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
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
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
3.2.2燃气内燃机─余热投入型
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
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
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。