| 分布式能源与集中式供电系统组成及工作原理 李年君 （一）集中式供电的系统组成 目前，在国内电力生产构成中，主要有火电、水电和核电三大类，其中火电一直雄居主导地位，占人国总机组比例高达70%以上，是电力市场的主力军。 火电是采用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料发电成为的一种发电方式。它的具体发电形式又可分为汽轮机发电、燃气轮机发电、内燃机发电和燃气-蒸汽联合循环发电，还有火电机组既有供电又有供热的“热电联产”。火力发电厂就是由锅炉、汽轮机、发电机及相应辅助设备这三大主要设备组成，通过管道或线路相连构成生产主系统，即燃烧系统、汽水系统和电气系统。早在1882年，上海创建中国第一个12kW发电厂[1]，至今火力发电在我国经济建设中发挥重要作用。 |
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长期以来，在国内电力建设中重点发展火力发电，这是因为火力的原材料是煤炭，我国一些地区有丰富的煤炭资源。据专家介绍，中国是世界上最大的煤炭生产国，也是世界上少数几个以煤炭为主要一次能源的国家之一。由于煤炭在一次能源结构中的主导地位，决定了电力生产中以煤电为主的格局。加上火电生产的成本较低，建设的局限性小，电量较为稳定，因此近年来我国的火力发电蓬勃发展。
我国未来几年对火电机组设备市场需求仍非常巨大。按照优化发展火电的要求，今年将严格控制常规火电项目的建设。火电设备产品的需求将向大容量、高参数、高效低耗、低污染和自动化方向发展。
（二）集中式供电的工作原理
集中式供电的电厂，首先将普通水制成脱盐水，通过发电锅炉煤的燃烧，加热水成压力为 120KG/CM2，温度为535C0的蒸汽[2]，以此带动汽轮发电机组做功，让发电机发电，再通过升压变压器将电通过远距离的高压输电线路输送到城乡地区，依据不同用电区域，再通过降压变压器输送到终端用户。同时，汽轮发电机做完功后的蒸汽凝结成水，经过泵再回流到脱盐水环节，形成水的循环利用。
（三）分布式能源系统组成
分布式能源系统主要由发动机、发电机、余热锅炉和热驱动制冷机组成，有些系统还配有备用锅炉和蓄热装置。发动机带动发电机发电，同时排出废热，余热锅炉将这些废热转换成蒸汽或热水，直接供热或用于热驱动制冷机制冷。在热量需求较大的情况下，为了防止电需求降低而废热量减少，可以使用备用锅炉来补充所需的热量，在这种情况下也可以用蓄热装置将废热量较多时所产生的热量或冷量储存起来，到不够时用。
（四）不同的发动机的应用原理
图1－2为以内燃机作为发动机的分布式能源系统的示意图[1]。一般内燃机的废热利用来自两个部分，一部分来自高温烟气，温度大约为500～600℃，可直接排入余热锅炉用来产生蒸汽，另一部分来自内燃机缸套冷却水，温度大约85～95℃和润滑油的冷却水，温度大约为50～60℃，可直接用来进行热交换，产生热水。图1-3显示的内燃机作为发动机的分布式供能系统的能量利用情况。从图中可以看到，通过回收高温排烟，缸套冷却水和润滑油冷却水，其有效能量利用率可高达88％。
图1－3为燃气轮机作为发动机的分布式供能系统的示意图[1]。空气在压气透平中被压缩成高温高压气体，然后进入燃烧室燃烧，产生温度极高的燃烧气体进入燃气透平带动发电机发电，同时排出高温烟气，与内燃机不同，通常高温烟气是燃气轮机唯一的废热来源，但一般燃气轮机的温度要比内燃机高，大约为700～900℃。但微型燃气轮机烟气温度为300～400℃，排出的气体也可全部用于产生蒸汽。(图1－4 燃气轮机为发动机的分布式供能系统)
“热和冷是一对相反的事物，为何能利用热来制冷？”下面是热驱动制冷机的工作原理。
热驱动制冷机可分为吸收式制冷机和吸附式制冷机。液体蒸发时要从周围环境吸收热量。吸收和吸附式制冷就是利用液体的这种特性制冷的。这也是一种最为广泛应用的制冷方法。为了连续制冷，已经蒸发成气体的制冷剂必须回复到液体状态，从而实现制冷循环。如图1－4所示，在压缩式制冷循环中，利用压缩机将制冷剂蒸气压缩，使它在较高的压力和温度下向环境放热，从而冷凝成液体。在吸收和吸附式制冷循环中，则是利用液体吸收剂或固体吸附剂对制冷剂蒸气进行吸收或吸附，再用驱动热源加热吸收或吸附工质对，所产生的制冷剂蒸气在较高的压力和温度下向环境放热，从而冷凝成液体。
图1－4[1]也表示了吸收式制冷的工作原理。吸收式制冷机由发生器、冷凝器、蒸发器、冷剂泵、溶液泵、吸收器及溶液热交换器等部件组成。工作介质除制取冷量的制冷剂外，还有吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。在发生器中工质对被加热介质加热，解吸出制冷剂蒸汽。制冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却凝结成液体，然后降压进入蒸发器吸热蒸发，产生制冷效应。蒸发产生的制冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的工质对吸收，再由溶液泵加压送人发生器。如此循环不息制取冷量。为提高机组的热效率，设有溶液热交换器；为增强蒸发器的传热效果设有冷剂泵。由于它是利用工质对的质量分数变化，完成制冷剂的循环，因而被称为吸收式制冷。目前常用的吸收式制冷有氨水吸收式与溴化锂水溶液吸收式两种。氨水吸收式以氨为制冷剂，水为吸收剂，可用来制取0℃以下的低温。
冷热电联供中的制冷正是利用了余热驱动吸收/吸附制冷的原理,使得热电联产的热量用于制冷,从而实现供电/供热、供电/供冷、供电/供冷/供热等多种目标。
[1] 2003年上海交通大学制冷及低温工程研究所赵之一陆绪民 王孟浩：《跨世纪能电系统的大变革多元化的能电共生—爱能列岛》
[2]《电力建设》2003年7月胡军：《火电成为中国电力市场主力军》
[3] 2005年10月中国电机工程学会热电专业委员周真桃、刘教授：《广州大学城考察意见》
我国未来几年对火电机组设备市场需求仍非常巨大。按照优化发展火电的要求，今年将严格控制常规火电项目的建设。火电设备产品的需求将向大容量、高参数、高效低耗、低污染和自动化方向发展。
（二）集中式供电的工作原理
集中式供电的电厂，首先将普通水制成脱盐水，通过发电锅炉煤的燃烧，加热水成压力为 120KG/CM2，温度为535C0的蒸汽[2]，以此带动汽轮发电机组做功，让发电机发电，再通过升压变压器将电通过远距离的高压输电线路输送到城乡地区，依据不同用电区域，再通过降压变压器输送到终端用户。同时，汽轮发电机做完功后的蒸汽凝结成水，经过泵再回流到脱盐水环节，形成水的循环利用。
（三）分布式能源系统组成
分布式能源系统主要由发动机、发电机、余热锅炉和热驱动制冷机组成，有些系统还配有备用锅炉和蓄热装置。发动机带动发电机发电，同时排出废热，余热锅炉将这些废热转换成蒸汽或热水，直接供热或用于热驱动制冷机制冷。在热量需求较大的情况下，为了防止电需求降低而废热量减少，可以使用备用锅炉来补充所需的热量，在这种情况下也可以用蓄热装置将废热量较多时所产生的热量或冷量储存起来，到不够时用。
（四）不同的发动机的应用原理
图1－2为以内燃机作为发动机的分布式能源系统的示意图[1]。一般内燃机的废热利用来自两个部分，一部分来自高温烟气，温度大约为500～600℃，可直接排入余热锅炉用来产生蒸汽，另一部分来自内燃机缸套冷却水，温度大约85～95℃和润滑油的冷却水，温度大约为50～60℃，可直接用来进行热交换，产生热水。图1-3显示的内燃机作为发动机的分布式供能系统的能量利用情况。从图中可以看到，通过回收高温排烟，缸套冷却水和润滑油冷却水，其有效能量利用率可高达88％。
图1－3为燃气轮机作为发动机的分布式供能系统的示意图[1]。空气在压气透平中被压缩成高温高压气体，然后进入燃烧室燃烧，产生温度极高的燃烧气体进入燃气透平带动发电机发电，同时排出高温烟气，与内燃机不同，通常高温烟气是燃气轮机唯一的废热来源，但一般燃气轮机的温度要比内燃机高，大约为700～900℃。但微型燃气轮机烟气温度为300～400℃，排出的气体也可全部用于产生蒸汽。(图1－4 燃气轮机为发动机的分布式供能系统)
“热和冷是一对相反的事物，为何能利用热来制冷？”下面是热驱动制冷机的工作原理。
热驱动制冷机可分为吸收式制冷机和吸附式制冷机。液体蒸发时要从周围环境吸收热量。吸收和吸附式制冷就是利用液体的这种特性制冷的。这也是一种最为广泛应用的制冷方法。为了连续制冷，已经蒸发成气体的制冷剂必须回复到液体状态，从而实现制冷循环。如图1－4所示，在压缩式制冷循环中，利用压缩机将制冷剂蒸气压缩，使它在较高的压力和温度下向环境放热，从而冷凝成液体。在吸收和吸附式制冷循环中，则是利用液体吸收剂或固体吸附剂对制冷剂蒸气进行吸收或吸附，再用驱动热源加热吸收或吸附工质对，所产生的制冷剂蒸气在较高的压力和温度下向环境放热，从而冷凝成液体。
图1－4[1]也表示了吸收式制冷的工作原理。吸收式制冷机由发生器、冷凝器、蒸发器、冷剂泵、溶液泵、吸收器及溶液热交换器等部件组成。工作介质除制取冷量的制冷剂外，还有吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。在发生器中工质对被加热介质加热，解吸出制冷剂蒸汽。制冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却凝结成液体，然后降压进入蒸发器吸热蒸发，产生制冷效应。蒸发产生的制冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的工质对吸收，再由溶液泵加压送人发生器。如此循环不息制取冷量。为提高机组的热效率，设有溶液热交换器；为增强蒸发器的传热效果设有冷剂泵。由于它是利用工质对的质量分数变化，完成制冷剂的循环，因而被称为吸收式制冷。目前常用的吸收式制冷有氨水吸收式与溴化锂水溶液吸收式两种。氨水吸收式以氨为制冷剂，水为吸收剂，可用来制取0℃以下的低温。
| b）吸收式 |
| a）压缩式 |
[1] 2003年上海交通大学制冷及低温工程研究所赵之一陆绪民 王孟浩：《跨世纪能电系统的大变革多元化的能电共生—爱能列岛》
[2]《电力建设》2003年7月胡军：《火电成为中国电力市场主力军》
[3] 2005年10月中国电机工程学会热电专业委员周真桃、刘教授：《广州大学城考察意见》