專利名稱：基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法涉及一種把城市和火電站視為一個大系統(tǒng)的能源消費總量控制節(jié)能減排方法。
背景技術(shù)：
“十一五”末期，當各地采取多種措施甚至不惜拉閘限電才勉強將能源強度下降了近20%時，能源消費總量卻突破了 30億噸標煤，30億噸原本是2020年的預期，僅靠能源強度(單位GDP能耗)和碳強度(單位GDP 二氧化碳排放量)難以管住能源消費總量。中國面對來自國際社會要求絕對量減排的強大壓力。燃煤火電機組的燃煤量占全國煤炭總消費量的一半以上，發(fā)電量約占80%，是碳排放的第一大戶；2005年以后投產(chǎn)的燃煤火電機組基本上都是超臨界機組或者超超臨界機組，其發(fā)電熱效率主要分布在38%到42% ;研發(fā)更高參數(shù)的燃煤火電機組仍然是燃煤火電機組節(jié)能減排的重要途徑，例如研發(fā)中的35MPa/700°C /720°C參數(shù)的高效超臨界機組的發(fā)電熱效率預計可以比27MPa/600°C /600°C參數(shù)的超超臨界機組提高3. 2% ;超超臨界機組隨機組負荷率的降低，汽輪機熱耗會有較大幅度上升，從額定負荷降到50%負荷汽輪機熱耗約上升5%，從額定負荷降到30%負荷汽輪機熱耗約上升10% ;現(xiàn)有技術(shù)基本上是在電站熱力系統(tǒng)范圍內(nèi)尋找節(jié)能減排的途徑。上海市2000年在國內(nèi)最早推出居民分時電價，平時段0. 617元/kWh，低谷時段0. 307元/kWh，居民低谷時段用電約占居民總用電量的1/3 ;居民用電平均供電成本約為
0.89元/kWh，由于低谷時段汽輪機熱耗增加和機組廠用電率增加，供電成本更高于平均供電成本?，F(xiàn)有技術(shù)采用分時電價的主要目的是減小供電負荷的峰谷差，現(xiàn)有技術(shù)超臨界燃 煤火電機組通常的調(diào)峰能力為50%。近年風電的裝機容量已居世界第一位，風電具有隨機性、間歇性、甚至反調(diào)峰特性，夜間脫網(wǎng)、棄風現(xiàn)象普遍，全國大約有1/3的風電未能接入電網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
所要解決的技術(shù)問題靠交叉補貼維持多年的超低低谷電價其實是一條高能耗、高碳排放的技術(shù)路線。由于超低低谷電價已經(jīng)低到用電加熱水比用天然氣加熱水更便宜，加上用焦耳熱加熱水的電熱水器售價低廉、自動化程度高、有貯存熱水功能，過半的居民低谷電用于水加熱、水貯熱，電能又轉(zhuǎn)換回熱能，經(jīng)熱-電-熱兩次轉(zhuǎn)換，總熱效率不到40%，與天然氣直接加熱水相t匕，能耗為2. 5倍，碳排放更超過2. 5倍。跳出電站熱力系統(tǒng)的圈子，把城市和火電站視為一個能源消費大系統(tǒng)，尋找大系統(tǒng)能源消費總量最小化的潛力。現(xiàn)有技術(shù)采用分時電價的主要目的是減小供電負荷的峰谷差來適應現(xiàn)有技術(shù)超臨界燃煤火電機組約為50%的調(diào)峰能力，開發(fā)現(xiàn)有技術(shù)的超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)使減少或者停止低效的熱-電-熱兩次轉(zhuǎn)換成為可能；超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰能力還可以減少或者避免風電脫網(wǎng)、棄風現(xiàn)象。解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案本發(fā)明基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法把沿江城市和火電站視為一個大系統(tǒng)，將沿江布置采用江水直流冷卻的汽輪機凝汽器的循環(huán)水排水用作城市自來水的水源，一臺1000MW的燃煤火電機組的循環(huán)水排水在額定負荷下在汽輪機凝汽器內(nèi)的吸熱量達3688GJ/h，也就是可以把流量達100000t/h的循環(huán)水升溫9. 5K。自來水升溫9. 5K，特別在冬季可明顯改善居民生活體驗，減少用低谷電加熱水的需求；在夏季自來水可以升溫到30°C或者更高，無需電加熱可直接用于洗浴?！霸谖覈?，凡是相對于當前主力在役能源的形式有大的變革，且占到相當份額、能減少污染、降低二氧化碳排放的能源，都應該叫‘新能源’?！边@一巨大的熱量從電站熱力系統(tǒng)范圍內(nèi)看是無可避免的冷源熱損失，從大江取循環(huán)水，汽輪機凝汽器的循環(huán)水排水返回大江，給大江帶去的只是熱污染；換一個角度，把沿江城市和火電站視為一個大系統(tǒng)，為水廠提供微熱水，這一巨大的熱量就成為無二氧化碳排放的‘新能源’。進一步擴大視角把所有城市的供水、供熱和燃煤火電站視為一個大系統(tǒng)，可以找到更多的無二氧化碳排放的‘新能源’?，F(xiàn)有技術(shù)的電站鍋爐排煙溫度約130°C，濕法脫硫吸收塔出口的凈煙氣不到60°C，對未設置GGH(煙氣-煙氣熱交換器)的電站鍋爐全靠‘工藝水’的蒸發(fā)來吸熱降溫，I臺1000MW的燃煤發(fā)電機組年耗工藝水約800000t，同時增大了煙氣流量，增加了廠用電消耗，130°C熱煙氣攜帶的熱量最后全部排入大氣。本發(fā)明基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法在引風機出口脫硫吸收塔前，設置耐煙氣低溫腐蝕的無壓余熱鍋爐，用于加熱自來水，為城市提供37°C到60°C的熱水。I臺1000MW滿負荷的燃煤發(fā)電機組的煙氣在余熱鍋爐內(nèi)由130°C降到60°C，每小時可以提供熱水約1500t，如機組日均負荷率80 %，居民日均熱水耗量50升，可供60萬人使用，這些熱量也是無二氧化碳排放的‘新能源’。如果這些熱水全部用低谷電加熱(從20°C加熱到60°C)日耗電I. 31X106kffh,為發(fā)出這些電需日耗標煤438. 8t，日排C02877. 6t。我國燃煤機組占總?cè)萘?0%以上，上述兩類無二氧化碳排放的‘新能源’足以支持城市熱水全部管網(wǎng)化，在改善居民生活條件的同時不增加化石燃料的消費總量和CO2排放量，如熱水管網(wǎng)化主要替代對象是電熱水器還能較大幅度降低化石燃料的消費總量和CO2排放量。熱水管網(wǎng)化過程中，因主要使用低谷電的電熱水器大量停用，電網(wǎng)峰谷差會加大，超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)成為熱水全部管網(wǎng)化的重要條件，超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)的難點在燃煤鍋爐，燃煤鍋爐深度調(diào)峰的難點在無油低負荷穩(wěn)燃、無油啟動和節(jié)水(除鹽水)、節(jié)電、節(jié)燃料的超臨界直流爐啟動系統(tǒng)。解決無油低負荷穩(wěn)燃問題，超臨界燃煤火電機組的最低負荷可以降到30%，即70%調(diào)峰能力；同時解決超臨界燃煤鍋爐無油啟動和節(jié)水、節(jié)電、節(jié)燃料的超臨界直流爐啟動系統(tǒng)，超臨界燃煤火電機組的最低負荷可以降到0，即100%調(diào)峰能力。在電力系統(tǒng)低谷時，安全、經(jīng)濟地停用部分機組熱備用，運行機組帶中高負荷，有必要的旋轉(zhuǎn)備用容量是比較理想的節(jié)能運行方式，與現(xiàn)有技術(shù)各機組帶半負荷，用低電價刺激產(chǎn)生較大數(shù)量的填谷負荷相比，能源消費總量和二氧化 碳排放量有明顯下降。開發(fā)和實施發(fā)明專利專利申請?zhí)?00910014731.0電站燃煤鍋爐布朗氣(氫氧氣)點火系統(tǒng)、專利申請?zhí)?00910229408. 5電站燃煤鍋爐天然氣點火系統(tǒng)、專利申請?zhí)?01110029039. 2能全面回收工質(zhì)和熱量的無泵直流爐啟動系統(tǒng)、專利申請?zhí)?01110146964. 3配中壓擴容器可全面回收工質(zhì)熱量的直流爐啟動系統(tǒng)等專利，有利于超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)實用化。風電是一種可再生綠色能源，近年中國風電的裝機容量已高居世界第一位。風電具有隨機性、間歇性、甚至反調(diào)峰特性，夜間脫網(wǎng)、棄風現(xiàn)象普遍，大約有1/3的風電不能并網(wǎng)，除了受制與風電機自身的低電壓穿越特性以外，也與占電網(wǎng)電源主體的燃煤火電機組調(diào)峰能力、調(diào)頻反應速度有關(guān)，燃煤火電機組具備深度調(diào)峰能力電網(wǎng)就可以接納更多的風電入網(wǎng)，減少或者避免風電脫網(wǎng)、棄風現(xiàn)象，有利于化石能源消費總量控制。本發(fā)明基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法，其特征在于把沿江城市 和火電站視為一個大系統(tǒng)，將沿江布置采用江水直流冷卻的汽輪機凝汽器的循環(huán)水排水用作城市自來水的水源，用為水廠提供微熱水的方法，回收汽輪機排汽放出的巨額熱量頂替用低谷電加熱水的高能耗過程；在引風機出口脫硫吸收塔前，設置耐煙氣低溫腐蝕的無壓余熱鍋爐，用于加熱自來水，為城市提供37°C到60°C的熱水，回收煙氣放出的大量熱能頂替用低谷電加熱水的高能耗過程；開發(fā)和實施超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)，少發(fā)低谷電，為智能電網(wǎng)實時優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)接納風電的能力，全網(wǎng)化石能源消費總量最小化開辟優(yōu)化空間。發(fā)明的有益效果 把沿江城市和火電站視為一個大系統(tǒng)，將沿江布置采用江水直流冷卻的汽輪機凝汽器的循環(huán)水排水用作城市自來水的水源，直接利用巨量低溫熱能，既減少了對江水的熱污染又減少了大系統(tǒng)的化石能源消費總量，成為無二氧化碳排放的‘新能源’; 在引風機出口脫硫吸收塔前，設置耐煙氣低溫腐蝕的無壓余熱鍋爐，用于加熱自來水，為城市提供37°C到60°C的熱水，I臺1000MW滿負荷的燃煤發(fā)電機組的煙氣在余熱鍋爐內(nèi)由130°C降到60°C，每小時可以提供熱水約1500t，如機組日均負荷率80%。居民日均熱水耗量50升，可供60萬人使用，這些熱量也是無二氧化碳排放的‘新能源’ I臺1000MW的燃煤發(fā)電機組的煙氣在余熱鍋爐內(nèi)由130°C降到60°C，年少耗脫硫工藝水約800000t ； 在電力系統(tǒng)低谷時，安全、經(jīng)濟地停用部分機組熱備用，運行機組帶中高負荷，有必要的旋轉(zhuǎn)備用容量是比較理想的節(jié)能運行方式，與現(xiàn)有技術(shù)各機組帶半負荷，用低電價刺激產(chǎn)生較大數(shù)量的填谷負荷相比，能源消費總量和二氧化碳排放量有明顯下降； 燃煤火電機組具備深度調(diào)峰能力，電網(wǎng)就可以接納更多的風電入網(wǎng)，減少或者避免風電脫網(wǎng)、棄風現(xiàn)象，有利于化石能源消費總量控制。


無附圖。
具體實施例方式現(xiàn)以上海市為例說明實現(xiàn)發(fā)明的優(yōu)選方式本發(fā)明基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法從技術(shù)層面主要可以劃分為3個項目
I.沿江布置采用江水直流冷卻的汽輪機凝汽器的循環(huán)水排水熱能利用；2.進脫硫吸收塔前的煙氣余熱利用；3.開發(fā)和實施超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)。這3個項目可以在同一電廠實施，也不排斥在某電廠某機組實施其中的一項或者兩項。上海市區(qū)總供水能力約800X 104t/d ，如有一半利用汽輪機凝汽器的循環(huán)水排水熱能，平均提升供水溫度8K，年利用熱能達48953800GJ，如果這些微熱水全部用低谷電加熱獲得，年需耗電136X 108kWh，為發(fā)出這些電需耗標煤4. 556X 106tJ_C029. 112X 106t ;如果這些微熱水全部用天然氣熱水器加熱取得，天然氣熱水器加熱效率0. 95，天然氣發(fā)熱量10000kcal/m3，年需天然氣11. 68億m3，數(shù)量十分驚人。上海市全部燃煤機組均采用濕法脫硫，利用進脫硫吸收塔前的煙氣余熱為400萬居民提供平均每人每天50升熱水供應技術(shù)上是可能的，即全部燃煤機組合力每天提供20萬噸熱水，合每小時不到一萬噸熱水，有7000麗裝機容量就可以擔此重任，現(xiàn)在上海的裝機容量已突破10000MW。如果這些熱水全部用低谷電加熱獲得，需耗電33. 9X 108kWh，為發(fā)出這些電需耗標煤I. 136X 106t，排C022 . 2 7 2X 106t ;如果這些熱水全部用天然氣熱水器加熱取得，天然氣熱水器加熱效率0. 95，天然氣發(fā)熱量lOOOOkcal/m3，年需天然氣2. 91億m3，數(shù)量也十分驚人。僅上海市市區(qū)就有4家自來水公司下轄14家水廠，上海有拾余家燃煤電廠數(shù)拾臺燃煤機組，I.項和2.項顯然要求電廠與水廠或者電廠與水廠的主輸水管道距離較近較為有利，以控制管道投資和輸水能耗，需配對個案考量。當水廠需要擴容可以優(yōu)先考慮設在電廠附近，甚至設在電廠內(nèi)由電廠跨業(yè)經(jīng)營，熱水或者微熱水躉售給供水企業(yè)。微熱水可延用原有自來水配水管網(wǎng)，熱水需新增輸送、分配管網(wǎng)。3.項經(jīng)試點取得經(jīng)驗后值得在各超臨界燃煤火電機組推廣，各超臨界燃煤火電機組具備深度調(diào)峰能力，將為智能電網(wǎng)實時優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)接納風電的能力，全網(wǎng)化石能源消費總量最小化開辟優(yōu)化空間。3.項可以單獨在各電廠、各機組結(jié)合大修實施，無需以I.項和2.項作為前提或者保障。
權(quán)利要求
1.一種基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法，其特征在于把沿江城市和火電站視為一個大系統(tǒng)，將沿江布置采用江水直流冷卻的汽輪機凝汽器的循環(huán)水排水用作城市自來水的水源，用為水廠提供微熱水的方法，回收汽輪機排汽放出的巨額熱量頂替用低谷電加熱水的高能耗過程；在引風機出口脫硫吸收塔前，設置耐煙氣低溫腐蝕的無壓余熱鍋爐，用于加熱自來水，為城市提供37°C到60°C的熱水，回收煙氣放出的大量熱能頂替用低谷電加熱水的高能耗過程；開發(fā)和實施超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)，少發(fā)低谷電，為智能電網(wǎng)實時優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)接納風電的能力，全網(wǎng)化石能源消費總量最小化開辟優(yōu)化空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法，其特征是所述的微熱水指循環(huán)水在直流冷卻的汽輪機凝汽器內(nèi)獲得數(shù)度溫升后的符合水廠水源指標要求的水。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法，其特征是所述的耐煙氣低溫腐蝕的無壓余熱鍋爐指用不銹鋼材質(zhì)、煙側(cè)高度肋化的傳熱管構(gòu)造的大型表面式煙-水換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法，其特征是所述的超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)主要包括燃煤鍋爐無油低負荷穩(wěn)燃、燃煤鍋爐無油啟動和節(jié)水、節(jié)電、節(jié)燃料的超臨界直流爐啟動系統(tǒng)；在電力系統(tǒng)低谷時，安全、經(jīng)濟地停用部分機組熱備用，運行機組帶中高負荷，有必要的旋轉(zhuǎn)備用容量是比較理想的節(jié)能運行方式。
全文摘要
本發(fā)明基于能源消費總量控制的大系統(tǒng)節(jié)能減排方法涉及一種把城市和火電站視為一個大系統(tǒng)的能源消費總量控制節(jié)能減排方法。本發(fā)明把沿江城市和火電站視為一個大系統(tǒng)，將沿江布置采用江水直流冷卻的汽輪機凝汽器的循環(huán)水排水用作城市自來水的水源，回收汽輪機排汽放出的巨額熱量頂替用低谷電加熱水的高能耗過程；在引風機出口脫硫吸收塔前，設置耐煙氣低溫腐蝕的無壓余熱鍋爐，用于加熱自來水，為城市提供37℃到60℃的熱水，回收煙氣放出的大量熱能頂替用低谷電加熱水的高能耗過程；開發(fā)和實施超臨界燃煤火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)，少發(fā)低谷電，為智能電網(wǎng)實時優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)接納風電的能力，全網(wǎng)化石能源消費總量最小化開辟優(yōu)化空間。
文檔編號F01K11/02GK102678205SQ20121013783
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者章禮道 申請人:章禮道