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          幾種BCHP技術及其能源利用效率的簡要分析
          2015-06-29 11:17:34|點擊次數:


          熱電聯產

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


          能源、環境問題是中國實現可持續發展戰略所面臨的重大挑戰之一,應對這一挑戰,需要各行各業密切協作,在各自的領域里作出巨大努力,空調制冷業也不能例外。事實上近年來空調制冷業的發展,正在造成我國乃至全球能源、環境危機:空調用電不僅已成為城市能源消費最多的領域之一,還在夏季造成電網尖峰負荷,致使電力供應出現緊張局勢;而空調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]等環境問題。因此,解決能源、環境問題,空調制冷行業有著不可推卸的責任,理應有所作為和貢獻。提高設備性能雖然是解決問題的一個重要方面,但在空調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效率的角度出發,研究提高空調系統用能的高效化、清潔化,有效降低空調制冷能耗,減少環境污染,這是一個不可忽視的領域[1],[2],而BCHP作為一種能量梯級綜合利用的技術,可以在這方面發揮重要作用[1],[2],[3],本文就幾種BCHP技術的能效作一初步分析。

          2BCHP的概念及其優越性


          BCHP即樓宇冷熱電聯產,是BuildingCooling,HeatingandPower的縮寫,其原理是:燃料(油、氣等)先經熱―功或電化學過程轉換為電力供建筑物使用,燃料發電后的余熱則用于建筑物供熱、空調等,如圖1所示。而在傳統的以電力為能源的空調系統中,高品質的能源─在中國目前最主要的部份是煤─首先以較低的效率被轉換為"清潔的"二次能源─電力,經輸配電設施到建筑物,再經制冷制熱設備轉換為低品位的空調冷熱源─通常是冷水或熱水,在此過程中能量不僅在質上貶值了─高品位的能量被轉換成了低品位的空調冷熱水,且數量上也"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,造成環境污染,如圖2所示。比較上面兩種空調用能模式可見,BCHP的用能方式具有諸多優點:

          用能合理,實現了能量的梯級利用,減少了能量轉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;

          環保,燃氣內燃機、燃氣輪機、燃料電池均有低排放特點;

          分布式現場發電,提高供電可靠性。


          在當今中國,空調用電持續增加,而污染嚴重的礦物燃料煤又占能源消耗絕對多數比例,為緩解環境、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能源需求,因此,應當盡可能高效、經濟地使用,如BCHP,CCHP,DHC等等,使之在解決人口密集的城市的能源、環境問題方面有效發揮作用。

          3幾種BCHP技術


          3.1BCHP的系統構成

          根據其功能,BCHP系統可分為三個子系統:燃料─電力轉換及接入設備、空調冷熱源熱備、包括空氣處理末端的空調系統。各子系統均有多種技術方案,各有特點。

          3.2幾種BCHP技術方案的性能特點

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

          3.2.2燃氣內燃機─余熱投入型溴化鋰機組方案

          在此方案中內燃機發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。燃氣內燃機特別是帶增壓中冷的機組發電效率較高,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化為電能的裝置,不受卡諾定律的限制,有很高的發電效率(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電[4],不僅發電效率高,且排熱溫度高,可達750℃,用以驅動吸收式制冷機,可獲得較高的能效比。此方案因發電效率高,排熱相應較少,也需要補燃才可提供足夠冷量。

          3.2.4燃氣內燃發電機─壓縮式制冷

          這是一個無吸收式制冷技術的方案。燃氣機除用以發電外,還可用以直接驅動蒸汽壓縮式制冷機或熱泵,也可以發電后驅動電動制冷機組,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,而其它技術如PAFC(磷酸型燃料電池)、PEMFC(質子交換膜燃料電池)也是合適的BCHP動力設備,在此不一一述及。

          文章來自:http://www.ytebara.com.cn/index.php?catid=849/



                        
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