美嘉華系列之--低溫余熱發(fā)電技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、 全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 隨著世界范圍內(nèi)的能源緊缺，全球正致力于節(jié)能、減排，力爭(zhēng)可持續(xù)的發(fā)展。到2030年，全球?qū)δ茉吹男枨箢A(yù)計(jì)將增加60，到2050年將翻一番。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，在美國(guó)，每年有280,000MW的廢熱能源被排放，這些廢熱可以被回收，為美國(guó)提供20%的電力需求，同時(shí)能削減20%的溫室氣體排放，每年可節(jié)約70-150B美元的能源成本。廢熱可被認(rèn)為是另一種綠色能源，因?yàn)樗且环N與可再生能源等價(jià)的資源，能夠提高目前礦物燃料使用的能源效率，同時(shí)通過(guò)將回收的熱量轉(zhuǎn)換為可用的電能、加熱或冷卻來(lái)減少輸電網(wǎng)的需求。不同來(lái)源的獨(dú)立數(shù)據(jù)表明，這種廢熱回收機(jī)會(huì)的價(jià)值超過(guò)6

2、00B美元。同樣，在世界范圍內(nèi)存在許多這樣的機(jī)會(huì)。 對(duì)能源的可承受性、安全性以及溫室氣體排放的擔(dān)心已經(jīng)大大提高了人們對(duì)能源效率潛能的興趣，因?yàn)樗軌驗(yàn)槭澜缃?jīng)濟(jì)提供大量的未開發(fā)能源。廢熱發(fā)電是能源效率的一項(xiàng)主要應(yīng)用領(lǐng)域，能夠滿足這種不斷增長(zhǎng)的需求。宜科根超臨界二氧化碳基廢熱發(fā)電循環(huán)技術(shù)就是在此目的下研發(fā)的國(guó)際最為前列的先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。 全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 目前國(guó)內(nèi)低溫余熱發(fā)電技術(shù)是采用有機(jī)工質(zhì)（也就是以有機(jī)物如：R R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷等作為工作介質(zhì)）作為熱力循環(huán)（也就是朗肯循環(huán)）的工質(zhì)與低溫余熱換熱，有機(jī)工質(zhì)吸熱后產(chǎn)

3、生高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)或其他膨脹動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。因此，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)余熱回收和發(fā)電的最低余熱資源溫度可到80，這是常規(guī)發(fā)電技術(shù)不能做到的（常規(guī)發(fā)電要求熱源溫度在350以上），從而拓寬了可以回收發(fā)電的余熱資源范圍，為各行業(yè)的低溫余熱資源回收提供了技術(shù)手段和設(shè)備。 有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)，即在傳統(tǒng)朗肯循環(huán)中采用有機(jī)工質(zhì)代替水推動(dòng)渦輪機(jī)做功。右圖為有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)示意圖。低壓液態(tài)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)工質(zhì)泵增壓后進(jìn)入預(yù)熱器、蒸發(fā)器吸收熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏赫魵庵?，高溫高壓有機(jī)工質(zhì)蒸氣推動(dòng)渦輪機(jī)做，產(chǎn)生能量輸出，渦輪機(jī)出口的低壓蒸氣進(jìn)入冷凝器，向低溫?zé)嵩捶艧岵⒗淠秊橐簯B(tài)，如此往復(fù)循環(huán)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。 全球?qū)I(yè)的工

4、業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 20世紀(jì)60年代，圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的每個(gè)工程師或許都想?yún)⑴c阿波羅空間計(jì)劃。今天，那種興奮與熱情集中在了超臨界二氧化碳（S-CO2）技術(shù)的啟動(dòng)上。圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室超臨界二氧化碳功率轉(zhuǎn)換項(xiàng)目的主機(jī)械工程師達(dá)理弗萊明說(shuō)：“超臨界二氧化碳就是未來(lái)；是一項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)，是一種進(jìn)一步改善功率效率的方法”。 的確，超臨界二氧化碳極有可能會(huì)成為發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)、效率和環(huán)境的規(guī)則改變者：簡(jiǎn)單循環(huán)效率超過(guò)50%；碳足跡是同樣功率輸出的傳統(tǒng)渦輪機(jī)械的百分之一；并且沒(méi)有氮氧化物的排放。這些就是傳說(shuō)中的超臨界二氧化碳渦輪機(jī)的益處，目前正在良好的設(shè)計(jì)和研究階段。 突破性的熱機(jī)技術(shù)

5、以采用超臨界二氧化碳作為工作液體的廢熱發(fā)電循環(huán)為基礎(chǔ)。超臨界二氧化碳環(huán)保、無(wú)毒具有良好的傳熱傳質(zhì)性能。超臨界二氧化碳較高的能量密度能減少系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和成本，在系統(tǒng)效率、碳足跡以及易于安裝方面提供了顯著的優(yōu)勢(shì)。它能將大量的廢熱轉(zhuǎn)換為電能，應(yīng)用領(lǐng)域包括燃?xì)廨啓C(jī)底部循環(huán)、固定式柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組、工業(yè)廢熱回收、太陽(yáng)能熱量、地?zé)峒盎旌蟽?nèi)燃機(jī)等。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 廢熱發(fā)電代表了滿足全球能源穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵部分。國(guó)際能源展望2011報(bào)告中估計(jì)美國(guó)在2008年消耗了100.1庫(kù)德的能量，預(yù)計(jì)會(huì)以每年0.5%的速度增長(zhǎng)，至2035年增加至114.2庫(kù)德。印度、中國(guó)和非經(jīng)合

6、組織亞洲區(qū)域的能源消耗預(yù)計(jì)見表1。表1：按區(qū)域的一次性消費(fèi)能源總量區(qū)域區(qū)域按區(qū)域的能源消耗（庫(kù)德）按區(qū)域的能源消耗（庫(kù)德）20082008（歷史數(shù)據(jù)）（歷史數(shù)據(jù)）20352035（預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)）（預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)）平均每年的百分比變化（平均每年的百分比變化（2008-20352008-2035）非經(jīng)合組織亞洲區(qū)域137.9298.82.9中國(guó)86.2191.43.0印度21.149.23.2其它30.758.22.4美國(guó)100.0114.20.5 據(jù)美國(guó)能源部表示，美國(guó)工業(yè)每年消耗的能量約為32庫(kù)德，幾乎是美國(guó)能源消耗總量的三分之一，其中有280,000MWh作為廢熱而損失的熱量可能能夠回收作為可用的能量

7、，同時(shí)能削減20%的溫室氣體排放，每年可節(jié)約70-150B美元的能源成本。同樣的機(jī)會(huì)在印度、中國(guó)和其它的非經(jīng)合組織亞洲區(qū)域也存在。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 能源密集型制造商，如鋼鐵、玻璃、水泥、化工、鋁、造紙、油&氣等行業(yè)，在美國(guó)通常會(huì)有利潤(rùn)空間狹窄的經(jīng)歷，通過(guò)減少能量消耗來(lái)降低運(yùn)行成本能幫助他們獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。例如，一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)利潤(rùn)邊際的鋼鐵廠降低66,000美元的能量消耗（如通過(guò)將廢熱轉(zhuǎn)換為電能）必須要增加1,000,000美元的銷售額以達(dá)到同樣的財(cái)務(wù)水平。 1998年，在發(fā)電行業(yè)有15%的燃?xì)廨啓C(jī)，預(yù)計(jì)到2020年可增加至40%。2009年國(guó)際預(yù)測(cè)公司研究估計(jì)4

8、6455臺(tái)工業(yè)汽輪機(jī)的全球安裝包含21%的（9755臺(tái)）航改式汽輪機(jī)，46%的（21370臺(tái)）輕型框架設(shè)備，剩余的33%（15330臺(tái)）為大型框架渦輪機(jī)。大型框架設(shè)備（如，120Mwe以上的）通常是安裝用于通用規(guī)模發(fā)電，一般配置用作大型熱回收蒸汽發(fā)生器的聯(lián)合循環(huán)服務(wù)。小型至中型燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)一般是作為單循環(huán)設(shè)備銷售，因?yàn)榭s小聯(lián)合循環(huán)服務(wù)的蒸汽系統(tǒng)規(guī)模非常困難。小型至中型燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)對(duì)其它底部循環(huán)技術(shù)來(lái)說(shuō)非常有意義，如超臨界二氧化碳基功率循環(huán)，是底部循環(huán)的更小、更經(jīng)濟(jì)的解決方案。我們預(yù)計(jì)，在現(xiàn)有的和新的20-120Mwe底部循環(huán)上安裝宜科根熱機(jī)的市場(chǎng)份額可占到10%，簡(jiǎn)單循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)延伸到下

9、一個(gè)五年將是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，預(yù)計(jì)可超過(guò)3B美元。 全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 目前我國(guó)能源形勢(shì)嚴(yán)峻的根本原因在于用能效率低下。我國(guó)每噸標(biāo)準(zhǔn)煤的產(chǎn)出效率僅相當(dāng)于日本的10.3、美國(guó)的28.6。我國(guó)工業(yè)用能中近60-65%的能源轉(zhuǎn)化為余熱資源，其中溫度低于350以下的低溫余熱，約占余熱總量的60%。目前低溫余熱利用最多的國(guó)家是美國(guó)，它的利用率達(dá)60%，歐洲的利用率是50%，我們國(guó)家只有30%。就低溫余熱利用現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)還很大的利用空間。按品質(zhì)分類按品質(zhì)分類 高品位高品位余熱余熱( 900) ( 900) 47%47%中品位中品位余熱余熱 (400(400900) 900

10、) 30%30%低品位低品位余熱余熱( 400) ( 400) 23%23% 我國(guó)鋼鐵冶金余熱總量達(dá)15000萬(wàn)tce/a，目前平均余熱回收水平僅為30%。主要原因在于我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)難以回收數(shù)量龐大的中低溫余熱。因此，我國(guó)鋼鐵工業(yè)中有大量的中低溫余熱資源可供開發(fā)。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范1.1.水泥工業(yè)：水泥工業(yè)：隨著新型干法水泥熟料技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣、普及，水泥生產(chǎn)過(guò)程中存在大量350-400以下的余熱不能充分利用，這部分熱量占到水泥熟料燒成總耗熱量35以上造成的能源浪費(fèi)高得驚人。我國(guó)水泥低溫余熱潛在的發(fā)電容量約800億kWh/a，相當(dāng)于1個(gè)三峽工程的年發(fā)電量

11、。2.2.陶瓷工業(yè)：陶瓷工業(yè)：日用陶瓷燒制窯爐排煙溫度一般在200-300，排煙帶走的熱量損失約占總熱量的20%-40%。我國(guó)現(xiàn)有陶瓷生產(chǎn)企業(yè)約3000家，余熱發(fā)電能力約1200億kWh/a,相當(dāng)于2個(gè)三峽工程的年發(fā)電量。3.3.玻璃生產(chǎn)工業(yè)：玻璃生產(chǎn)工業(yè)：我國(guó)投入使用的浮法玻璃生產(chǎn)線有130條左右，平均每條日熔化500t玻璃；平拉法平板玻璃生產(chǎn)線30條，平均每條日熔化200t玻璃；兩項(xiàng)合計(jì)年能耗總量約為520105 t重油。余熱發(fā)電潛力約300億kWh/a。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范地?zé)崮艿責(zé)崮?地?zé)崾且环N可持續(xù)發(fā)展的能源，我國(guó)的地?zé)豳Y源分布很廣，資源儲(chǔ)量約為4.4

12、1027kJ，蘊(yùn)含發(fā)電能力可達(dá)6.74GW。太陽(yáng)能太陽(yáng)能 我國(guó)2/3的面積年日照時(shí)間在2300小時(shí)以上，每平方米太陽(yáng)能年輻射總量3340-8400MJ，陸地表面每年接收的太陽(yáng)輻射能相當(dāng)于17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而且分布極為廣泛 ，蘊(yùn)含的發(fā)電能力約1400萬(wàn)億kWh/a，是我國(guó)一年總發(fā)電量的近300倍。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 在全球氣候異常變化日益嚴(yán)重，各項(xiàng)與氣候變化相關(guān)的自然災(zāi)害頻發(fā)的背景下，控制溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排成為了全球關(guān)注的焦點(diǎn)。作為碳排放大國(guó)，我國(guó)曾在2009年鄭重承諾：到2020年，我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量將在2005年基礎(chǔ)上減少40-4

13、5%?！笆濉币?guī)劃明確提出了2015年單位GDP二氧化碳排放總量比2005年降低17%的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)上述碳減排目標(biāo)，除了積極開發(fā)應(yīng)用各項(xiàng)節(jié)能減排的新技術(shù)外，通過(guò)碳排放交易這一市場(chǎng)化的手段同樣能有效實(shí)現(xiàn)減少碳排放的目標(biāo)。目前，我國(guó)在碳排放交易制度的構(gòu)建領(lǐng)域仍在不斷實(shí)踐和摸索，一些新法規(guī)和規(guī)范性文件的出臺(tái)為我國(guó)開展碳排放交易提供了重要的依據(jù)，同時(shí)也讓各相關(guān)主體能夠遇見我國(guó)碳排放交易制度的未來(lái)發(fā)展方向。 為此，美嘉華在此領(lǐng)域投入了大量的時(shí)間、精力、物力進(jìn)行了分析和研究，此間并與國(guó)際為此，美嘉華在此領(lǐng)域投入了大量的時(shí)間、精力、物力進(jìn)行了分析和研究，此間并與國(guó)際上眾多專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行著不斷的探討，結(jié)合國(guó)內(nèi)

14、市場(chǎng)需求整合了更多、更為先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。美上眾多專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行著不斷的探討，結(jié)合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求整合了更多、更為先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。美嘉華成功打造了一套符合于現(xiàn)代化工業(yè)需求的設(shè)備問(wèn)題解決專案，期望幫助用戶解決在面對(duì)今嘉華成功打造了一套符合于現(xiàn)代化工業(yè)需求的設(shè)備問(wèn)題解決專案，期望幫助用戶解決在面對(duì)今天能源不斷上漲、能耗居高不下、環(huán)保壓力不斷增大等背景下的諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)成本天能源不斷上漲、能耗居高不下、環(huán)保壓力不斷增大等背景下的諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)成本的大幅控制和競(jìng)爭(zhēng)力的提高。的大幅控制和競(jìng)爭(zhēng)力的提高。解決碳排放重大意義解決碳排放重大意義 全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 美國(guó)

15、美嘉華國(guó)際公司總部設(shè)立在美國(guó)新澤西州，在中國(guó)北京設(shè)有代表處，同時(shí)在中國(guó)部分省市也設(shè)有部分代表機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)化基地。長(zhǎng)期以來(lái)我們一直致力于全球范圍內(nèi)的環(huán)保、節(jié)能等新技術(shù)資源方面的開發(fā)整合業(yè)務(wù)。我們深知在全球經(jīng)濟(jì)一體化和用戶需求多樣化的今天，單一技術(shù)和資源已經(jīng)不能滿足發(fā)展之需要，鑒于此，美嘉華國(guó)際以積極和戰(zhàn)略性的前瞻思想與美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等國(guó)在內(nèi)的全球數(shù)十家高新技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)展開了國(guó)際性的業(yè)務(wù)合作，目前在這個(gè)平臺(tái)上我們擁有：設(shè)備檢測(cè)預(yù)防、設(shè)備快速維修、節(jié)能、環(huán)保等系列技術(shù)和產(chǎn)品。 這些技術(shù)和產(chǎn)品在幫助用戶實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)、成本控制等資源優(yōu)化方面發(fā)揮了重要作用，幫助他們?nèi)〉昧藬?shù)以億計(jì)

16、的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益。更為重要的是通過(guò)我們與用戶之間相互不懈努力和積極探索下建立了長(zhǎng)期的信賴關(guān)系和戰(zhàn)略合作關(guān)系，而我們堅(jiān)信這些良好的關(guān)系將在全球經(jīng)濟(jì)一體化日趨凸顯的今天會(huì)使我們彼此間的合作變得更加緊密和卓有成效。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 美國(guó)美嘉華國(guó)際公司的責(zé)任和使命就是與用戶建立針對(duì)設(shè)備維修維護(hù)及更多領(lǐng)域新技術(shù)應(yīng)用合作的平臺(tái)和通道，通過(guò)引進(jìn)和嫁接國(guó)際最先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品，優(yōu)化和提升用戶現(xiàn)有的設(shè)備維修維護(hù)資源和體系，使用戶在設(shè)備安裝調(diào)試，故障檢測(cè)、隱患預(yù)防、現(xiàn)場(chǎng)治理、維修保護(hù)、設(shè)備安裝調(diào)試，故障檢測(cè)、隱患預(yù)防、現(xiàn)場(chǎng)治理、維修保護(hù)、環(huán)保改造環(huán)保改造等方面實(shí)現(xiàn)全面的

17、技術(shù)進(jìn)步和升級(jí)提高，真正幫助用戶實(shí)現(xiàn)“控制生產(chǎn)成本、提高綜合效益”的目標(biāo)，為企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展作出貢獻(xiàn)。 正基于此，美嘉華在與用戶長(zhǎng)期的合作中總結(jié)發(fā)現(xiàn)，企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)節(jié)能減排資源的優(yōu)化將對(duì)企業(yè)的能耗、成本控制、環(huán)保治理產(chǎn)生巨大的影響。為此，美嘉華在此領(lǐng)域投入了大量的時(shí)間、精力、物力進(jìn)行了分析和研究，此間并與國(guó)際上眾多專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行著不斷的探討，結(jié)合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求整合了更多、更為先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。美嘉華成功打造了一套符合于現(xiàn)代化工業(yè)需求的設(shè)備問(wèn)題解決專案，期望幫助用戶解決在面對(duì)今天能源不斷上漲、能耗居高不下、環(huán)保壓力不斷增大等背景下的諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)成本的大幅控制和競(jìng)爭(zhēng)力的提高。全球?qū)I(yè)的工業(yè)

18、設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 調(diào)整優(yōu)化企業(yè)現(xiàn)有資調(diào)整優(yōu)化企業(yè)現(xiàn)有資源，降低經(jīng)營(yíng)成本凸源，降低經(jīng)營(yíng)成本凸顯經(jīng)濟(jì)效益顯經(jīng)濟(jì)效益全面提升企業(yè)現(xiàn)有的全面提升企業(yè)現(xiàn)有的維修維護(hù)體系維修維護(hù)體系減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度及減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度及事故發(fā)生，確保企業(yè)事故發(fā)生，確保企業(yè)安全生產(chǎn)安全生產(chǎn)應(yīng)用范圍廣泛，幾乎應(yīng)用范圍廣泛，幾乎可以覆蓋企業(yè)所有設(shè)可以覆蓋企業(yè)所有設(shè)備、設(shè)施備、設(shè)施可以避免或減少可以避免或減少設(shè)備的拆卸設(shè)備的拆卸節(jié)省企業(yè)設(shè)備節(jié)省企業(yè)設(shè)備維護(hù)綜合費(fèi)用，優(yōu)化維護(hù)綜合費(fèi)用，優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部資源企業(yè)內(nèi)部資源 延長(zhǎng)設(shè)備壽命延長(zhǎng)設(shè)備壽命 預(yù)防和杜絕隱患、預(yù)防和杜絕隱患、防止突發(fā)性事件防止突發(fā)性事件發(fā)生發(fā)生 減

19、少傳統(tǒng)維修減少傳統(tǒng)維修方法所造成的長(zhǎng)時(shí)間方法所造成的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)、停產(chǎn)停機(jī)、停產(chǎn)大幅度降低報(bào)廢更新大幅度降低報(bào)廢更新所需的采購(gòu)費(fèi)用并減所需的采購(gòu)費(fèi)用并減少部件庫(kù)存少部件庫(kù)存安全環(huán)保，提升安全環(huán)保，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力美嘉華技術(shù)美嘉華技術(shù)的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì)全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 宜科根電力系統(tǒng)（前身為rexorce熱力學(xué)公司）成立于2007年，總部設(shè)在俄亥俄州的阿克倫城，開發(fā)和商業(yè)化創(chuàng)新的余熱回收系統(tǒng)。宜科根的技術(shù)，將廢熱直接轉(zhuǎn)化為清潔，無(wú)污染物排放的電力。 宜科根的能量回收系統(tǒng)，利用超臨界碳二氧化碳（SCCO2）和一個(gè)范圍的組合流體，以創(chuàng)建一個(gè)電源產(chǎn)生周期中的應(yīng)用廣泛

20、的底部循環(huán)在氣體渦輪機(jī)，工業(yè)廢熱回收，太陽(yáng)熱，地?zé)岷突旌系剿鰞?nèi)燃機(jī)的替代品。宜科根的第一架原型機(jī)在2007年完成，是一個(gè)吸收式熱泵二氧化碳和優(yōu)選的第二流體。吸收式制冷循環(huán)中，二氧化碳被吸收到一個(gè)二次流體泵在提高能源利用效率。它減少練習(xí)的方法來(lái)發(fā)電。第二個(gè)5千瓦的原型系統(tǒng)，在2009年年初完成，采用純二氧化碳和證明，跨臨界循環(huán)熱機(jī)從商業(yè)應(yīng)用程序的余熱來(lái)產(chǎn)生電力，并建立了第一個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位的發(fā)展途徑。一個(gè)15千瓦的中試規(guī)模系統(tǒng)目前在我們的工程實(shí)驗(yàn)室，以支持產(chǎn)品開發(fā)，示范單元測(cè)試和系統(tǒng)規(guī)模的后續(xù)活動(dòng)。2009年期間，還設(shè)計(jì)了一個(gè)250千瓦的示范單位，目前在中西部地區(qū)電力公司完成beta測(cè)試。成功的

21、測(cè)試與電網(wǎng)連接，該單位將被部署在工業(yè)環(huán)境中的長(zhǎng)期耐力的測(cè)試和優(yōu)化。目前正在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，開發(fā)一個(gè)6MWe - 8 +兆瓦的示范項(xiàng)目。額外的長(zhǎng)期示范和商業(yè)安裝項(xiàng)目目前處于規(guī)劃階段。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范宜科根產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì)宜科根產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì) 由于制造技術(shù)的差別，宜科根公司產(chǎn)品在品質(zhì)與使用壽命上比國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品都具有較大優(yōu)勢(shì)。美國(guó)宜科根公司產(chǎn)品由于采用超臨界COCO2 2 （ScCOScCO2 2）作為工作介質(zhì)，在系統(tǒng)效率和環(huán)保方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品都是采用有機(jī)物為工作介質(zhì)，這類工作介質(zhì)大多數(shù)都是含氟化合物和可燃的有腐蝕性的化合物，這些有機(jī)物都是對(duì)環(huán)境和大

22、氣有污染的危險(xiǎn)化學(xué)品。就總的情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)為主，透平機(jī)都是螺桿膨脹機(jī)，且效率較低，它們?cè)诘蜏?200 以下的發(fā)電效率在 10%20% 左右，單從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)螺桿膨脹機(jī)的效率要比渦輪膨脹機(jī)的小，渦輪膨脹機(jī)則需要更大壓力比。而美國(guó)的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)大多采用渦輪膨脹機(jī)。美國(guó)宜科根公司的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)可以做到 30%-32% 的發(fā)電效率，這個(gè)數(shù)據(jù)說(shuō)明宜科根低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)具有更高的發(fā)電效率，這個(gè)系統(tǒng)所用工作介質(zhì)不是有機(jī)工質(zhì)，而是這個(gè)系統(tǒng)所用工作介質(zhì)不是有機(jī)工質(zhì)，而是二氧化碳。用二氧化碳做工作介質(zhì)更安全、更環(huán)保、更有效率。二氧化碳。用二氧化碳做工作介質(zhì)更安

23、全、更環(huán)保、更有效率。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范宜科根產(chǎn)品介紹宜科根產(chǎn)品介紹 宜科根電力系統(tǒng)公司開發(fā)了一種突破性的廢熱回收發(fā)電技術(shù)，使用超臨界 CO2（ScCO2）作為工作液體，在系統(tǒng)效率和碳足跡方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 這項(xiàng)技術(shù)可用于汽輪機(jī)、工業(yè)廢熱回收、太陽(yáng)熱能、地?zé)岬龋摷夹g(shù)正在申請(qǐng)專利，可以將廣泛的熱能轉(zhuǎn)換為電能。熱能通過(guò)安裝在客戶的煙囪、鍋爐或汽輪機(jī)排風(fēng)管道中的廢熱換熱器轉(zhuǎn)移到 ScCO2 工作液中，加熱后的 ScCO2 通過(guò)渦輪膨脹機(jī)，通過(guò)加熱轉(zhuǎn)換為機(jī)械軸功，從而產(chǎn)生電能。再生器回收余熱和從誰(shuí)冷凝器和空冷器系統(tǒng)中排放的未轉(zhuǎn)換的熱量。小型熱力發(fā)動(dòng)機(jī)（200kWe

24、 300kWe）的一般結(jié)構(gòu)和流程圖見圖1。圖2展示的是中型熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（6MWe - 8+MWe）。系統(tǒng)由3個(gè)主要部件構(gòu)成：1、換熱器；2、宜科根組件3、冷卻系統(tǒng)（水或空氣）全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范右圖超臨界二氧化碳渦輪機(jī)-交流發(fā)電機(jī)-壓縮機(jī) 該250kW系統(tǒng)重量小于22噸，可以在高速公路和卡車上運(yùn)輸。左圖中所描述的所有部件包括主系統(tǒng)泵、同流換熱器、冷凝器、系統(tǒng)控制器、渦輪交流發(fā)電機(jī)和動(dòng)力電子設(shè)備。使用一個(gè)從屬的天然氣系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)熱流體進(jìn)行加熱和循環(huán)。使用傳統(tǒng)的冷卻塔和循環(huán)泵為冷凝器供水。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范圖1 200kWe - 30

25、0kWe熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 液體二氧化碳被泵吸至超臨界壓力，接受同流換熱器中的熱循環(huán)和廢熱換熱器中的廢熱。高能量的ScCO2在渦輪交流發(fā)電機(jī)中得到膨脹，產(chǎn)生高頻率的電能。膨脹的ScCO2在同流換熱器中會(huì)冷卻，在冷凝器中濃縮為液體，冷凝介質(zhì)為水或空氣（在圖中未體現(xiàn)）。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范圖2 6MWe - 8+MWe中型熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)液體二氧化碳被泵吸至超臨界壓力，接受同流換熱器中的熱循環(huán)和廢熱換熱器中的廢熱。高能量的ScCO2在渦輪機(jī)中得到膨脹，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能。膨脹的ScCO2在同流換熱器中會(huì)冷卻，在冷凝器中濃縮為液體，冷凝介質(zhì)為水或空氣（在圖中未體現(xiàn)）。全球

26、專業(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范宜科根熱力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)宜科根熱力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù) 宜科根公司目前正在通過(guò)開發(fā)專利的熱機(jī)來(lái)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)廢熱發(fā)電系統(tǒng)，工業(yè)市場(chǎng)的開發(fā)已進(jìn)入產(chǎn)品引進(jìn)和客戶示范階段。突破性的熱機(jī)技術(shù)以采用超臨界二氧化碳作為工作液體的廢熱發(fā)電循環(huán)為基礎(chǔ)。超臨界二氧化碳環(huán)保、無(wú)毒具有良好的傳熱傳質(zhì)性能。超臨界二氧化碳較高的能量密度能減少系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和成本，在系統(tǒng)效率、碳足跡以及易于安裝方面提供了顯著的優(yōu)勢(shì)。熱機(jī)正在申請(qǐng)專利，它能將大量的廢熱轉(zhuǎn)換為電能，應(yīng)用領(lǐng)域包括燃?xì)廨啓C(jī)底部循環(huán)、固定式柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組、工業(yè)廢熱回收、太陽(yáng)能熱量、地?zé)峒盎旌蟽?nèi)燃機(jī)等。 圖1是宜科根熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)簡(jiǎn)化

27、的工藝流程圖，由5個(gè)主要部分組成：廢熱換熱器和同流換熱器、冷凝器、系統(tǒng)泵及膨脹器。輔助部件（閥門和傳感器）提供系統(tǒng)監(jiān)控和公制功能。熱能從安裝在渦輪機(jī)、柴油機(jī)、其它往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、鍋爐或其它工業(yè)熱源排氣管內(nèi)的廢熱換熱器引入。加熱的超臨界二氧化碳經(jīng)過(guò)渦輪機(jī)，在渦輪機(jī)內(nèi)，廢熱會(huì)轉(zhuǎn)換為機(jī)械軸功來(lái)產(chǎn)生電能。同流換熱器會(huì)回收一部分余熱，剩余的會(huì)通過(guò)水或空氣冷卻的冷凝器從系統(tǒng)中排放掉。運(yùn)行條件維持了二氧化碳在熱回收和發(fā)電部分的系統(tǒng)循環(huán)中處于超臨界狀態(tài)，在泵入口處作為低溫冷卻液。宜科根技術(shù)能夠提供綜合的功率、通過(guò)柔性系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行加熱和冷卻，可以配置在發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、三聯(lián)產(chǎn)中。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可

28、的技術(shù)與服務(wù)典范 圖1 宜科根熱力發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化流程圖 在兩年的時(shí)間中，宜科根公司成功將其技術(shù)從最初的觀念推進(jìn)至產(chǎn)品模型。模型1（5kW）（2008），以美國(guó)國(guó)家航空航天局技術(shù)為基礎(chǔ)，是一個(gè)采用二氧化碳和傳遞液的吸收式熱泵，將我們的想法變?yōu)閷?shí)踐。模型2（5kW）（2009年初期），采用純二氧化碳，實(shí)踐證明，超臨界循環(huán)熱機(jī)可以建造為商業(yè)應(yīng)用，確立了第一個(gè)產(chǎn)品裝置的開發(fā)途徑。2009年設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)15kW的裝置，最初取得未來(lái)商業(yè)型系統(tǒng)二氧化碳渦輪機(jī)設(shè)計(jì)和規(guī)模化的資格。在最初的測(cè)試中，已經(jīng)達(dá)到交付積極的凈功率輸出。 全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范超臨界二氧化碳的優(yōu)勢(shì)超臨界二氧化碳

29、的優(yōu)勢(shì) 宜科根技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)就是使用超臨界二氧化碳作為工作液體進(jìn)行熱回收和發(fā)電。超臨界液體是一種處于高于其臨界溫度和壓力的條件下的物質(zhì)。臨界點(diǎn)代表了最高溫度和壓力，在此溫度和壓力下，物質(zhì)可以以均衡的氣態(tài)和液態(tài)存在。如圖2所示，高于其臨界點(diǎn)30.98、壓力73.78 bar時(shí)，二氧化碳是一種超臨界液體，具有氣態(tài)和液態(tài)的中間性能。 二氧化碳作為發(fā)電循環(huán)的工作液體具有很多優(yōu)點(diǎn)。這種材料便宜、不易燃，并且在自然界中含量豐富。由于其較高的工作壓力，二氧化碳系統(tǒng)可以建造地比使用其它工作液體的系統(tǒng)更加緊湊。圖2 二氧化碳?jí)毫囟认辔粓D全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 與其它工作液體相

30、比，二氧化碳的高密度容積熱容量使其具有更高的能量密度，意味著可以在不損失性能的情況下減少所有系統(tǒng)部件的尺寸包括渦輪機(jī)、泵和換熱器。比較了二氧化碳渦輪機(jī)和以蒸汽為基礎(chǔ)的渦輪機(jī)械，表明二氧化碳渦輪機(jī)非常緊湊和高效，具有更簡(jiǎn)單的單一外殼體設(shè)計(jì)，而蒸汽輪機(jī)通常需要多重渦輪機(jī)級(jí)（例如，高壓、中壓和低壓）以及相關(guān)的外殼，因此系統(tǒng)的包裝復(fù)雜性會(huì)相應(yīng)增加，會(huì)增加入口和出口管道。 二氧化碳能更加有效地從具有近似恒定熱容量的來(lái)源中獲得熱能，比如渦輪機(jī)排氣或其它氣體。這是由于其在超臨界區(qū)的熱容性決定的，與采用其它工作液體（如蒸汽或有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中使用的有機(jī)工作液體）的沸騰法相比，二氧化碳能夠提供與熱源溫度曲線極好

31、的匹配性。所謂的夾點(diǎn)（見圖3）出現(xiàn)在超臨界液體的恒溫相變過(guò)程中，限制了最高液體溫度，因此其它廢熱回收技術(shù)的循環(huán)效率也受到制約。這種現(xiàn)象在二氧化碳換熱過(guò)程中不會(huì)遇到，因?yàn)槠鋯蜗嘈阅艽蟠蟪^(guò)其臨界點(diǎn)，因此對(duì)于同樣的熱源，能夠達(dá)到更高的液體溫度。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范圖3 熱源和不同的工作液體之間的廢熱換熱器運(yùn)行比較展示出了使用超臨界二氧化碳作為工作液體進(jìn)行廢熱發(fā)電的優(yōu)勢(shì)。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范同類產(chǎn)品技術(shù)比較同類產(chǎn)品技術(shù)比較 目前商業(yè)上使用的關(guān)于熱回收發(fā)電的工作液體的簡(jiǎn)單比較見表1。與需要冷凝控制和水質(zhì)條件要求（蒸汽形成，防止結(jié)垢、腐蝕、

32、污染系統(tǒng)管道和部件）的蒸汽基系統(tǒng)不同，二氧化碳是一種清潔的、不結(jié)垢、無(wú)污染的工作液體，它能維持干燥的工況，并且無(wú)腐蝕。另外，由于沸騰換熱過(guò)程，一般的蒸汽基熱回收系統(tǒng)需要多級(jí)（如，節(jié)約裝置、鍋爐、過(guò)熱器）和多重壓力，從而有效地提取熱能。在大型汽包中，對(duì)應(yīng)力的有效管理通常是蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)限制因素，尤其是在循環(huán)運(yùn)行中。二氧化碳的單相熱轉(zhuǎn)移過(guò)程允許使用更簡(jiǎn)單的廢熱換熱器。對(duì)于啟動(dòng)程序的適當(dāng)管理也能給二氧化碳提供與一般的蒸汽基系統(tǒng)相比更短的加熱潛能和發(fā)電時(shí)間。表表1：廢熱回收發(fā)電循環(huán)對(duì)比：廢熱回收發(fā)電循環(huán)對(duì)比參數(shù)參數(shù)宜科根超臨界二氧化宜科根超臨界二氧化碳發(fā)電循環(huán)碳發(fā)電循環(huán)有機(jī)朗肯循環(huán)有機(jī)朗肯循環(huán)蒸汽

33、朗肯循環(huán)蒸汽朗肯循環(huán)源溫度范圍（）204.4-649以上82.2-287.8343.3以上工作液體超臨界二氧化碳?xì)渎确蓟衔?、氫氟烴或揮發(fā)性烴類處理過(guò)的水工作液體屬性無(wú)腐蝕、無(wú)毒、不易燃、熱穩(wěn)定有限的溫度范圍、易燃需要進(jìn)行處理，減少腐蝕&礦物質(zhì)沉積全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 有機(jī)朗肯循環(huán)熱回收系統(tǒng)采用各種氫氯氟碳制冷劑，如R245fa（1,1,1,3,3-五氟丙烷）和氫氟烴或輕烴，如正戊烷和異丁烯或甲苯。由于對(duì)高反應(yīng)性氫氯化物和氫氟化物的熱分解性，氫氯氟碳和氫氟烴液體具有限制溫度的能力。這些液體具有較高的導(dǎo)致全球變暖的可能性，因此導(dǎo)致了對(duì)這些液體的生產(chǎn)和使用的管制壓

34、力。碳?xì)浠衔锕ぷ饕后w具有很明顯的易燃性危險(xiǎn)。對(duì)于這兩類液體，通常要通過(guò)使用中間的導(dǎo)熱流體回路避免從高溫?zé)嵩粗苯訐Q熱，這會(huì)大大增加有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的安裝成本。導(dǎo)熱流體也有較高的溫度限制，范圍為300-350，這就限制了工作液體的最高溫度。對(duì)于更高溫度的應(yīng)用，當(dāng)熱回收系統(tǒng)未運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)熱流體的溫度限制需要使用分流器和旁路來(lái)適應(yīng)主過(guò)程的持續(xù)運(yùn)行。 由于二氧化碳具有極好的熱穩(wěn)定性和不易燃性，因此，直接從高溫?zé)嵩催M(jìn)行換熱是可能的，允許更高的工作液體溫度（因此會(huì)有更高的循環(huán)效率）。選擇合適的材料和換熱器設(shè)計(jì)，超臨界二氧化碳系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)“干運(yùn)行”，當(dāng)熱回收系統(tǒng)未運(yùn)行時(shí)，主過(guò)程能夠不間斷運(yùn)行，因此消除了對(duì)分

35、流器和旁路的需求。 圖4對(duì)比了獨(dú)立的LM2500發(fā)電渦輪機(jī)與各種熱回收技術(shù)相結(jié)合的功率輸出對(duì)比。結(jié)果表明，與蒸汽基系統(tǒng)和有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)相比，宜科根循環(huán)具有更高的性能，超過(guò)單壓力熱回收蒸汽發(fā)生宜科根循環(huán)具有更高的性能，超過(guò)單壓力熱回收蒸汽發(fā)生器的輸出量器的輸出量1.131.13倍，是有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的倍，是有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的1.481.48倍。與傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)（如蒸汽輪機(jī)、熱回收蒸倍。與傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)（如蒸汽輪機(jī)、熱回收蒸汽發(fā)生器和有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)）相比，宜科根熱機(jī)技術(shù)是一種更小的、成本更低的廢熱回收解決汽發(fā)生器和有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)）相比，宜科根熱機(jī)技術(shù)是一種更小的、成本更低的廢熱回收解決方案。

36、作為一種平臺(tái)技術(shù)，它易于擴(kuò)展（從方案。作為一種平臺(tái)技術(shù)，它易于擴(kuò)展（從250kW250kW至大于至大于50MW50MW）以在最寬泛的可能范圍內(nèi)為不同的）以在最寬泛的可能范圍內(nèi)為不同的工業(yè)和公共應(yīng)用提供支持。宜科根熱機(jī)是熱源不可知論的，也就意味著大量的熱源都適用于能量工業(yè)和公共應(yīng)用提供支持。宜科根熱機(jī)是熱源不可知論的，也就意味著大量的熱源都適用于能量轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。熱機(jī)可在操作溫度范圍為轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。熱機(jī)可在操作溫度范圍為204204至大于至大于650650以及其它設(shè)備無(wú)法運(yùn)行的條件下以及其它設(shè)備無(wú)法運(yùn)行的條件下工作，能夠回收更多的廢棄能量轉(zhuǎn)換為電能或工業(yè)用熱。工作，能夠回收更多的廢棄能量

37、轉(zhuǎn)換為電能或工業(yè)用熱。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范圖4 宜科根熱機(jī)與LM2500發(fā)電渦輪機(jī)相結(jié)合的效用率與其它競(jìng)爭(zhēng)性廢熱回收技術(shù)對(duì)比的系統(tǒng)性能模型全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范超臨界二氧化碳與蒸汽相比較的優(yōu)點(diǎn)超臨界二氧化碳與蒸汽相比較的優(yōu)點(diǎn) 超臨界二氧化碳在閉合回路的發(fā)電應(yīng)用中是一種理想的工作液體。它是一種低成本的工作液體，無(wú)毒、不易燃、無(wú)腐蝕、易于使用。超臨界二氧化碳的高液體密度使得渦輪機(jī)械的設(shè)計(jì)能夠非常緊湊。圖5對(duì)比了正在設(shè)計(jì)中計(jì)劃用于商業(yè)服務(wù)的宜科根10Mwe二氧化碳渦輪機(jī)和市場(chǎng)上能買到的10Mwe的蒸汽輪機(jī)。超臨界二氧化碳渦輪機(jī)非常緊湊、高

38、效，具有簡(jiǎn)單的單殼體設(shè)計(jì)，而蒸汽輪機(jī)通常需要多重渦輪級(jí)（如高壓、中壓、低壓）以及相關(guān)的外殼，會(huì)相應(yīng)增加系統(tǒng)包裝復(fù)雜性，帶有附加的入口和出口管道。例如，大規(guī)模宜科根超臨界二氧化碳熱機(jī)的動(dòng)力渦輪機(jī)采用一個(gè)0.24米的渦輪級(jí)葉輪來(lái)為大約8000戶家庭產(chǎn)生足夠的電能。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范圖5 宜科根10Mwe超臨界二氧化碳動(dòng)力渦輪機(jī)與10Mwe蒸汽輪機(jī)的對(duì)比全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 超臨界二氧化碳具有高密度，在宜科根熱機(jī)換熱器中可以使用高緊湊性的、微管道基換熱器技術(shù)。高緊湊式換熱器與管殼式換熱器實(shí)際布局與重量對(duì)比見表2。表表2 2：管殼式換熱

39、器與高緊湊式換熱器對(duì)比：管殼式換熱器與高緊湊式換熱器對(duì)比同流換熱器類型同流換熱器類型尺寸（米）尺寸（米）重量（千克）重量（千克）管殼式4殼，直徑0.25*長(zhǎng)6.097771高緊湊式微管道0.58*0.58*0.58969.78 二氧化碳還能有效地從近似恒定熱容的熱源中捕獲廢熱，如渦輪機(jī)廢氣或其它熱氣。這是由于其在超臨界區(qū)的熱容性決定的，與采用其它工作液體（如蒸汽或有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中使用的有機(jī)工作液體）的沸騰法相比，二氧化碳能夠提供與熱源溫度曲線極好的匹配性。 如圖6所示，所謂的夾點(diǎn)出現(xiàn)在由水向蒸汽的恒溫相變過(guò)程中，限制了最高液體溫度，影響蒸汽基廢熱回收與發(fā)電技術(shù)的循環(huán)效率。這種現(xiàn)象在超臨界二氧

40、化碳換熱過(guò)程中不會(huì)遇到，因?yàn)槠鋯蜗嘈阅艽蟠蟪^(guò)其臨界點(diǎn)，因此對(duì)于同樣的熱源，能夠達(dá)到更高的液體溫度。蒸汽系統(tǒng)的沸騰過(guò)程限制了最高液體溫度，需要多重壓力（如雙重或三重壓力余熱鍋爐系統(tǒng)）來(lái)達(dá)到接近排氣或煙氣的溫度。宜科根循環(huán)使單向熱傳遞成為可能，改善了換熱器效率，同時(shí)減少了廢熱換熱器尺寸和成本。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范圖6 與蒸汽（左）不同，超臨界二氧化碳（右）是一種單相液體，在廢熱換熱器加熱過(guò)程中能產(chǎn)生更高的液體溫度和循環(huán)效率。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 超臨界二氧化碳的單相性能允許能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、單相、單壓的排氣換熱器，側(cè)壓力下降低。由于二氧

41、化碳具有極好的熱穩(wěn)定性和不易燃性，從高溫?zé)嵩吹闹苯訐Q熱是可能的，能夠允許更高的工作液體溫度（更高的循環(huán)效率）。選擇合適的材料和換熱器設(shè)計(jì)，超臨界二氧化碳系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)“干運(yùn)行”，當(dāng)熱回收系統(tǒng)未運(yùn)行時(shí)，主過(guò)程能夠不間斷運(yùn)行，因此消除了對(duì)分流器和旁路的需求。 最后，以需求和周期循環(huán)為基礎(chǔ)運(yùn)行聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展趨勢(shì)能引起余熱蒸汽發(fā)生器硬件的嚴(yán)重?fù)p壞，縮短其使用壽命，因?yàn)樵阱仩t和過(guò)熱器管束中存在熱疲勞和流動(dòng)加速腐蝕。周期循環(huán)運(yùn)行還能導(dǎo)致渦輪機(jī)葉片侵蝕，因?yàn)槔淠羝啓C(jī)在低壓階段含有水滴。 由于超臨界二氧化碳是一種單向工作液體，無(wú)需熱量輸入時(shí)進(jìn)行由水到蒸汽的相變，不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的熱疲勞或腐蝕。緊湊的設(shè)

42、備和先進(jìn)的控制使EPS100投產(chǎn)時(shí)間快（約20分鐘即可達(dá)到全功率）。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范系統(tǒng)性能比較系統(tǒng)性能比較 EPS100系統(tǒng)的性能（功率輸出vs環(huán)境溫度）大大超過(guò)了單壓蒸汽系統(tǒng)，可以和雙壓蒸汽系統(tǒng)相媲美（見圖7）。下面關(guān)于EPS100熱機(jī)的所有案例采用了蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷凝器。在大多數(shù)氣候條件下，基線循環(huán)能夠提供較好的性能平衡。在高溫氣候條件下，尤其是在水管制成為運(yùn)行限制的地方，正在開發(fā)全空冷式裝置。宜科根系統(tǒng)還能夠增加凈功率產(chǎn)量，例如，20-50MWe燃?xì)廨啓C(jī)凈功率可增加至30%。圖7 功率輸出vs環(huán)境溫度宜科根EPS100熱機(jī)性能可與雙壓熱回收蒸汽系統(tǒng)相媲

43、美。 全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范更低的安裝和運(yùn)行維護(hù)成本更低的安裝和運(yùn)行維護(hù)成本 完全安裝的6-8MWe以上的超臨界二氧化碳系統(tǒng)的詳細(xì)成本預(yù)算與類似的雙壓蒸汽系統(tǒng)相比較（圖7）。超臨界二氧化碳系統(tǒng)具有更低的安裝成本，具有更小的足跡，減少了對(duì)輔助系統(tǒng)的需求。注意，許多部件成本以在6-8MWe以上模型制造過(guò)程中累積的實(shí)際購(gòu)買的硬件成本為基礎(chǔ)。安裝成本以獨(dú)立的EPC所執(zhí)行的研究為基礎(chǔ)，該EPC已經(jīng)完成了許多小型蒸汽輪機(jī)簡(jiǎn)單和聯(lián)合循環(huán)的安裝。 超臨界二氧化碳發(fā)電循環(huán)是一種緊湊的閉合回路系統(tǒng)，需要極少的運(yùn)行和維護(hù)支持。超臨界二氧化碳系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)成本大大低于蒸汽系統(tǒng)。對(duì)于余熱

44、蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，運(yùn)行和維護(hù)成本的很大一部分是水質(zhì)和相關(guān)鍋爐給水供應(yīng)和冷凝回路系統(tǒng)的化學(xué)處理，這會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可用性、部件的可靠性、對(duì)波峰循環(huán)運(yùn)行的耐受性起到反作用。相反，二氧化碳清潔、無(wú)垢、無(wú)污染、無(wú)腐蝕，具有更低的維護(hù)成本。因此，用來(lái)維護(hù)超臨界二氧化碳系統(tǒng)的人員會(huì)大大減少，因?yàn)椴恍枰|(zhì)和水處理方面的技術(shù)人員。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范圖8宜科根EPS100每千瓦的安裝成本比余熱蒸汽系統(tǒng)低達(dá)40%全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范電力平準(zhǔn)化成本電力平準(zhǔn)化成本關(guān)鍵性能指標(biāo)關(guān)鍵性能指標(biāo) 最終，電力平準(zhǔn)化成本是進(jìn)行對(duì)比的最重要的參數(shù)。因?yàn)樗梢郧‘?dāng)?shù)慕忉?/p>

45、系統(tǒng)安裝過(guò)程中所有的設(shè)備、安裝和運(yùn)行/維護(hù)成本。以卡古倫描述的方法為基礎(chǔ)，我們已經(jīng)計(jì)算了許多不同設(shè)備配置的平準(zhǔn)化電力成本，采用22MWe LM2500固定燃?xì)廨啓C(jī)作為初級(jí)電力發(fā)電機(jī)，在渦輪機(jī)排至裝置上帶有蒸汽基或超臨界二氧化碳基熱回收系統(tǒng)： 簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)（SC） 帶有雙壓余熱蒸汽發(fā)生器底部循環(huán)和濕冷卻（蒸汽濕潤(rùn)）的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)（CCGT） 帶有雙壓余熱蒸汽發(fā)生器底部循環(huán)和空氣（干燥）冷卻（蒸汽干燥）的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)（CCGT） 帶有宜科根EPS100底部循環(huán)和濕冷卻（超臨界二氧化碳濕潤(rùn)）的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)（CCGT） 帶有宜科根EPS100底部循環(huán)和干冷卻（超臨界二氧化碳干燥）的聯(lián)合

46、循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)（CCGT）全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 平準(zhǔn)化電力成本的表達(dá)式為：平準(zhǔn)化電力成本的表達(dá)式為： 其中： = 平準(zhǔn)化持有費(fèi)用系數(shù)或資金成本 C = 工廠成本總額（美元） H = 年度運(yùn)行小時(shí)數(shù) P = 凈額定輸出（kW） f = 平準(zhǔn)化燃料成本（美元/千瓦時(shí)） = 聯(lián)合循環(huán)工廠的凈額定效率（LHV） OM = 固定的運(yùn)行&維護(hù)成本（美元/千瓦-年） （,b）= 基本負(fù)載運(yùn)行的可變運(yùn)行&維護(hù)成本（美元/千瓦時(shí)） = 維護(hù)成本增加系數(shù)（基本負(fù)載運(yùn)行時(shí)為1.0） 平準(zhǔn)化持有費(fèi)用系數(shù)根據(jù)美國(guó)能源部能效和可再生能源局辦公室推薦的2010-2011年度4% 的名義貼現(xiàn)率以及20年的設(shè)備使用壽命進(jìn)行計(jì)算。工廠成本為所有者的總成本估算。全球?qū)I(yè)的工業(yè)設(shè)備維護(hù)專家 國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)與服務(wù)典范 超臨界二氧化碳系統(tǒng)的較低的平準(zhǔn)化能源成本使其在基本負(fù)載和循環(huán)運(yùn)行條件下與余熱蒸汽系統(tǒng)相比更具有經(jīng)濟(jì)性。 高輸出功率高輸出功率+ +低成本低成本+ +低運(yùn)行低運(yùn)行& &維護(hù)成本維護(hù)成本= =低的平準(zhǔn)化能源成本低的平準(zhǔn)化能源成本與傳統(tǒng)的熱回收蒸汽系統(tǒng)相比，在基本負(fù)載和循環(huán)運(yùn)行時(shí)，超臨界二氧化碳循環(huán)提供了10%-20%的更低的平準(zhǔn)化能源成本由于更小的系統(tǒng)足跡以