可持续分布式热电联产系统 设计建造与运行

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。

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 雇佣优选的工程设计团队 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 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 很好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很优规模 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