热电联产

简介：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。

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

在此方案中内燃机发电后的余热先进行回收，然后被导入直燃机用以预热溶液，减少燃料消耗量。燃气内燃机特别是带增压中冷的机组发电效率较高，目前在30％-42％间，依机组容量而异。冷（热）负荷较低时，也可仅以排热驱动制冷机。

3.2.3高温燃料电池─余热溴化锂机组方案

燃料电池是将燃料化学能直接转化为电能的装置，不受卡诺定律的限制，有很高的发电效率（50-79％）。SOFC（固体氧化物燃料电池）和MCFC（熔融碳酸盐燃料电池）可直接以天然气作燃料发电[4]，不仅发电效率高，且排热温度高，可达750℃，用以驱动吸收式制冷机，可获得较高的能效比。此方案因发电效率高，排热相应较少，也需要补燃才可提供足够冷量。

3.2.4燃气内燃发电机─压缩式制冷

这是一个无吸收式制冷技术的方案。燃气机除用以发电外，还可用以直接驱动蒸汽压缩式制冷机或热泵，也可以发电后驱动电动制冷机组，依建筑物需要而定。燃气机的余热可作各种用途，包括用于除湿干燥，这可以提高制冷机出水温度，使制冷机组能效比大幅提高；在热泵应用中则可以提高制热量，使之在外界环境温度下降时仍能维持一定的制热量。因燃气机热效率较高，这个方案的一次能利用效率也是较高的。

除以上方案外，还可能有其它方案的组合，而其它技术如PAFC（磷酸型燃料电池）、PEMFC（质子交换膜燃料电池）也是合适的BCHP动力设备，在此不一一述及。

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