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    暖通空調系統能源利用評價--建筑熱電冷聯供系統

    2013-12-07 03:12:31 1635

    一、建筑熱電冷三聯供系統概念

    建筑熱電冷三聯供系統(BCHP系統),也稱為分布式供電系統的一種,是在建筑物內安裝燃氣或燃油發電機組發電,滿足建筑物的用電基礎負荷;同時,用其余熱產生熱水,用于采暖和生活熱水需要;在夏季還用發電的余熱產生冷量,用于空調的降溫和除濕。這樣,通過燃氣或燃油同時解決建筑物內供電、供熱和供冷的需要,所以稱為建筑熱電冷三聯供系統。燃氣輪機+余熱直燃機(補燃型)BCHP系統流程,如圖8.6所示。

    二、建筑熱電冷三聯供系統能效特性分析

    采用燃氣或燃油發電,有幾種不同形式,其發電效率、產熱效率和所產生熱量的承載形式也不同,從而決定能耗性能的差異,見表8.8。

    BCHP系統產生熱量是通過在煙氣,水換熱器從排出的煙氣中回收熱量,水-水換熱器從發動機的冷卻水中回收熱量。由于排出的煙氣溫度高,所以可以滿足高溫度熱利用(如制備90℃的熱水)的要求。煙氣中熱量的熱回收效率與利用熱量的溫度和煙氣的過量空氣系數有關。過量空氣系數越大,排出的煙氣量越大,熱回收效率就越低。而發動機冷卻水的溫度又不能太高,所以從內燃機的缸套冷卻水中就只能得到不超過70-80℃的熱量,從斯特林發動機的冷卻水中,就只能得到40-50℃的熱水。這樣,當需要較高溫的熱量時,以熱水形式產生的熱量不易利用。

    BCHP的余熱制冷的方式是利用吸收式制冷機。可以直接把發動機的煙氣通到專門的吸收制冷機中,制取空調用冷凍水。此時,煙氣中的熱量轉換為冷量的轉換效率可達1.2-1.3。然而,發動機冷卻水中的熱量溫度低,不宜用來制冷。有些吸收機可以同時利用內燃機的煙氣和缸套冷卻水制冷,但此時的熱一冷轉換系數只能達到1O左右。斯特林發動機的缸套水就很難用來制冷。

    采用BCHP系統同時提供電力和熱量時,首先從燃氣中提取高品位的電能,然后將其剩余的低品位能源轉換為熱量。與直接鍋爐燃燒產熱相比,其能源利用率較高。因此,當全年有穩定的熱負荷時,采用BCHP供電供熱是一種能源高效利用的方式。采用發電后的余熱制冷時,制冷COP僅為1-1.3,而采用通常的大型電動壓縮式制冷機,COP可達6左右,也就是說1份電力可以制取6份冷量。這樣,采用大功率內燃機,發電效率40%,產熱量40%,熱量可產生的冷量為40%(COP=1),這部分冷量折合電力不到7%(COP=6),總的等效發電效率不到47%。目前,大型燃氣-蒸汽聯合循環電廠發電效率可以達到55%,考慮電力的輸配損失,到達用戶末端后也可達到約50%。因此,和大型燃氣-蒸汽聯合循環電廠及電動壓縮制冷相比,采用大功率內燃機的“電冷聯產”,其能源轉換率并不高。

    采用微燃機,即使發電效率30%,產熱效率60%,此熱量變為冷量78%( COP=1.3),冷量折合電力為13%,總的等效發電效率不到43%,低于大型燃氣-蒸汽聯合循環電廠的50%的效率。因此,不能認為采用微燃機發電的“電冷聯產”方式能源利用率高,大型燃氣發電廠可以得到更高的能量轉換效率。

    采用建筑熱電冷聯產方式,還有確定合理的發電機的容量問題。這時,需要考慮是按照“以電定熱”,還是“以熱定電”的方式運行。按照“以電定熱”,就是根據電力的需求運行BCHP設備,如果產生的熱量不能全部利用,就會被排放。由于這種設備單獨發電時能源利用率很低,所以就會造成大的能源浪費。“以熱定電”是根據熱量或冷量的需求運行BCHP設備,不造成熱量的無效排放。除了某些生活熱水負荷全年穩定(如醫院、游泳池、旅館)外,采暖負荷在冬季變化很大,夏季的冷負荷則變化更大,這樣就導致“以熱定電”的運行模式運行時,全年的設備有效運行小時數低,設備初投資回收慢。在一些電力供應不足、電價高昂的地區,經濟利益就會促使運行者按照“以電定熱”方式運行,當電價高時,盡管發電效率不高,但仍有經濟利益,于是就形成“省錢不省能”的運行模式。然而,從節約能源的大局看,這不是一種合理的運行方式,應該限制和避免。


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