可持續分散式熱電聯產系統：設計建造與運行

第1部分　CHP基礎

第1章　概述 2
1.1　為什麼選擇CHP 3
1.2　歷史 4
1.3　CHP基本介紹 7
1.3.1 發動機類型 9
1.3.2 熱耗率 10
1.3.3 發電機與配電系統 10
1.3.4 餘熱鍋爐 11
1.3.5 導熱流體的交替使用(導熱油) 11
1.3.6 餘熱利用的類型 11
1.4　匹配載荷要求 12
1.4.1 熱能品質 12
1.4.2 常用系統大小 12
1.4.3 環境影響與控制 13
1.5　分散式能源行業面臨的主要問題 14
參考文獻 15

第2章　CHP系統的適用性 16
2.1　背景 16
2.2　商業及公益機構的CHP 應用 18
2.2.1 原動機燃料類型 19
2.2.2 建築類型及規模 19
2.2.3 氣候區域 23
2.2.4 BCHP原動機的基本類型及功率範圍 24
參考文獻 27

第3章　電力設備及系統 29
3.1　燃料發電設備 32
3.1.1 活塞式內燃機 33
3.1.2 燃氣輪機 40
3.1.3 微燃機 43
3.1.4 燃料電池 44
3.2　熱動力設備 47
3.3　CHP原動機比較 50
3.3.1 電力輸出與發電效率 50
3.3.2 餘熱利用的潛力 50
3.3.3 燃料及燃料壓力 51
3.3.4 Ox 排放 51
3.3.5 功率密度 51
3.3.6 設備可執行時間及大修間隔時間 52
3.3.7 啟動時間 52
3.3.8 雜訊 52
3.4　CHP能源站系統要求 53
參考文獻 54

第4章　CHP熱負荷設計 55
4.1　CHP系統的熱負荷設計 56
4.1.1 負荷係數VS效率 56
4.1.2 熱電比 57
4.1.3 建築物負荷 58
4.2　餘熱利用設備的選擇及設計 59
4.3　熱能技術 62
4.4　負荷特徵及優化 68
4.5　與建築系統融合 71

第5章　模組化CHP系統 73
5.1　模組化CHP系統的內在特徵 73
5.1.1 預工程設計 74
5.1.2 預裝配 75
5.1.3 預質檢 75
5.2　模組化CHP系統的優點與缺點 76
5.2.1 提高性能 76
5.2.2 降低負面環境影響 79
5.2.3 更高的可靠性 80
5.2.4 更好的經濟性 80
5.3　商用模組化CHP系統案例 81
5.3.1 電力/熱水系統 81
5.3.2 電/冷/熱系統 82
參考文獻 82

第6章　監管問題 84
6.1　美國聯邦政府CHP政策 84
6.2　美國州級CHP政策 86
6.3　其他國家CHP政策 88
6.4　CHP專案計畫 89
6.4.1 紐約州能源研究與發展機構的DG-CHP(區域能源-熱電聯產)示範項目 89
6.4.2 加利福尼亞州標準並網準則 89
6.4.3 康涅狄格州可再生能源配額標準 90
6.4.4 德國上網電價補貼 90
6.4.5 公用事業公司項目計畫 91
6.5　未來政策發展 91
6.6　CHP系統要求 92

第7章　碳排放—環境效益及排放控制 93
7.1　發電產生的碳排放 94
7.2　溫室氣體排放計算系統 95
7.2.1 美國環保局溫室氣體排放當量計算系統 95
7.2.2 美國環保局辦公室碳排放計算系統 95
7.2.3 潔淨空氣清涼地球校園溫室氣體排放計算系統 96
7.2.4 世界資源研究所的工業與辦公領域計算系統 96
7.3　CHP環境效益 96
7.4　CHP環境排放 98
7.4.1 活性有機氣體的排放 98
7.4.2 排放計算系統 98
7.5　CHP排放控制技術 102
7.5.1 活塞式內燃發動機 102
7.5.2 燃氣輪機 104
參考文獻 108

第2部分　可行性研究

第8章　基礎概念 110
8.1　研究類型—從篩選到具體可行性 110
8.2　可行性研究工具及軟體 111
8.2.1 手冊和列線圖粗略篩選(或者初步可行性評價) 111
8.2.2 軟體篩選工具 112
8.2.3 設計用逐時能源模擬工具 113
8.2.4 排放測算工具 113
8.3　CHP合格篩選—現有設施 114
8.4　Level 1可行性研究—現有設施 114
8.4.1 原始資料收集 115
8.4.2 後續分析 115
8.4.3 經濟性分析 116
8.4.4 Level 1可行性研究—基本大綱 117
8.5　Level 2可行性研究—現有設施 118
8.6　新建設施的CHP可行性 119
參考文獻 120

第9章　CHP經濟性分析 122
9.1　CHP經濟性分析 122
9.2　簡單投資回收分析 122
9.3　生命週期成本分析 123
9.3.1 備選方案 123
9.3.2 工程經濟學 123
9.3.3 生命週期成本過程 124
9.3.4 資本成本對比年度成本 124
9.3.5 現金流量表 124
9.3.6 資金的時間價值 125
9.3.7 折現率 125
9.3.8 利率 125
9.3.9 等值 125
9.3.10 現值 126
9.3.11 淨現值 126
9.3.12 上漲率 127
9.3.13 分析週期 127
9.3.14 殘值 127
9.3.15 年金 128
9.4　計算預估的能源耗費和成本 128
9.5　預測年運行及維護費用 130
9.6　工程造價預算 131
9.7　計算生命週期成本 132
參考文獻 133

第3部分　設計

第10章　工程設計程式 136
10.1　雇傭最好的工程設計團隊 137
10.1.1 資質驗證 138
10.1.2 面試 139
10.2　工程設計程式 140
10.2.1 規劃項目管理計畫 141
10.2.2 規劃 142
10.2.3 法令/規範審查 143
10.2.4 方案設計和設計深化 143
10.2.5 技術規範 144
10.2.6 施工圖(工程建設檔) 144
10.2.7 規劃確認 145
10.2.8 招標文件 145
10.3　CHP設計的主要問題 146
10.3.1 原動機選擇效果 147
10.3.2 餘熱利用選擇 147
10.3.3 燃料系統 149
10.3.4 助燃空氣 150
10.3.5 排氣系統 151
10.3.6 排放控制 151
10.3.7 熱能利用 152
10.3.8 並網及保護 153
10.3.9 運行靈活性 153
10.3.10 能源站選址及佈置 153
10.3.11 降低雜訊和振動 154
10.3.12 電廠控制/集成 155
10.3.13 運行策略 156
10.4　無形的知識與經驗 156

第11章　電氣設計特徵及問題 157
11.1　配電裝置設計要點 158
11.1.1 選擇和設計 158
11.1.2 環境要求 162
11.2　接地考慮 162
11.2.1 接地系統類型 163
11.2.2 連接要求 164
11.2.3 CHP電能品質 164
11.3　並網規範和標準 165
11.3.1 保護要求 165
11.3.2 專用保護要求 167
11.3.3 並網流程概述 168
11.3.4 最終並網接受與啟動 169
11.4　示例系統圖 170
11.5　總結 173
參考文獻 173

第12章　獲取建設許可 174
12.1　環境評價與許可獲得程式 174
12.2　建立有效的申請 175
12.2.1 現有條件概況 175
12.2.2 專案建議書 175
12.2.3 適用的環境標準和規範 176
12.2.4 項目影響 176
12.2.5 遵循規章制度的決定以及建議的批復條件 176
12.3　空氣品質 176
12.3.1 技術與排放標準 178
12.3.2 技術評判工具與方法 179
12.3.3 大氣排放清單 180
12.3.4 分析空氣品質影響及遵循適用的規程規範 180
12.4　雜訊 182
12.4.1 雜訊特徵 182
12.4.2 雜訊標準 183
12.4.3 降噪 184
12.4.4 危險品運輸及儲存 184
12.4.5 液體燃料儲存 184
12.4.6 氨運輸與儲存 185
12.4.7 危險品 185
12.5　其他潛在環境影響 185
12.5.1 施工影響 185
12.5.2 審美影響 185
12.5.3 環境正義 186
12.5.4 文化及古生物資源 186
參考文獻 186

第4部分　建設

第13章　CHP建設 190
13.1　評估承包商的優勢 191
13.2　CHP能源站合同組織架構 191
13.2.1 傳統的設計—招標—建設程式 192
13.2.2 設計—建設過程 192
13.2.3 整合專案交付程式 193
13.3　確定恰當的建設交付方法 194
13.4　通過工程合同保護專案 195
13.4.1 建設期間合同範圍的變化 196
13.4.2 不同的場地條件 197
13.4.3 不可抗力 197
13.4.4 違約金 198
13.4.5 履約擔保 198
13.4.6 履約保證金和保證書 199
13.5　有效的專案管理 199
13.5.1 進度 199
13.5.2 檔編制(文檔資料) 200
13.6　創新的解決爭議的技巧 200
13.6.1 仲裁 200
13.6.2 微型審判程式 201
13.6.3 專案爭議委員會 201
13.7　總結 201
參考文獻 201

第14章　獲得運營許可及實施合規管理程式 202
14.1　CHP系統的調試 202
14.1.1 連續排放監測系統認證 203
14.1.2 最終運營許可的頒發 205
14.1.3 實施合規管理程式 206
14.1.4 提交潛在需要的規劃 206
14.2　合規管理程式 207
14.2.1 運營及維護程式 207
14.2.2 合規監測 207
14.2.3 記錄與報告 208
參考文獻 209

第15章　CHP能源站建設期間風險管理 210
15.1　風險管理：保險行業視角 211
15.2　現有措施概述及限制 213
15.3　應對承包商的不確定成本 214
15.4　使用概率分佈 215
15.5　利用風險分析建立“最可能成本” 216
15.6　成本計畫中使用蒙特卡羅模擬 217
參考文獻 218

第5部分　運行

第16章　運行及維護 220
16.1　能源站運行人員 220
16.1.1 經驗及培訓 220
16.1.2 優秀的運行人員 221
16.1.3 能源站檢查 222
16.1.4 控制排放 222
16.1.5 健康與安全 223
16.1.6 操作手冊及作業規範 223
16.2　能源站啟動 224
16.3　能源站優化運行 225
16.4　能源站維護 227
16.4.1 燃氣輪機 227
16.4.2 餘熱鍋爐 227
16.4.3 蒸汽輪機 227
16.4.4 蒸汽型製冷機及吸收式製冷機 228
16.4.5 能源站輔助設備 228
16.4.6 停機計畫 229
16.5　CHP能源站運行人員 229

第17章　維持CHP系統的運行效率 231
17.1　背景 231
17.2　性能監控 234
17.3　調試驗證(指令確認) 235
17.4　部件監測 235
17.4.1 原動機 235
17.4.2 熱回收設備 237
17.4.3 熱回收蒸汽發生器(HRSG) 239
17.4.4 吸收式製冷機 240
17.4.5 冷卻塔 242
17.4.6 泵 243
17.4.7 風機 243
17.4.8 除濕系統 244
17.4.9 系統整體的運行性能的監測 245
17.4.10 CHP系統性能監測與計算 247
17.4.11 指標的匯總(Summary)方程 247
17.5　基於監測和實驗測試資料的應用實例 250
17.6　利用CHP系統運行性能的監測及調試驗證公式的配置方案 252
17.7　CHP系統性能監測及調試驗證(指令確認) 的應用場合 253
17.8　總結 256
參考文獻 257

第18章　維持CHP運行 258
18.1　瞭解CHP能源站 259
18.2　CHP資料收集 260
18.2.1 計量 260
18.2.2 監測 260
18.3　CHP資料分析 261
18.3.1 標準 261
18.3.2 基準調查 263
18.4　保持問題日誌 263
18.5　開票(計費) 264
18.6　運行策略 265
18.7　運營培訓 267
18.8　維護 267
18.9　備用金 268
18.10　保險要求 268
18.11　讓人們瞭解CHP的良好益處 269

第6部分　案例分析

第19章　案例研究1：普林斯頓大學區域能源系統 272
19.1　歷史 273
19.2　中央能源站和系統 274
19.2.1 發電過程 275
19.2.2 配電 275
19.2.3 蒸汽生產 276
19.2.4 蒸汽配送和冷凝水回收 276
19.2.5 冷凍水生產 276
19.2.6 冷凍水配送 277
19.2.7 水系統品質管制 277
19.2.8 能源站控制 278
19.2.9 儀錶 278
19.2.10 即時的經濟調度 278
19.3　服務的可用性和可靠性 279
19.4　能源利用效率 279
19.5　環境效益、遵從性和可持續性 279
19.6　卓越業績和行業領先地位 280
19.7　員工安全和培訓 281
19.8　客戶關係和社會責任 282
19.9　最近的榮譽和獎項 282

第20章　案例研究2：布拉格堡熱電聯產項目 284
20.1　技術概述 285
20.1.1 熱電聯產系統並網 286
20.1.2 運行 286
20.1.3 性能測試 287
20.1.4 能量輸送 287
20.1.5 運行監測 288
20.1.6 整體能源利用 289
20.2　關鍵結論 290
20.3　結語 292

第21章　案例研究3：利用電腦類比確定新校區的最優規模 293
參考文獻 301

第22章　案例研究4：大學校園CHP系統分析 302
22.1　中央能源站介紹 303
22.1.1 熱電聯產設備 303
22.1.2 吸收式製冷機 304
22.1.3 校園蒸汽負荷 304
22.2　熱電廠優化方法 305
22.2.1 熱電聯產能源站的運行模式 305
22.2.2 分析使用的公用事業公司的能源價格 306
22.2.3 經濟分析中的設備模組 306
22.2.4 盈虧平衡分析 308
22.3　結論 312

第23章　案例研究5：政府設施——任務的關鍵 313
23.1　國土安全目標 315
23.2　建築節能目標 316
23.3　原動機可能性 318
23.3.1 黑啟動 319
23.3.2 應急能源 320
23.3.3 接入系統 320
23.3.4 其他考慮 321
23.4　電負荷級別 321
23.5　可靠性價值 323
23.5.1 環保局經濟性研究 323
23.5.2 電氣和電子工程師協會可靠性研究 324
23.5.3 可靠性價值的總結 326
23.6　監管與創新 326
參考文獻 327

第24章　案例研究6：分散式CHP系統和EPGS系統生態影響的比較 329
24.1　介紹 330
24.2　參與比較系統的描述 331
24.2.1 傳統CHP能源站 331
24.2.2 ICHP/GCS能源站 331
24.2.3 由燃氣輪機排煙直接驅動的雙效吸收式製冷機組 335
24.3　系統成本比較 335
24.3.1 投資成本比較 335
24.3.2 能源成本對比 336
24.3.3 運行和維護費用比較 337
24.4　20年壽命週期成本 337
24.5　基於燃料層面的三種方案的環境影響分析 338
24.6　結論 339
參考文獻 339

第25章　案例研究7：集成CHP系統以改善整體玉米乙醇經濟性 341
25.1　摘要 341
25.2　介紹 341
25.3　生物燃料的環境可持續性 343
25.4　當今玉米乙醇生產工藝 344
25.5　淨能源平衡考慮 345
25.6　第二定律考慮 347
25.7　乙醇經濟性再分析 348
25.8　相關的環境影響 350
25.9　玉米乙醇工藝的一些改進 352
25.10　美國的貿易差額問題 353
25.11　研究結果總結 354
25.12　CHP和EPGS系統的環境影響對比 356
25.13　結論 356
25.14　術語表 358
參考文獻 358

第26章　案例研究8：8.5MW IRS CHP工廠的節能措施分析 360
26.1　評估可靠應急能源系統的CHP方案 362
26.2　考慮下列應急能源選項 363
26.3　應用的標準和規範 363
參考文獻 364