轮机发电机组、余热利用模块、试验负载和数据采集处理系统连接，该控制系统对天然气分布式供能综合实验装置的运行进行控制；所述试验负载用以消耗燃气内燃机发电机组生产的电力、微型燃气轮机发电机组生产的电力和余热利用模块生产的冷能量，达到模拟电力负载和空调负载的目的。由此使得本发明能够满足分布式供能系统的全工况试验与能效特性测试的要求，能为分布式能源系统集成、测试理论研究提供试验平台，并通过开展系统的能效测试与评估，推动相关技术开发和应用的稳步前进。

作为优选，本发明所述燃气内燃机发电机组中至少包括一台燃气内燃机发电机。

作为优选，本发明所述微型燃气轮机发电机组中至少包括一台微型燃气轮机发电机。

作为优选，本发明所述燃气内燃机发电机组包括一号燃气内燃机发电机和二号燃气内燃机发电机，该一号燃气内燃机发电机和二号燃气内燃机发电机并联。

作为优选，本发明所述微型燃气轮机发电机组包括一号微型燃气轮机发电机和二号微型燃气轮机发电机，该一号微型燃气轮机发电机和二号微型燃气轮机发电机并联。

作为优选，本发明所述余热利用模块包括烟气型溴化锂制冷机和热水换热器。

作为优选，本发明所述燃气内燃机发电机组产生的缸套水能量通过管路输送到热水换热器中进行利用，热水换热器利用缸套水能量生产生活热水。

作为优选，本发明所述试验负载和烟气型溴化锂制冷机之间通过电缆连接，试验负载中的部分电力输送到烟气型溴化锂制冷机中，用于加热烟气型溴化锂制冷机输出的冷水，以达到试验负载中的电力负载能够随意调节的目的，以解决实际负荷的不确定性问题。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、本发明在国内具有领先水平，能够满足分布式供能系统的全工况试验与能效特性测试的要求，能为分布式能源系统集成、测试理论研究提供试验平台，并通过开展系统的能效测试与评估，推动相关技术开发和应用的稳步前进。2、本发明可以采用多台燃气发电机组并联的方式，可以开展基于多台原动机的分布式供能系统集群控制优化运行技术研究，通过多台联动解决因负荷波动导致系统运行效率低下的问题。3、本发明以开放式为原则，具有可扩展性，可以确保研究人员在开展系统理论研究的同时，还可以进行提升设计，对系统进行完善和改进，以进行深入扩展研究。4、本发明同时兼具分布式冷热电三联供系统的典型示范作用，可以作为天然气分布式供能技术科普和演示平台，能够从发电、余热利用、制冷、制热、检测和控制等多角度出发，向参观者展示分布式能源的系统原理、关键技术和推广优势。5、结构简单，设计合理，使用方便，实验的可靠性高。

附图说明

图1是本发明实施例中的天然气分布式供能综合实验装置的结构示意图。

图2是图1中标有介质流动方向、电力输送方向和信号传输方向后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2，本实施例中的天然气分布式供能综合实验装置包括燃气内燃机发电机组、微型燃气轮机发电机组、余热利用模块、试验负载7、数据采集处理系统8和控制系统。

本实施例中的燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组均通过电缆和试验负载7连接，该燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组所发出的电力通过电缆输送到试验负载7中，试验负载7能够消耗燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组所发出的电力。

本实施例中的数据采集处理系统8分别和燃气内燃机发电机组中的电能输出端和微型燃气轮机发电机组中的电能输出端连接，该数据采集处理系统8对燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组进行数据采集、处理、存储和显示。

本实施例中的余热利用模块通过管道连接在燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组上，燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组所排出的烟气经管道输送到余热利用模块中进行利用，然后再排入大气，余热利用模块收集烟气余温生产生活热水和空调冷冻水。

本实施例中的余热利用模块和试验负载7之间连接有管路，余热利用模块生产的空调冷冻水通过管路输送到试验负载7中，试验负载7能够消耗余热利用模块生产的空调冷冻水。用于连接余热利用模块和试验负载7的管路的出入口分别和数据采集处理系统8连接，数据采集处理系统8分别采集各管路出入口的参数，并对管路中的烟气和循环水的技术参数进行采集、处理、存储和显示。

本实施例中的控制系统分别与燃气内燃机发电机组、微型燃气轮机发电机组、余热利用模块、试验负载7和数据采集处理系统8连接，该控制系统对天然气分布式供能综合实验装置的运行进行控制。

本实施例中的试验负载7用以消耗燃气内燃机发电机组生产的电力、微型燃气轮机发电机组生产的电力和余热利用模块生产的冷能量，达到模拟电力负载和空调负载的目的。

本实施例中的燃气内燃机发电机组包括一号燃气内燃机发电机1和二号燃气内燃机发电机2，该一号燃气内燃机发电机1和二号燃气内燃机发电机2并联。本发明中的燃气内燃机发电机组中至少包括一台燃气内燃机发电机。

本实施例中的微型燃气轮机发电机组包括一号微型燃气轮机发电机3和二号微型燃气轮机发电机4，该一号微型燃气轮机发电机3和二号微型燃气轮机发电机4并联。本发明中的微型燃气轮机发电机组中至少包括一台微型燃气轮机发电机。

本实施例中的余热利用模块包括烟气型溴化锂制冷机5和热水换热器6，燃气内燃机发电机组产生的缸套水能量通过管路输送到热水换热器6中进行利用，热水换热器6利用缸套水能量生产生活热水。试验负载7和烟气型溴化锂制冷机5之间通过电缆连接，试验负载7中的部分电力输送到烟气型溴化锂制冷机5中，用于加热烟气型溴化锂制冷机5输出的冷水，以达到试验负载7中的电力负载能够随意调节的目的，以解决实际负荷的不确定性问题。

本实施例中的一号燃气内燃机发电机1、二号燃气内燃机发电机2、一号微型燃气轮机发电机3和二号微型燃气轮机发电机4利用天然气发电，输出高温烟气，作为天然气分布式供能综合实验装置的燃气动力部分，为天然气分布式供能综合实验装置提供电力和烟气余热。

本实施例中的烟气型溴化锂制冷机5可以利用燃气内燃机发电机组和/或微型燃气轮机发电机组排出的高温烟气制冷，将冷冻水回水温度降低，并将烟气温度降低排出。本实施例中的热水换热器6可以回收燃气内燃机发电机组的缸套水能量，通过热交换，对生活热水进行加热，一方面冷却缸套水，另一方面生产出有用的生活热水。

本实施例中的试验负载7能够消耗燃气动力部分生产出来的电力和余热利用模块生产的冷能量，通过电加热系统，对烟气型溴化锂制冷剂5输出的冷水进行加热，一方面为系统提供模拟的电力负载和空调负载，另一方面能够实现随意调节，解决实际负荷的不确定性问题。

本实施例中的数据采集处理系统8可以对实验平台中的每个设备输入、输出参数进行监测、数据采集、处理、存储和显示，实时监测系统中的温度、压力、流量、电能质量等参数，为系统试验提供实时数据，并及时反馈给控制系统。控制系统主要承担发送运行指令、显示运行参数等功能，同时控制系统采取开放式设计，以便于后续扩展和兼容改造。

本实施例中的天然气分布式供能综合实验装置可以开展基于燃气内燃机或微型燃气轮机的分布式冷热电联供系统集成测试试验，可以有效利用燃气内燃机的缸套水能量，能够实时监测、存储和显示系统各接口输入输出参数，具有开放式设计特点，能够根据研究需要进行功能扩展改造。

下面对本实施例中的天然气分布式供能综合实验装置在运行时，天然气分布式供能综合实验装置中的介质流动方向、电力输送方向和信号传输方向进行说明，如附图2所示，一号燃气内燃机发电机1、二号燃气内燃机发电机2、一号微型燃气轮机发电机3和二号微型燃气轮机发电机4产生的电力分别沿a、b、c和d输出，然后进行合并，最终输入试验负载7中；一号燃气内燃机发电机1、二号燃气内燃机发电机2、一号微型燃气轮机发电机3和二号微型燃气轮机发电机4产生的高温烟气分别沿e、f、g和h输出，然后进行合并，最终输入烟气型溴化锂制冷机5中，高温烟气中的能量被烟气型溴化锂制冷机5利用后，高温烟气变成低温烟气，该低温烟气最终从w排放出；一号燃气内燃机发电机1和二号燃气内燃机发电机2产生的缸套水合并后，沿k输出，然后进入热水换热器6中进行热交换，缸套水中的能量被热水换热器6利用，降温后的缸套水沿t输出；生活热水的回水沿m输入热水换热器6中，生活热水进行加热后，沿n输出；冷冻水回水沿x输入烟气型溴化锂制冷机5中，经过降温后的冷冻水出水沿y输出，试验负载7中的电力可以对从y处输出的冷冻水进行加热；监测信号沿s方向输送，控制信号沿r方向输送。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种天然气分布式供能综合实验装置，其特征在于：包括燃气内燃机发电机组、微型燃气轮机发电机组、余热利用模块、试验负载、数据采集处理系统和控制系统，所述燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组均通过电缆和试验负载连接，该燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组所发出的电力输送到试验负载中；所述数据采集处理系统分别和燃气内燃机发电机组中的电能输出端和微型燃气轮机发电机组中的电能输出端连接，该数据采集处理系统对燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组进行数据采集、处理、存储和显示；所述余热利用模块通过管道连接在燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组上，燃气内燃机发电机组和微型燃气轮机发电机组所排出的烟气经管道输送到余热利用模块中进行利用，然后再排入大气，余热利用模块收集烟气余温生产生活热水和/或空调冷冻水；余热利用模块和试验负载之间连接有管路，余热利用模块生产的生活热水和/或空调冷冻水通过管路输送到试验负载中，数据采集处理系统分别和各管路的出入口连接，数据采集处理系统分别采集各管路出入口的参数，并对管路中的烟气和循环水的技术参数进行采集、处理、存储和显示；所述控制系统分别与燃气内燃机发电机组、微型燃气轮机发电机组、余热利用模块、试验负载和数据采集处理系统连接，该控制系统对天然气分布式供能综合实验装置的运行进行控制；所述试验负载用以消耗燃气内燃机发电机组生产的电力、微型燃气轮机发电机组生产的电力和余热利用模块生产的冷能量，达到模拟电力负载和空调负载的目的；所述余热利用模块包括烟气型溴化锂制冷机和热水换热器；所述燃气内燃机发电机组产生的缸套水能量通过管路输送到热水换热器中进行利用，热水换热器利用缸套水能量生产生活热水；所述试验负载和烟气型溴化锂制冷机之间通过电缆连接，试验负载中的部分电力输送到烟气型溴化锂制冷机中，用于加热烟气型溴化锂制冷机输出的冷水，以达到试验负载中的电力负载能够随意调节的目的，以解决实际负荷的不确定性问题；数据采集处理系统对实验装置中的每个设备输入、输出参数进行监测、数据采集、处理、存储和显示，实时监测实验装置中的温度、压力、流量、电能质量参数，为实验装置试验提供实时数据，并及时反馈给控制系统。

2.根据权利要求1所述的天然气分布式供能综合实验装置，其特征在于：所述燃气内燃机发电机组中至少包括一台燃气内燃机发电机。

3.根据权利要求1所述的天然气分布式供能综合实验装置，其特征在于：所述微型燃气轮机发电机组中至少包括一台微型燃气轮机发电机。

4.根据权利要求1所述的天然气分布式供能综合实验装置，其特征在于：所述燃气内燃机发电机组包括一号燃气内燃机发电机和二号燃气内燃机发电机，该一号燃气内燃机发电机和二号燃气内燃机发电机并联。

5.根据权利要求1所述的天然气分布式供能综合实验装置，其特征在于：所述微型燃气轮机发电机组包括一号微型燃气轮机发电机和二号微型燃气轮机发电机，该一号微型燃气轮机发电机和二号微型燃气轮机发电机并联。