几种bch技术及其能源利用效率的扼要

几种BCHP技术及其能源利用效率的简要分析摘要：BCHP是能量梯级综合利用的技术，对于解决我国面临的环境、能源问题有重要作用。本文对BCHP与传统空调用能方式的优缺点进行了分析，讨论了现有技术条件下几种BCHP技术的性能和特点，对基于微型燃气轮机和燃气内燃机的BCHP技术进行了分析，结果表明，在目前的技术水平下，当”以热定电”时，燃气内燃机方案较微燃机方案的一次能耗要低。关键字：BCHP微型燃气轮机燃气内燃机以热定电1引言能源、环境问题是中国实现可持续发展战略所面临的重大挑战之一，应对这一挑战，需要各行各业密切协作，在各自的领域里作出巨大努力，空调制冷业也不能例外。事实上近年来空调制冷业的发展，正在造成我国乃至全球能源、环境危机：空调用电不仅已成为城市能源消费最多的领域之一，还在夏季造成电网尖峰负荷，致使电力供应出现紧张局势；而空调在全球的使用也直接、间接地造成诸如大气臭氧层破坏，温室气体排放，城市热岛[1]等环境问题。因此，解决能源、环境问题，空调制冷行业有着不可推卸的责任，理应有所作为和贡献。提高设备性能虽然是解决问题的一个重要方面，但在空调使用飞速增长的中国，仅仅这样还远不够，必须从提高整个能源系统效率的角度出发，研究提高空调系统用能的高效化、清洁化，有效降低空调制冷能耗，减少环境污染，这是一个不可忽视的领域[1],[2]，而BCHP作为一种能量梯级综合利用的技术，可以在这方面发挥重要作用[1],[2],[3]，本文就几种BCHP技术的能效作一初步分析。2BCHP的概念及其优越性BCHP即楼宇冷热电联产，是BuildingCooling,HeatingandPower的缩写，其原理是：燃料（油、气等）先经热―功或电化学过程转换为电力供建筑物使用，燃料发电后的余热则用于建筑物供热、空调等，如图1所示。而在传统的以电力为能源的空调系统中，高品质的能源─在中国目前最主要的部份是煤─首先以较低的效率被转换为“清洁的”二次能源─电力，经输配电设施到建筑物，再经制冷制热设备转换为低品位的空调冷热源─通常是冷水或热水，在此过程中能量不仅在质上贬值了─高品位的能量被转换成了低品位的空调冷热水，且数量上也“减少了”：大部份排热因远离用户而作为废热与NOx、SO2、粉尘等污染物一起被排入大气，造成环境污染，如图2所示。比较上面两种空调用能模式可见，BCHP的用能方式具有诸多优点：用能合理，实现了能量的梯级利用，减少了能量转化和利用过程中的不可逆损失；高效，燃料作功后的余热也得到充份利用；清洁，可使用天然气等清洁燃料；环保，燃气内燃机、燃气轮机、燃料电池均有低排放特点；分布式现场发电，提高供电可靠性。在当今中国，空调用电持续增加，而污染严重的矿物燃料煤又占能源消耗绝对多数比例，为缓解环境、能源问题，国家已启动了一系列天然气工程，预计未来天然气在能源消费中所占比例将有较大幅度提高。但我国是一个人均能源、资源稀少的国家，已探明天然气储量并不能满足国内能源需求，因此，应当尽可能高效、经济地使用，如BCHP，CCHP，DHC等等，使之在解决人口密集的城市的能源、环境问题方面有效发挥作用。3几种BCHP技术3.1BCHP的系统构成根据其功能，BCHP系统可分为三个子系统：燃料─电力转换及接入设备、空调冷热源热备、包括空气处理末端的空调系统。各子系统均有多种技术方案，各有特点。3.2几种BCHP技术方案的性能特点3.2.1微型燃气轮机─余热溴化锂机组方案此方案中，微型燃气轮机（出力300kW以下）发电后的余热被直接用以驱动吸收式制冷机，制冷量不足时可补燃以增加冷机出力。目前小型燃机发电效率在30％以下，国外有数家公司有商品化机组，国内也已开始投入力量进行研发。吸收式机组国内外均有生产厂家。此方案系统较简单，且不用氟利昂制冷剂，与建筑用能匹配也较容易。3.2.2燃气内燃机─余热投入型溴化锂机组方案轿在此方药案中内凝燃机发朱电后的勒余热先神进行回承收，然元后被导蹦入直燃披机用以画预热溶并液，减矛少燃料恰消耗量拐。燃气换内燃机沃特别是姑带增压届中冷的犁机组发规电效率氧较高，芽目前搂在密3秃0膊％常-4驳2疤％间，单依机组侄容量而批异。冷阅（热）盖负荷较射低时，俱也可仅彼以排热红驱动制绳冷机。顾3.2岔.3尽疏高温燃背料电钓池挺─衰余热溴坦化锂机缎组方案塘燃料电阔池是将旗燃料化杂学能直悲接转化费为电能此的装置寿，不受绢卡诺定底律的限仙制，有翻很高的常发电效筐率栽（妄50-愧7牧9哨％）沉。拖SOF京C朱（固体精氧化物以燃料电摘池）麦和催MCF轮C尿（熔融件碳酸盐柄燃料电配池）可隔直接以厕天然气显作燃料训发电弊[4]擦，不仅硬发电效夜率高，鸦且排热尸温度高揪，可掌达晃75蚕0采℃况，用以汽驱动吸首收式制灭冷机，瓦可获得匹较高的逆能效比好。此方张案因发斤电效率斥高，排联热相应述较少，浑也需要陪补燃才菊可提供会足够冷辞量。浩3.2色.4鱼漆燃气内芬燃发电慕机热─城压缩式描制冷件这是一估个无吸食收式制由冷技术灾的方案摊。燃气酒机除用洪以发电疮外，还旅可用以量直接驱峰动蒸汽刚压缩式抚制冷机谦或热泵浑，也可拉以发电蝇后驱动勺电动制仗冷机组多，依建购筑物需中要而定办。燃气心机的余葡热可作村各种用茫途，包风括用于准除湿干亦燥，这里可以提造高制冷荡机出水木温度，登使制冷效机组能津效比大抱幅提高三；在热像泵应用考中则可浸以提高淡制热量尘，使之臭在外界绿环境温钓度下降毙时仍能当维持一洒定的制福热量。稳因燃气号机热效债率较高州，这个写方案的同一次能俯利用效倚率也是蒜较高的举。嘴除以上贱方案外侨，还可喝能有其庭它方案母的组合派，而其某它技术万如张PAF答C下（磷酸半型燃料扰电池）郑、燥PEM跌F撑C宋（质子崇交换膜号燃料电泰池）也擦是合适百的尖BCH丛P韵动力设脖备，在捷此不一削一述及伙。撞下表列辣出了国遥内外知哨名厂家鹿如康明膝斯，卡夸特彼勒旋，宝曼忌等的发害电机组棋所能达级到的性容能。由衣表可见旗，不同另产品发端电效率炼、余热夏品位（促温度）隆相差较枣大，要逝分析与惹其相应讽的杏BCH耍P蒸的能效奋，只有钉火用效炎率才是督合理的腾指标碑[1]搏，但这桥在计算芬上有些敲不便，铲为使分什析可行舟，本文占将在一辆定的热挺（冷）线、电负孙荷下进拨行不同倒方案的夕一次能纪消耗的散分析比院较。用表年1岁.蓬几种动施力转换屿设备的汁性能参殊数胞吩项目暗参数裙内燃机耳外燃机求微燃机蹄***薯SOF畅C瞒发电效眼率且％乱32-忽38觉30未15厚20遇25讯50-包60耕高温余坛热粉温度驼（铃℃怎）饱520获/耍550模/霸/常700交制冷系凑数雀*舍1.0梦/眼1.0化/疲/挽1.2息5泄低温余坦热储温度吨（施℃雪）学90罗50贴/坚95志95浩/隐制冷系须数纪**泻0.7返5蚂/晋/海0.8腹0.8订/棚*劫理论估治计值，彼根据直钟燃机高谨发温听度京16资0鼠度辱、贷CO俘P彩较高值钳为橡1.3渠5禾推算得控到。纤**陵某公司烧热水型贞溴冷机躁数据。并***甚见课Bow担man咐碗公司产浩品介绍下。将4鸦话两翠种紫BCH机P她技术的匪能效分太析拳鉴于微榆型燃气蔑轮机和株燃气内黑燃机在箱目前是绸较成熟甘的技术膝，因此花本文着搭重讨论性基于这监两种技消术屈的帐BCH起P沫技术：尸方障案阻1岛弟和方渗案峰4孩。融设有一窗建筑物器，其冷盼负荷嚷为慧Q扛c昆，自发轨电负荷鞠为撕W戴。则依体方忙案川1飘的能量镇转换方贴式可得席：爹上式中姓，涉—谁吸收式似制冷机未的性能络系数茫；订η详t谁—翁燃气轮肃机发电港效率；王—婆吸收式姥制冷机睁补燃功叔率。设邀补燃功泰率制冷帖量为总厦冷负荷额的凭x呢倍，即，则应设燃气帝内燃机房发电效恐率言为牲η瘦e努，压缩僻式制冷收机性能艰系数为姥，不考慌虑内燃屯机余热胀回收，桌则方戚案袍1龟的一次鬼能消耗翠量清及方羡案缸4款的一次圾能消耗屡量龄分别为挥由于关承于补燃绞的溴冷兰机的性竭能参数抬比较少蛙，为便俗于讨论页，现假忧设较x=趋0惯，即不蒸考虑补横燃，建蛾筑物冷音负荷全事部由燃静气轮机食余热满促足，这西实际上念是狭”帮以热定回电漆”后。以目梳前蒸汽腰压缩冷信水机组兰的技术婶水平，蜂高水平宜的螺杆锄机柔COP温c狱可圣达控5.致2哥，离心末机则可幼达史7.呢0盼，这里健取刺5.郑2骆。燃气雾内燃发调电机效版率赖取杜35扣%歉，代入挤表挑1骨的其它乐相关参得数可得旺各方案银的瑞P召E茄值，如埋表抛2蜡所示，慎这里还葡未计入争内燃机睡的可利壤用排热笋。由脑表例2桌可见，爸在不补消燃、不辉计入内积燃机可摆利用排傲热的条造件下，蹦仅当微惧燃机效爬率大葛于屠2学5新％时，楚方战案株2.2堵.惭4枯的一次嘱能耗才摆较方迎案而2.2之.1房掠为低，疗但由于购此时余笔热温度造较低，源制冷性萍能系数蒸低，为丧满足冷软负荷要艳求，发努电功率中就将超砖出建筑劲自身负左荷，需兴要向电隔网售电旺，而这熔将遇到拐很大阻砍力；此南外若将励内燃机乘的排热芹用于空剃调制冷打，如干柳燥除湿得等，则士方明案酸2.2愈.床4遭的一次未能耗仍滴将低于芽方厌案营2.2鹿.固1抹，将另啦文进行导分析讨叠论。坛表派2.标瓶两种方独案的一劝次能耗塔比缠较重野方案害P的E吧值隆方季案延2.2卡.1咸6.6祸7W贱5W桨4W摧方嫁案叼2.2园.4都5.9育7W兰4.6似W隐4.1艰8W理5铁益结束语奉BCH颤P稳是能量付梯级利甚用的新谎型能源瑞、环境何技术，榜其技术牧仍在不触断发展栽，在目键前及可雄预见的琴将来，老有多种倡技术方单案可供绣选择，特其中基蹈于内燃寺机宣的招BCH重P村技术在久某些情疗况下具尘有较高紧的一次大能效率推，且目镇前内燃撑机远较茎微燃机贡廉价，铅未来内钓燃机效异率更将逮高抚达胆5覆0共％（见怒美国能搞源部网捧站），纺因此可伞以预计寿将有更次好的技册术经济柄性能。掩看来，席只有在辈准确地狐预计建末筑物电客、热负茧荷的基贴础上，淡在可行赏的技术旧条件下鸭结合能姿源价格鉴和政策校进行综芳合优化岸才能得按到技术张、经济腥均为最示佳恶的瓜BCH裁P偷技术方宵案。姓参考文矮献致1.揭窃龙惟项定卖.润预我国发吹展燃气望空调的父必要植性请.2弄00奏3钥年全国鄙空调技巴术交流毛会论文纳集群，腰200拌3.1锅1祖成都郑，浅pp椅1利。稼2.幻芝汪训耽昌亦.吓席合理用塌能亚—关空调冷脂热源之订能源利耻用的分