熱電聯(lián)產(chǎn)

簡介：BCHP是能量梯級綜合利用的技術(shù)，對于解決我國面臨的環(huán)境、能源問題有重要作用。本文對BCHP與傳統(tǒng)空調(diào)用能方式的優(yōu)缺點進行了分析，討論了現(xiàn)有技術(shù)條件下幾種BCHP技術(shù)的性能和特點，對基于微型燃氣輪機和燃氣內(nèi)燃機的BCHP技術(shù)進行了分析，結(jié)果表明，在目前的技術(shù)水平下，當"以熱定電"時，燃氣內(nèi)燃機方案較微燃機方案的一次能耗要低。

能源、環(huán)境問題是中國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略所面臨的重大挑戰(zhàn)之一，應對這一挑戰(zhàn)，需要各行各業(yè)密切協(xié)作，在各自的領(lǐng)域里作出巨大努力，空調(diào)制冷業(yè)也不能例外。事實上近年來空調(diào)制冷業(yè)的發(fā)展，正在造成我國乃至全球能源、環(huán)境危機：空調(diào)用電不僅已成為城市能源消費最多的領(lǐng)域之一，還在夏季造成電網(wǎng)尖峰負荷，致使電力供應出現(xiàn)緊張局勢；而空調(diào)在全球的使用也直接、間接地造成諸如大氣臭氧層破壞，溫室氣體排放，城市熱島[1]等環(huán)境問題。因此，解決能源、環(huán)境問題，空調(diào)制冷行業(yè)有著不可推卸的責任，理應有所作為和貢獻。提高設(shè)備性能雖然是解決問題的一個重要方面，但在空調(diào)使用飛速增長的中國，僅僅這樣還遠不夠，必須從提高整個能源系統(tǒng)效率的角度出發(fā)，研究提高空調(diào)系統(tǒng)用能的高效化、清潔化，有效降低空調(diào)制冷能耗，減少環(huán)境污染，這是一個不可忽視的領(lǐng)域[1],[2]，而BCHP作為一種能量梯級綜合利用的技術(shù)，可以在這方面發(fā)揮重要作用[1],[2],[3]，本文就幾種BCHP技術(shù)的能效作一初步分析。

2BCHP的概念及其優(yōu)越性

BCHP即樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)，是BuildingCooling,HeatingandPower的縮寫，其原理是：燃料（油、氣等）先經(jīng)熱―功或電化學過程轉(zhuǎn)換為電力供建筑物使用，燃料發(fā)電后的余熱則用于建筑物供熱、空調(diào)等，如圖1所示。而在傳統(tǒng)的以電力為能源的空調(diào)系統(tǒng)中，高品質(zhì)的能源─在中國目前最主要的部份是煤─首先以較低的效率被轉(zhuǎn)換為"清潔的"二次能源─電力，經(jīng)輸配電設(shè)施到建筑物，再經(jīng)制冷制熱設(shè)備轉(zhuǎn)換為低品位的空調(diào)冷熱源─通常是冷水或熱水，在此過程中能量不僅在質(zhì)上貶值了─高品位的能量被轉(zhuǎn)換成了低品位的空調(diào)冷熱水，且數(shù)量上也"減少了"：大部份排熱因遠離用戶而作為廢熱與NOx、SO2、粉塵等污染物一起被排入大氣，造成環(huán)境污染，如圖2所示。比較上面兩種空調(diào)用能模式可見，BCHP的用能方式具有諸多優(yōu)點：

用能合理，實現(xiàn)了能量的梯級利用，減少了能量轉(zhuǎn)化和利用過程中的不可逆損失；

高效，燃料作功后的余熱也得到充份利用；

清潔，可使用天然氣等清潔燃料；

環(huán)保，燃氣內(nèi)燃機、燃氣輪機、燃料電池均有低排放特點；

分布式現(xiàn)場發(fā)電，提高供電可靠性。

在當今中國，空調(diào)用電持續(xù)增加，而污染嚴重的礦物燃料煤又占能源消耗**多數(shù)比例，為緩解環(huán)境、能源問題，國家已啟動了一系列天然氣工程，預計未來天然氣在能源消費中所占比例將有較大幅度提高。但我國是一個人均能源、資源稀少的國家，已探明天然氣儲量并不能滿足國內(nèi)能源需求，因此，應當盡可能高效、經(jīng)濟地使用，如BCHP，CCHP，DHC等等，使之在解決人口密集的城市的能源、環(huán)境問題方面有效發(fā)揮作用。

3幾種BCHP技術(shù)

3.1BCHP的系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)其功能，BCHP系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)：燃料─電力轉(zhuǎn)換及接入設(shè)備、空調(diào)冷熱源熱備、包括空氣處理末端的空調(diào)系統(tǒng)。各子系統(tǒng)均有多種技術(shù)方案，各有特點。

3.2幾種BCHP技術(shù)方案的性能特點

3.2.1微型燃氣輪機─余熱溴化鋰機組方案

此方案中，微型燃氣輪機（出力300kW以下）發(fā)電后的余熱被直接用以驅(qū)動吸收式制冷機，制冷量不足時可補燃以增加冷機出力。目前小型燃機發(fā)電效率在30％以下，國外有數(shù)家公司有商品化機組，國內(nèi)也已開始投入力量進行研發(fā)。吸收式機組國內(nèi)外均有生產(chǎn)廠家。此方案系統(tǒng)較簡單，且不用氟利昂制冷劑，與建筑用能匹配也較容易。

3.2.2燃氣內(nèi)燃機─余熱投入型溴化鋰機組方案

在此方案中內(nèi)燃機發(fā)電后的余熱先進行回收，然后被導入直燃機用以預熱溶液，減少燃料消耗量。燃氣內(nèi)燃機特別是帶增壓中冷的機組發(fā)電效率較高，目前在30％-42％間，依機組容量而異。冷（熱）負荷較低時，也可僅以排熱驅(qū)動制冷機。

3.2.3高溫燃料電池─余熱溴化鋰機組方案

燃料電池是將燃料化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，不受卡諾定律的限制，有很高的發(fā)電效率（50-79％）。SOFC（固體氧化物燃料電池）和MCFC（熔融碳酸鹽燃料電池）可直接以天然氣作燃料發(fā)電[4]，不僅發(fā)電效率高，且排熱溫度高，可達750℃，用以驅(qū)動吸收式制冷機，可獲得較高的能效比。此方案因發(fā)電效率高，排熱相應較少，也需要補燃才可提供足夠冷量。

3.2.4燃氣內(nèi)燃發(fā)電機─壓縮式制冷

這是一個無吸收式制冷技術(shù)的方案。燃氣機除用以發(fā)電外，還可用以直接驅(qū)動蒸汽壓縮式制冷機或熱泵，也可以發(fā)電后驅(qū)動電動制冷機組，依建筑物需要而定。燃氣機的余熱可作各種用途，包括用于除濕干燥，這可以提高制冷機出水溫度，使制冷機組能效比大幅提高；在熱泵應用中則可以提高制熱量，使之在外界環(huán)境溫度下降時仍能維持一定的制熱量。因燃氣機熱效率較高，這個方案的一次能利用效率也是較高的。

除以上方案外，還可能有其它方案的組合，而其它技術(shù)如PAFC（磷酸型燃料電池）、PEMFC（質(zhì)子交換膜燃料電池）也是合適的BCHP動力設(shè)備，在此不一一述及。

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