一種耦合太陽能的天然氣分布式能源系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明屬于能源利用技術領域，具體涉及一種耦合太陽能的天然氣分布式能源系統(tǒng)。
【背景技術】
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[0002]分布式能源系統(tǒng)是相對于傳統(tǒng)集中式供能方式而言的供能系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)直接面向用戶，按用戶的需求就地生產(chǎn)并供應能量，是具有多種功能，可滿足多重目標的能量轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)。與傳統(tǒng)集中式供能方式相比，分布式能源接近用戶側，不需要建設大電網(wǎng)、大熱網(wǎng)，避免了能源的遠距離輸送，可節(jié)省建設投資，并減少了線路損失和運行費用。分布式能源可以有分布式光伏、分布式風能、天然氣分布式能源系統(tǒng)(也稱天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng))等多種形式。天然氣分布式能源系統(tǒng)由燃氣輪機、余熱鍋爐、汽輪機、吸收式熱栗和制冷機等設備組成，其兼?zhèn)浒l(fā)電、供熱、制冷等多種能源供應功能，可以有效實現(xiàn)能源的梯級利用，達到超過70%的能源綜合利用率。相比其他分布式能源系統(tǒng)，天然氣分布式能源系統(tǒng)具有能量輸出穩(wěn)定且多樣的優(yōu)勢，尤其適合于具有多種能源需求(電力、熱水、冷水、蒸汽等)的工業(yè)園區(qū)和建筑群。
[0003]燃氣輪機是天然氣分布式能源系統(tǒng)的關鍵設備，通常為滿足燃氣輪機對天然氣燃料品質(zhì)的要求，會在天然氣外部管網(wǎng)和燃氣輪機之間設置調(diào)壓站和前置預處理模塊。調(diào)壓站主要對進廠的天然氣進行粗過濾和調(diào)壓，前置預處理模塊主要包括天然氣精過濾和加熱單元。天然氣溫度是燃料品質(zhì)的關鍵參數(shù)，影響天然氣分布式能源系統(tǒng)的安全和高效運行，主要有兩方面原因:一是由于焦耳-湯普森效應，天然氣會在調(diào)壓站降壓過程中降溫，容易產(chǎn)生凝析水或使碳氫化合物液化，會對輸送設備造成損傷或使管道外表面結冰，因此燃氣輪機廠商均會要求機組的燃料入口溫度在一定范圍內(nèi)，而不同機型的具體要求有所不同，例如GE PG6581B機組要求燃料入口溫度至少超過天然氣露點28°C，但最高溫度不超過125°C,GE PG9171E要求燃料入口溫度至少超過天然氣露點28°C，但最高溫度不超過70°C;二是燃氣輪機的熱效率和燃燒室的動態(tài)特性受天然氣溫度影響很大，因此天然氣在進入燃燒室之前必須精確控制溫度，例如GE采用DLN2.0+燃燒系統(tǒng)的9F機型(典型如9F.03，9F.05等)，其要求在機組并網(wǎng)之前采用電加熱器進行天然氣加熱，當機組并網(wǎng)后投入天然氣性能加熱器，最終使天然氣溫度達到額定運行參數(shù)185°C。
[0004]現(xiàn)有天然氣加熱技術主要采用電加熱、水浴加熱、汽輪機抽汽加熱、余熱鍋爐出口熱水加熱等方式。這幾種加熱方式均為高能低用，最終均會消耗高品位的化石能源，降低了天然氣分布式能源系統(tǒng)或聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的能源利用率。
[0005]太陽能是一種清潔、無污染的可再生能源，其開發(fā)利用被世界各國公認為能源戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽能熱利用是太陽能利用的主要方式之一。按照工質(zhì)的溫度，太陽能熱利用可分為低溫、中溫、高溫三種類型。由于太陽輻射具有分散性強，能流密度低的特點，適合輸出得到中低溫熱源，因此中、低溫熱利用是目前太陽能低成本、規(guī)模化應用最重要的領域。太陽能集熱技術是太陽能中、低溫熱利用技術的一種，主要包括真空管集熱和平板集熱兩種方式，其技術成熟且節(jié)能效果顯著，現(xiàn)已廣泛應用于我國居民熱水供應領域。但由于太陽能存在自身連續(xù)性差的特點，難以保證可靠的熱源輸出，若用于區(qū)域供熱，蓄熱系統(tǒng)將十分龐大，且由于所輸出的熱源品位較低，難以獲得低成本的高效利用。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種耦合太陽能的天然氣分布式能源系統(tǒng)。該系統(tǒng)以能的梯級利用為原則，通過太陽能集熱器產(chǎn)生中低溫熱水，加熱燃氣輪機所需的天然氣，使低品位熱能進入高溫布雷頓循環(huán)，提高了中低溫太陽能的應用能級，并與余熱利用裝置一起滿足用戶側終端熱負荷需求，達到可再生能源與天然氣分布式能源的優(yōu)勢互補，獲得穩(wěn)定的太陽能熱利用，降低了化石能源的消耗，提高了分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0008]—種耦合太陽能的天然氣分布式能源系統(tǒng)，包括燃氣輪機發(fā)電機組、余熱利用裝置、太陽能集熱系統(tǒng)、儲熱水箱、熱水用戶、蒸汽用戶以及天然氣加熱器;其中，
[0009]燃氣輪機發(fā)電機組上設置有天然氣入口、空氣入口以及排氣口，天然氣加熱器上設置有天然氣出入口，天然氣加熱器的出口連接至燃氣輪機發(fā)電機組的天然氣入口，燃氣輪機發(fā)電機組的排氣口連接至余熱利用裝置的排氣入口，余熱利用裝置上設置有排氣排空出口；
[0010]太陽能集熱系統(tǒng)與儲熱水箱之間組成熱水循環(huán)系統(tǒng)，儲熱水箱與天然氣加熱器之間、儲熱水箱與熱水用戶之間均組成熱水循環(huán)系統(tǒng)；熱水用戶與余熱利用裝置之間組成熱水循環(huán)系統(tǒng)，余熱利用裝置與天然氣加熱器之間組成熱水循環(huán)系統(tǒng)，且余熱利用裝置上設置有蒸汽出口，該蒸汽出口連接至蒸汽用戶。
[0011]本發(fā)明進一步的改進在于，燃氣輪機發(fā)電機組包括依次連接的壓氣機、燃燒室、燃氣透平和發(fā)電機，其中，壓氣機上設置有空氣入口，燃燒室上設置有天然氣入口，燃氣透平上設置有排氣口，且燃氣透平用于驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。
[0012]本發(fā)明進一步的改進在于，天然氣加熱器包括依次連接的第一級然氣加熱器和第二級天然氣加熱器，儲熱水箱與第一級然氣加熱器之間組成熱水循環(huán)系統(tǒng)，余熱利用裝置與第二級天然氣加熱器之間組成熱水循環(huán)系統(tǒng)。
[0013]本發(fā)明進一步的改進在于，余熱利用裝置為余熱鍋爐或余熱鍋爐和汽輪機發(fā)電機組的組合。
[0014]本發(fā)明進一步的改進在于，太陽能集熱系統(tǒng)采用真空管或平板型太陽能集熱系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明進一步的改進在于，儲熱水箱與天然氣加熱器之間組成的熱水循環(huán)系統(tǒng)管道上設置有第一閥門，儲熱水箱與熱水用戶之間均組成的熱水循環(huán)系統(tǒng)管道上設置有第二閥門和第三閥門，熱水用戶與余熱利用裝置之間組成的熱水循環(huán)系統(tǒng)管道上設置有第四閥門和第五閥門，余熱利用裝置與天然氣加熱器之間組成的熱水循環(huán)系統(tǒng)管道上設置有第六閥門。
[0016]本發(fā)明進一步的改進在于，工作時，天然氣經(jīng)過天然氣加熱器后進入燃燒室;空氣經(jīng)過壓氣機后進入燃燒室，空氣與天然氣在燃燒室內(nèi)燃燒后進入燃氣透平;燃氣透平排氣進入余熱利用裝置，余熱利用裝置的排氣進入大氣;太陽能集熱系統(tǒng)產(chǎn)生熱水進入儲熱水箱，熱水在儲熱水箱與天然氣加熱器之間、儲熱水箱與熱水用戶之間、熱水用戶與余熱利用裝置之間、余熱利用裝置與天然氣加熱器之間循環(huán)，且余熱利用裝置為蒸汽用戶提供水蒸汽。
[0017]相對于現(xiàn)有技術。本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本發(fā)明采用太陽能、天然氣相耦合的分布式供能方式，利用天然氣分布式能源輸出穩(wěn)定的特點，使太陽能獲得穩(wěn)定利用，解決了單獨太陽能供能系統(tǒng)持續(xù)性差，蓄熱系統(tǒng)龐大的缺點。
[0019]本發(fā)明相比單獨的天然氣分布式能源系統(tǒng)，在獲得相同的電、熱(冷)輸出的情況下，以可再生能源供熱(冷)，替代部分化石能源消耗，達到節(jié)能減排的有益效果。
[0020]本發(fā)明采用太陽能加熱天然氣，可以減少天然氣加熱單元化石能源的消耗，如采用GE PG6581B燃氣輪機和雙壓非再熱蒸汽系統(tǒng)的區(qū)域型分布式能源系統(tǒng)，原天然氣加熱單元采用低壓省煤器出口熱水為熱媒將天然氣從25°C加熱到125°C，當加熱單元改由太陽能為熱源時，系統(tǒng)發(fā)電效率可提高約0.1個百分點，按年利用小時數(shù)5000計算，年可節(jié)約天然氣約7萬方。
[0021]本發(fā)明將太陽能集熱系統(tǒng)獲得的低品位熱能優(yōu)先輸入燃氣輪機的高溫布雷頓循環(huán)發(fā)電，提高了中、低溫太陽能的應用能級，實現(xiàn)了低溫熱能的跨級利用，提高了分布式能源系統(tǒng)的發(fā)電效率，如采用GE PG6581B燃氣輪機和雙壓非再熱蒸汽系統(tǒng)的區(qū)域型分布式能源系統(tǒng)，可利用太陽能將天然氣從25°C加熱到125°C，相比天然氣溫度為25°C的工況，天然氣加熱后系統(tǒng)發(fā)電效率可以提高0.2個百分點。
[0022]綜上所述，本發(fā)明采用太陽能與天然氣相耦合的供能方式，利用天然氣分布式能源輸出穩(wěn)定的特點，使太陽能獲得穩(wěn)定利用，解決了單獨太陽能供能系統(tǒng)持續(xù)性差、蓄熱系統(tǒng)龐大的缺點；相比單獨的天然氣分布式能源系統(tǒng)，在獲得相同的電、熱(冷)輸出的情況下，以可再生能源供熱(冷)，替代了部分化石能源消耗；以能的梯級利用為原則，使中、低溫太陽能獲得跨級利用，通過太陽能加熱天然氣，降低了天然氣加熱單元的能耗，提高了分布式能源系統(tǒng)的發(fā)電效率;本發(fā)明實現(xiàn)了可再生能源與化石能源的優(yōu)勢互補，具有節(jié)能與環(huán)保的雙重效益。
【附圖說明】
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[0023]圖1是本發(fā)明一種耦合太陽能的天然氣分布式能源系統(tǒng)