可持续分布式热电联产系统：设计建造与运行

前言

得益于现代科技的进步与发展，现代热电联产或者CHP，是一项经过实践证明的成熟技术。这项技术从出现到现在延续了一个世纪。此项技术是可持续的，并且可以看到，它在CO2整体减排方面具有重要优势。因此，本书为读者提供了可持续性用户端CHP能源站的规划、设计、建设和运行方面的介绍。读者可通过本书熟悉并了解上述内容。本书分为6个部分：

第1部分CHP基础

第2部分可行性研究

第3部分设计

第4部分建设

第5部分运行

第6部分案例分析

第1部分，主要提供了关于CHP重要定义及概念、电力设备以及余热利用方案的讨论、模块化热电联产系统、核心的监管问题及挑战、排放影响以及减排控制方案、CHP系统的可靠性以及公用事业电力及燃气公司价格等方面的总体概述。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、余热回收以及有益的热能使用、需要考虑的监管问题、可行的排放控制方案，以及CHP可靠性等内容。

第2部分，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。可行性研究主要对重要问题以及备选方案进行调研审查，以及对能源站进行优化。完成并经过核准的研究为工程设计师提供了路线，接下来工程设计师们将根据它进行具体的设计［举例来说，设计一个1500kW内燃发电机组与热水直燃型吸收式制冷机结合的CHP系统，与2MW燃气轮机（CTG）与余热锅炉（HRSG）相结合的设计进行比较］。

第3部分，讨论了一些重要的工程设计问题，包括电气并网设计问题，规划的核准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，详述了建设过程中的问题，包括了不同的合同、组织架构和合同交付方式以及风险管理。第5部分，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，提供了一系列案例分析来说明可持续性用户端CHP系统是如何规划、设计、建设以及可持续运行的。

作者诚挚地感谢为编写本书各章节或者案例研究自愿投入大量时间的撰稿人。同样，作者真诚地希望读者能从本书当中学习和获得有用的信息并应用到CHP的实践当中，为创造一个更加可持续性的世界添砖加瓦。

MILTON MECKLER(弥尔顿·梅克勒) ，P.E.

LUCAS B. HYMAN（卢卡斯 B. 海曼）, P.E.

译者前言

中国燃气控股有限公司（简称：中国燃气）是中国的跨区域综合能源供应及服务企业之一。通过多年的发展，中国燃气成功构建了以城市和农村管道天然气业务为主导，液化石油气、液化天然气、车船燃气、分布式能源、天然气发电、供热、合同能源管理服务以及燃气设备、厨房用具制造、网络电商并举的全业态发展结构。目前公司市值1700多亿元，位列中国全球上市公司前100位。

中国燃气是中国早开展分布式能源及能源互联网业务的城市燃气集团之一，目前是中国城市燃气协会分布式能源专委会常务副主任委员单位。通过发展集中供热、天然气分布式能源、燃气发电、配售电以及多能互补项目，中燃正在快速搭建由气、热、电业务构成的能源互联网产业蓝图。

除继续拓展传统热、电业务外，中国燃气还通过积极发展光伏发电、储能、热泵、充电桩等多种新能源业务，结合分布式能源进一步提高能源综合利用效率，真正实现能源梯级利用和多种可再生能源与天然气分布式能源耦合的多能互补，进一步向低碳、环保能源供应模式转变。通过多种延伸业务的发展，中国燃气将在节能、减排环保领域以身作则，迈向国际一流的综合能源服务企业。

作为清洁能源提供者，中国燃气将推动资源与环境协调发展作为企业发展的重要目标，积极推动着清洁能源的广泛应用。利用“4G”能源体系优化城镇和乡村能源结构，助力“气化城镇”和“美丽乡村”工程。中国燃气积极响应国家雾霾治理号召，开展“气代煤”能源替代工程，为全国超过3000万户城乡家庭在改善居住环境、提高生活品质等方面发挥了重要作用。

同时，中国燃气倡导节约型发展模式，降低能源消耗，不断为提高能源利用效率做出应有的贡献。为此，中国燃气组织翻译了《可持续分布式热电联产系统：设计建造与运行》一书，希望抛砖引玉，积极倡导高效清洁能源利用。本书译者组成员:刘明辉、黄勇、陈新国、龚中杰、胡效臣、胡难、闫志鹏。本书英文版作者弥尔顿·梅克勒先生以及卢卡斯 B.海曼先生以其专业性著称，译者组在繁忙的工作中精心组织翻译，但在本书的未尽议题以及翻译的准确性方面难免出现错误和疏漏，在此译者组欢迎各位读者以及专家批评指正！

此外，本书翻译出版过程中获得了行业内各位专家及同仁的鼎力支持，包括但不限于：哈尔滨工业大学张兴梅教授、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司刘明涛先生。对于本书出版工作中做出贡献的专家以及合作伙伴，再次表示诚挚的感谢。译者组希望国内天然气分布式能源事业在国家的大力倡导以及各位业界同仁的共同努力下蓬勃发展。

本书译者组

二○一九年一月于深圳

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*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                 &n