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联合热电技术和经济影响可行性研究（CHP）商业中小
企业能源供应一代
Benny McHugh1
Sreto Boljevic2
Michael F. Conlon3
1科克科技学院，爱尔兰，bmchugh85@hotmail.com
2科克科技学院，爱尔兰，Sreto.Boljevic@cit.ie
3爱尔兰都柏林理工学院，Michael.Conlon@dit.ie
摘要 - 本文的目的是提供一种技术,对中小企业进行经济可行性评估确定适合安装CHP工厂提供现场生产电热能。这种类型的SME用于此作为案例研究的纸是位于大型购物中心爱尔兰共和国西南部。目前，电气电力供应板以10.5kV供电而使用现场产生热水热能锅炉采用天然气作为主要燃料。购物中心有一个总面积55,000平方米，其中23,225平方米用作租赁零售空间。目前，购物中心提供便利设施70个商业单位。电能通过9分配变电站提供购物中心的不同部分。每个变电站都配有电能计量设备和基于年度记录平均电气负载
公共区域（照明，暖通空调，综合服务）为274kW任何15分钟内需求量达345kW。的白天公共区域的平均电气负载（上午8时至21时）是217kW，而夜间（21:00 pm-上午8:00）是57kW。从电气获得的数据供应板上购物中心的平均电力负荷是1.78MW。每个零售单位的电能消耗是单独计量，估计主电负载由照明和HVAC组成。在这种情况下超市最高的电能需求是为了供应易腐烂所需的冰箱产品。制冷和暖通空调占60％电力负载超市。
关键词：热电联产功率，效率，电热负载
一，引言
有两个最大的好处的关键条件，这些都是电力的最大化生产同时紧密匹配热负荷在数量和能源质量方面的要求的热电联产系统的热容量应符合规定主机设施所需的基础热负荷。 的品质热输出不应高于此需要满足需求。 未使用的热能可以用来产生更多的电力。 电力比例生产到热能输出和热能质量由发电机的选择决定辅助设备。 最后，CHP系统的好处如果系统产生过量电量最大化位于电网的一个需要额外的区域发电量。
本文的主要重点是开发一个模型将能够确定技术和经济影响中小企业能源供应的CHP代替替代单独的发电和发电。 另外，本文讨论CHP生成对运行的影响本地分销网络（DN）的性能电压稳定和故障电流水平。
为了全面分析模型，现场定期和定量数据获得12个月并分析。 基于此分析的类型和
推荐使用CHP回收计划的最佳大小在这种情况下使用的中小企业在CHP效率，燃料方面
利用效率，热功率比，温室气体节能减排，节能降耗和时期。
二， 电气和热量需求
目前购物中心由9个变电站供电。变电站中有7台从200kVA到1000kVA。 之一较大的零售店和超市有10kV供应他们提供自己的变压器。 的10.5kV供应给购物中心110 / 10.5kV电厂的供电板软木城市。
购物中心拥有70多个商业单位，其中包括60间零售店，8间美食广场，1间餐厅，1间大型餐厅超市，十三屏幕电影院和停车场超过2000辆的空间。 主要电气负载上购物中心是照明，暖通空调和一般服务。表1显示了年均电力需求110kV电站购物中心。
110 / 10.5kV电力的平均电力需求车站之间的核心时间是上午8:00和21:00 pm是1.785MW，峰值需求为3.59MW17/11/10 17:30 pm 平均电力需求来自110kV电站之间的夜间时间21:00 pm和8:00 am是1.15 MW。
图1显示了a的平均MW电力需求12个月期间。 图1还显示了平均峰值MW每个月需要15分钟的时间平均夜间MW需求。 计算这些值从一个恒定的30分钟周期读取的供电板从110kV电站。
图2显示了年度千瓦时电力需求购物中心。 平均电力需求是10,697,661 kWh，平均电气日间需求1770 kW，夜间需求为650kW。超市在一年期间使用了2,509,662kWhh12个月期间。 购物平均电力负荷中心是278.2kW。
每年需要1,678,403kWh的电能白天需要831,259kWh的时间所以平均每天的需求是354.69kW夜间需求为207.6kW。 估计是制冷和暖通空调的晚餐市场消费60％的总电力需求。 从这个估计来自制冷的近似电负载为159.6千瓦和HVAC的53.2 kW。
购物区的公共区域由购物中心业主。 这个地区的年度天然气需求量是535105.8 kWh。 这用于向厕所提供热水并加热办公室。想要全面分析模型，在现场定期和定量数据获得12个月并分析。 对于与此分析的类型和推荐使用CHP回收计划的最佳大小在这种情况下使用的中小企业在CHP效率，燃料方面利用效率、热功率比、温室气体节能减排、节能降耗和时期。
图4显示了年度细目所用热量kWh。
公共区域还需要172kW的电能内部和外部照明，HVAV，气帘入口，电梯，自动扶梯，一般服务和水泵房供应建筑物。 估计是餐厅和食品法庭使用电力为1,500,000kWh而零售单位则需要5,471,736千瓦时电影院需要744,410kWh。
三， CHP选择
当选择CHP时，原动机（发动机型号）可能是汽轮机，往复式发动机或燃气轮机。 的
原动机驱动发电机和余热恢复。 基本要素都是公认的项目设备性能可靠。 为了这已经对燃气轮机的应用进行了评估。 燃气轮机已经成为最广泛使用的大型原动机热电联产近年来通常产生0.5-100MWe。 基于燃气轮机的系统更容易安装现有场地比高压锅炉厂和蒸汽涡轮。
可以使用来自燃气轮机的回收的热量向建筑物提供热量需求。 需要热量HVAC系统，加热办公室和热水供应整个建筑。
图1显示了CHP的框图。 气体涡轮机用于从发电机产生电力。然后可以用电来供应建筑物如果达到建筑需求，电力就可以了生成在网格上。 热量是由热量产生的来自燃气轮机的废气。 可以摄取热量在区域的形式出来的热回收锅炉加热或加工蒸汽。 热量可以恢复取决于所需的温度水平热回收和使用的燃料。
冷却也是购物中心的要求。所有零售店的暖通空调需要冷却、超市、电影院、办公室和公共区域。 冷却也是超市制冷系统所必需的。相比较在典型的燃煤电厂中，只有30％的能源输入转换为电能。吸收式冷水机可以使用回收的热量CHP代替机械能提供冷却。 一个热压缩机由吸收器，发电机，泵和节流装置。 这就是三代或CHPC系统。
在制冷机中，来自蒸发器的制冷剂蒸气是被吸收器中的溶液混合物吸收。 这个解决方案然后泵送到发电机。 制冷剂再蒸发使用废蒸汽热源。 制冷剂脱落溶液然后通过节流返回吸收器设备。 两种最常见的制冷剂吸收剂混合物用于吸收式制冷机是水/溴化锂氨/水。 图2显示吸收的操作冷水机组。
目前在购物中心的基地电力负荷是1.78MW。 据估计，HVAC，空气幕在入口和制冷占60-70％电气负载。 爱尔兰的年平均热量需求是266kW /msup2;的购物中心。 这个工作在30.4W /msup2;。购物中心的零售面积为23,225平方米另有1.5万平方米的办公室和电影院。 这就来了约38,225平方米，因此需求量为38,225msup2;x 30.4 W /msup2; = 1.162MW
从此，CHPC的绩效计算将是基于0.618兆瓦的电力负荷和一个热负荷1.162兆瓦。
四，性能
CHPC的整体性能和效率系统是非常重要的，以确保它在经济上可行[2]。 CHPC系统的能源效率常规系统源于CHPC的能力系统利用一些浪费的废热在传统的发电厂。在典型的燃煤电厂中，只有30％的能源输入转换为电能。典型的对于设计的系统，CHPC的效率为90％
恢复大部分可用热量。从假设建筑物的电气负荷0.681兆瓦，建筑物的热负荷为1.162兆瓦，
UPEC 2011∙第46届国际大学电力工程大会∙2011年9月5-8日∙Soest∙德国ISBN 978-3-8007-3402-3copy;VDE VERLAG GMBH∙柏林∙Offenbach进行了以下计算：电效率、热效率、总效率、燃料利用率有效性、热功率比、燃料节省百分比温室气体减排量如下表达：
其中P = Nett电能输出
Q =净热能输出
F =总燃料能量输入
EFFQ =置换热产生效率，
即典型的锅炉效率EFFQ = 80％
EFFP =排水发电的效率，
即典型的电力效率EFFP = 35％
A.电效率
P = 681kW; F = 2206kW
因此电效率为32.3％
B.热效率
Q = 1162kW; F = 2206kW
因此热效率为52.6％
C. CHPC总效率
Q = 1162kW; F = 2206kW; P = 681kW
因此，CHPC总效率为83.5％
D.燃料利用效率
Q = 1162kW; F = 2206kW; P = 681kW
EFFQ = 80％
因此燃油利用效率为90.3％
节省燃料的百分比
Q = 1162kW; F = 2206kW; P = 681kW
EFFP = 35％; EFFQ = 80％
因此，节油百分比为64.9％
F.热功率比
P = 681kW
Q = 1162kW
因此，热对功率比为1.7：1
五、排放
除了成本节约，CHPC技术提供与单独的热量相比，显着降低排放率和电力系统。 燃轮机的主要污染物是氮氧化物（NOx），一氧化碳（CO），和挥发性有机化合物（VOC）（未燃烧，非甲烷碳氢化合物）。 其他污染物如硫氧化物（SOx）颗粒物（PM）主要依赖于使用燃料 类似地，二氧化碳的排放也是取决于所使用的燃料。 商业和工业能源使用约占二氧化排放量的45％从化石燃料的燃烧中释放出来。
产生能源的每千瓦时碳计算为50g千瓦时。 单独发电厂的碳计数供应购物中心将是534吨碳二氧化碳为10,697,661 kWh。 CHPC系统会产生估计为500,000千瓦时的二氧化碳排放量为297吨。
六， CHP植物对网格的影响
DG的互连要求是要求从电力公司确保可靠性，安全性和电力质量。这些可能包括保护继电器要求，电源质量要求，电力流量研究和工程通常情况下分析案例的分析。一般来说需要出口的现场发电机仍然有影响电网安全运行的潜力，特别是在故障条件下[3]。连接一个发电机到网络有增加故障的效果网络中的当前级别接近连接点。故障电流的程度可以安全由电网容纳的通常是确定的通过现有开关柜在附近的额定值的连接。这个上限有时被称为网络部分的设计故障级别。设计错误网络层次有时可能成为限制因素新发电机或负载的连接。一般来说，发电机不允许发生最大故障超出网络设计故障级别和/或设备故障等级。在某些况下，DG供应商可能需要作出贡献以新设备的成本，主要是开关柜适应与...相关的故障级别的增加连接新一代。
图4新CHP对故障电流水平的影响
除了增加的故障电流水平，电压质量问题也可能在正常运行过程中出现在考虑电压水平时，CHP工厂。 当一个分配馈线设计为承载一定的功率流从主变电站到负载，CHP一代
沿着进料器的单元可能导致反向的功率流和电压上升[4]。 这可能与系统操作员的冲突确保电力消费者提供的义务标准电压，特别是在a情况下发电机连接到与需求共享的电路顾客。 只能为需求客户提供电路适应相对较少的出口代。
图5由于CHP的反向功率流引起的电压上升
为了减少DG对分布的影响网络，供电板（ESB）要求强制接口保护要求（称为G10接口要求）。 G10保护包括系统在发电机上检测到以下条件安装：过压和欠压，上下频率，电源损耗，定向过电流和接地故障。当考虑a的连接方法时发电机或一组发电机，系统操作人员将会经常考虑多个连接选项。确定系统操作员最合适的连接方法应用技术上可接受的最低成本（LCTA）原理。 LCTA评估一个连接选项系统计划的技术标准然后，假设符合这些标准，
考虑所需设备的资本成本方便发电机或一组的连接发电机。在一组发电机的情况下同时处理，LCTA原则适用于整个发电机组，不是个人申请人。系统操作员可以指定一种连接方法偏离了LCTA原则的严格应用;然而，这可以根据系统操作员的理由更广泛义务确保更广泛的长期制度发展和未来的连接能力。在系统的情况下操作员追求这样一种“非LCTA”连接方式，申请人只负责基于的费用LCTA成本。如果CHP发电机开发商决定要求连接方法偏离LCTA解决方案，但是在技术上仍然可以接受和一致系统的长期发展，CHP系统开发商也必须支LCTA之间的差异和建成费用。开发商对此负全责他们的设备的设计，安装和操作这个接口的一边，虽然系统操作员会想要以确保本设备不会构成危害他们的网络。系统操作员将承担
对所有人的设计，运行和维护负责基础设施在他们的界面。
七，结论
当CHP系统被集成到能量供应中一个中小企业的制度，有一些优点如一个降低能源成本，减少碳排放环境。在此分析的案例研究中中小企业平均电力需求为1.78MW（包括HVAC和制冷冷却）和平均值12个月的热负荷为354千瓦。随着热电联产厂估计有电气输出将需要681 kW的功率和1162 kW的热输出将被要求。该热输出包括HVAC和制冷冷却。通过安装这种大小的CHP设备中小企业将节省64.9％的燃料相比之下，将排放2
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