熱電聯産

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，讨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内燃機的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，燃氣内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，在各自的領域裡作出巨大努力，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，緻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，空調制冷行業有着不可推卸的責任，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即樓宇冷熱電聯産，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築物使用，燃料發電後的餘熱則用于建築物供熱、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，經輸配電設施到建築物，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，燃料作功後的餘熱也得到充份利用；

清潔，可使用天然氣等清潔燃料；

環保，燃氣内燃機、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将有較大幅度提高。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内能源需求，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─餘熱溴化锂機組方案

此方案中，微型燃氣輪機（出力300kW以下）發電後的餘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，國内也已開始投入力量進行研發。吸收式機組國内外均有生産廠家。此方案系統較簡單，且不用氟利昂制冷劑，與建築用能匹配也較容易。

3.2.2燃氣内燃機─餘熱投入型溴化锂機組方案

在此方案中内燃機發電後的餘熱先進行回收，然後被導入直燃機用以預熱溶液，減少燃料消耗量。燃氣内燃機特别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─餘熱溴化锂機組方案

燃料電池是将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燃氣内燃發電機─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，也可以發電後驅動電動制冷機組，依建築物需要而定。燃氣機的餘熱可作各種用途，包括用于除濕幹燥，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）也是合适的BCHP動力設備，在此不一一述及。

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