燃氣燃燒與應(yīng)用chap11.2

燃氣空調(diào)技術(shù)

Gas-firedair-conditioning1概要

Someissuestobeclarified燃氣制冷的歷史早于電動制冷；燃氣空調(diào)與燃氣制冷并非一回事；燃氣空調(diào)的發(fā)展更多地來自于燃氣公司、燃氣行業(yè)機構(gòu)的推進，因為能夠很好地平衡燃氣供應(yīng)的季節(jié)性不均勻；在燃氣空調(diào)的數(shù)量增加到某一臨界值之前，平衡季節(jié)性供氣不均勻的功能不能顯現(xiàn)。燃氣空調(diào)有三種技術(shù)路線和產(chǎn)品。2上海的燃氣空調(diào)狀況截至到2003年底的安裝臺數(shù)：

人工煤氣:176臺;

天然氣:115臺;在2003年消耗的燃氣量:

人工煤氣:46,400,000m3

天然氣:24,240,000m3占用氣量的比例<3%截至到2003年底的制冷量:499,080kW占空調(diào)裝機容量的比例<3%3(%)1009080706050456789101112123(月)電.1988電.1998燃氣

1988燃氣1998日本能源需求變化曲線圖緩解燃氣和電力需求的季節(jié)不均勻性Powerfultooltoadjustseasonalsupplypeaks4從燃氣公司的角度

What’stheinterestsofLDCsforgas-firedair-conditioningsystems?“照付不議”的天然氣交易方式

“Payandtake”提高夏季的天然氣用量，縮小冬夏用量的峰谷差，提高管網(wǎng)效率；

Toincreasegasconsumptioninsummer,minimizeseasonalvariation,thereforetoimprovenetworkefficiency與電動空調(diào)有效競爭。

TocompeteeffectivelywithelectricAC5從政府能源管理的角度

What’stheadministrative’sconcern?減小夏季的電力負荷；

Toreducepeakelectricitydemand實現(xiàn)電力、天然氣兩種能源的合理分配。

Toreasonablyallocategasandelectricity“削電峰，填氣谷”？6從終端用戶的角度

Theend-users’concerns比電動空調(diào)較低的運行費；

Morefavorableoperationcoststhanelectricity-drivencounterparts簡單可靠的設(shè)備與配置；

Simpleandreliableequipments/configurations更好的舒適性。

Morecomfortable便捷的維護；

Easymaintenance7天然氣空調(diào)技術(shù)吸收式制冷（AbsorptionChiller）發(fā)動機或渦輪機驅(qū)動制冷

(Engine/Turbine-drivenchiller)除濕供冷

(Desiccant-cooling)復(fù)合式燃氣空調(diào)系統(tǒng)

(Hybridsystems)8美國燃氣空調(diào)市場銷售情況(RT/年)Installedgas-firedair-conditionersinUS(RT/year)9吸收式制冷技術(shù)的發(fā)展

Historyofabsorptionchiller1945年，Carrier公司制造出第一臺制冷機532kW；1959年，日本研制出第一臺698kW的單效機組；1962年荏原研制出第一臺雙效機組；我國1960s起步研究，1970s單效機應(yīng)用于紡織企業(yè)；1980s開始雙效機應(yīng)用。目前遠大、雙良、Carrier、Trane、Yazaki、Sanyo等在國內(nèi)銷售10吸收式空調(diào)機原理Operationprinciplesofabsorptionchiller組成：加熱器（發(fā)生器）冷凝器蒸發(fā)器吸收器熱交換器泵……冷量冷凝器蒸發(fā)器發(fā)生器吸收器節(jié)流閥減壓閥熱量排熱溶解熱11LiBr

吸收式制冷機冷量冷凝器蒸發(fā)器發(fā)生器吸收器節(jié)流閥減壓閥熱量排熱溶解熱高壓蒸汽高壓液體低壓氣體LiBr稀溶液LiBr濃溶液121.exe13二元混合物制冷工質(zhì)

Binarymixtureasrefrigerant兩種不起化學(xué)反應(yīng)的、沸點不同的物質(zhì)組成均勻混合物。高沸點組分為吸收劑(Absorbent)；低沸點組分為制冷劑(Refrigerant)；常用混合物：

NH3＋水；水＋LiBr；用水作為制冷劑：優(yōu)點——氣化潛熱大、無毒、安全；缺點——常壓下蒸發(fā)溫度高；蒸發(fā)溫度降低、蒸發(fā)壓力也降低；蒸汽的比容大；產(chǎn)生的溫度水平在0℃以上。14水的沸點Boilingpointofwater15LiBr吸收式機組的技術(shù)特點水作制冷劑，無毒、無害、安全；對熱源的要求不高，75℃以上熱水即可制冷；機組基本上是由熱交換器組成，除泵外無運動部件，無震動、噪聲問題；機組真空運行，無爆炸等危險；LiBr溶液對黑色金屬的腐蝕性很強，尤其是在有空氣存在時。因此，維持系統(tǒng)的真空度很重要。16吸收式制冷優(yōu)缺點

Advantages/Disadvantagesofabsorber技術(shù)成熟、可靠；產(chǎn)品規(guī)格齊全；歷史悠久；配置簡單；一機兩用；無冷媒泄漏，環(huán)保；制冷COP=1.2，偏低；不適合生活熱水量大、熱負荷大的建筑；節(jié)電不節(jié)能；在目前的天然氣價格下，缺乏經(jīng)濟競爭力。17截至2007年11月電力價格截至2008年2月；ByFeb2008上午9:00－18:00平均價Averagingthepeakperiod18計算假設(shè)Assumptions不考慮機組的部分負荷特性；電動制冷機組COP＝4；天然氣熱值8600kcal/Nm3；吸收式制冷機組的COP＝1.2；19簡單計算的結(jié)論

Conclusionsfromcalculations在許多城市，吸收式機組的運行費用高于電動空調(diào)；

OperationcostsofabsorptionchillersarehigherthanthatofelectricACinmanycities

吸收式機組較為有利的地區(qū)，如烏魯木齊、蘭州、西安、成都、長春等，全年需要空調(diào)的時段較短，經(jīng)濟性難以凸現(xiàn)。

Inthoseareaswhereabsorptionchilleriseconomicallyfavorable,theACperiodrequiredbyclimatearesoshortthateconomicbenefitsaredifficulttoshowup

電/氣價格比不利于其應(yīng)用推廣；

Electricity/gaspriceratiodoesn’tfavorabsorptionchiller實際應(yīng)用的經(jīng)濟性需要考慮動態(tài)工作特性。

Actualeconomicbenefitsrequiresconsideringdynamicloadcharacteristics20發(fā)動機驅(qū)動制冷技術(shù)

Engine-drivenrefrigeration歷史悠久——1970s德國世博會；隨開啟式壓縮機制造技術(shù)的革新和發(fā)動機連續(xù)運行時間的延長，在1990s開始迅速進步；制冷效能取決于發(fā)動機效率和制冷機COP；發(fā)動機冷卻系和尾氣的余熱可回收利用；21發(fā)動機驅(qū)動制冷——設(shè)備Tecogen、Trane、雙良；大型的機組——冷水機組；小型機組——GasHeatPump；TECOGEN公司150RT的發(fā)動機驅(qū)動冷水機組22發(fā)動機驅(qū)動制冷系統(tǒng)的能量平衡

Energybalanceofengine-drivenchillers一次能源制冷COP(1~1.5)天然氣發(fā)動機輸入能量(100%)軸功(25~30%)發(fā)動機冷卻系余熱(25~35%)排氣余熱(25~35%)不可回收廢熱(15%)制冷機COP可回收余熱(60~70%)23發(fā)動機余熱的利用

Utilizationofwasteheatfromengine產(chǎn)生衛(wèi)生熱水；供溴化鋰機組，“兩級制冷”；結(jié)合熱泵技術(shù)，冬季補充采暖；夏季輔助除濕；利用除濕設(shè)備、承擔(dān)空調(diào)系統(tǒng)濕負荷——發(fā)動機復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)；24發(fā)動機驅(qū)動制冷技術(shù)趨勢

Trendofengine-drivenchilling大型化——冷水機組；小型化——GHP；回收余熱用于吸收式制冷，“雙級制冷”25冷凝熱熱燃氣發(fā)動機

熱泵是以某種能源產(chǎn)生動力驅(qū)動壓縮機，使冷媒（如氟里昂）循環(huán)運動反復(fù)進行物理相變過程，分別在蒸發(fā)器中氣化吸熱，在冷凝器中液化放熱，使熱量不斷得到交換傳遞，并通過閥門切換使機組實現(xiàn)制熱和制冷功能的切換。GHP(Gas-firedHeatPump)熱泵低溫低壓液體高溫低壓過熱蒸汽高溫高壓過熱蒸汽高壓液體壓縮機膨脹閥冷凝器蒸發(fā)器電動機26室外機室內(nèi)機冷媒配管27日本的GHP安裝情況

GHPinstalledinJapan010,00020,00030,00040,00050,00060,000(Units)（臺）0100,000200,000300,000400,000500,000（HP)（馬力）600,000冷凍年度40,82627,70429,558240,20095出荷臺數(shù)Units総馬力數(shù)HP88899091929394969798990010,32215,76530,75128,792277,93321,7335,91639,81339,39242,18748,59362,64197,443157,578192,563227,721238,283307,587361,404432,631451,129494,533607,21946,274611,7200102547,98941,523576,4290328日本市場分析End-usersinstallingGHP29GHP與EHP的區(qū)別(1)DifferencebetweenGHPandEHPＧＨＰ：用燃氣發(fā)動機驅(qū)動壓縮機ＥＨＰ：用電動機驅(qū)動壓縮機30壓縮機電動機EHP（電空調(diào)）室內(nèi)機室外機發(fā)動機壓縮機GHP（燃氣熱泵）室內(nèi)機室外機熱交換器GHP與EHP的區(qū)別(2)31GHP與EHP的比較ComparisonofGHP&EHPGHPEHP可利用發(fā)動機排熱，供暖能力大供暖能力相對小，需加輔助熱源供暖能力受環(huán)境溫度影響小，-20℃時可正常運行，無需除霜，啟動升溫迅速隨室外溫度下降，供暖能力大幅度下降，允許最低的使用環(huán)境溫度為-15~-20℃同一套設(shè)備可實現(xiàn)供冷供熱需要另行建設(shè)供熱系統(tǒng)3202040608010092.759.428.5EHP483.2

5以下6～81013～30制冷能力(馬力)銷售成績（ｘ1000臺）13~30馬力中

GHP市場占有率約為50%92.759.428.5EHP11.84.76.625.5GHP483.2日本市場分析GHP&EHP

MarketanalysisofGHP&EHP33GHP與吸收式燃氣空調(diào)比較ComparisonofGHPandabsorptionchillerGHP吸收式燃氣空調(diào)特點調(diào)溫速度快,可單獨調(diào)控的高效變頻空調(diào).節(jié)能省電.不需專門機房,不需人工職守是傳統(tǒng)集中中央空調(diào).和GHP相比輔機耗電偏大.需要專門機房,需要專人職守平均效率1.60.95～1.2冷暖轉(zhuǎn)換能用遙控器簡單進行轉(zhuǎn)換麻煩,需專家到場施工只需安裝冷媒配管，施工費用比較便宜需要冷溫水配管和管道工程，施工費用比較高維修１萬小時／１次每年都需要抽真空數(shù)次34年度0500100015002000250030009495969798990001總制冷能力(MW)GHP吸收式日本市場:GHP&吸收式燃氣空調(diào)銷量ComparisonofGHPandabsorbersales35GHP特點及優(yōu)勢供冷和供熱運行及安裝費用低高效節(jié)能、省電適應(yīng)性強、舒適啟停靈活快捷清潔環(huán)保維修維護簡單控制系統(tǒng)靈活36環(huán)保Environmentally-friendly

低噪音低排放

低振動

環(huán)保新冷媒----R410A37空調(diào)馬力（HP)運行音dB(A)1015204650545862其他GHP某GHPＥＨＰ運行噪音低38不同燃料的CO2排放比較環(huán)保39經(jīng)濟高效Economybenefits１01218制冷能力〔馬力〕20SN公司GHPY公司GHP1.01.11.21.31.5平均ＣＯＰ14161.41.630EHPMJ公司GHP40經(jīng)濟高效Economybenefits區(qū)域獨立控制

室外機模塊化，各區(qū)域獨立控制，在一段時間內(nèi)沒有人員活動的區(qū)域可停止部分設(shè)備的運行從而達到節(jié)能效果。線形變頻控制

根據(jù)室內(nèi)空調(diào)負荷需求變化，通過控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速來控制系統(tǒng)輸出和燃料消耗，從而達到節(jié)能效果。節(jié)省占地費用

室外機放置在室外空地或放置在建筑物屋頂，不用設(shè)置專門機房，不占用有效使用面積。節(jié)省人工成本

GHP系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、自動運行，無需專人職守。設(shè)計安裝簡便，費用低

室外機和室內(nèi)機之間是制冷劑管路，沒有復(fù)雜的風(fēng)管、水管回路管路計算，設(shè)計簡便，保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。制冷劑管路使用小管徑銅管焊接，施工簡便，速度快，安裝費用低。41維護保養(yǎng)費用低Lowmaintenancecost燃氣空調(diào)（GHP）在日本已應(yīng)用20年以上，是非常成熟的產(chǎn)品，運行穩(wěn)定故障率低，其定期維護時間間隔為每運行10000小時或5年。按規(guī)定進行維護保養(yǎng)，設(shè)備使用壽命可達到15年以上。定期維護時更換易損件圍繞燃氣發(fā)動機進行：更換發(fā)動機潤滑油過濾器，空氣過濾器濾網(wǎng)，火花塞，皮帶及發(fā)動機潤滑油?？珊灦ňS護保養(yǎng)合同，約定服務(wù)內(nèi)容及價格。42定期檢點間隔時間１萬小時30km/hx10000h=300000km5000km300000km43?空調(diào)占地面積2200m2

?制冷負荷：300kW、采暖負荷：360kW※減少建設(shè)發(fā)電站費用金額120萬元～每平米空調(diào)造價：530元／m2※削減電力120KW削減消耗電力量效果實例Reducingelectricityconsumption44舒適性Comfort冬夏兩用

由于利用發(fā)動機的排熱，真正實現(xiàn)用一套設(shè)備進行制冷和供暖，具有電空調(diào)無法比擬的供暖優(yōu)勢。獨立控制

各區(qū)域可隨心所欲獨立設(shè)定舒適的溫度。調(diào)溫速度快，溫控穩(wěn)定

燃氣發(fā)動機的強勁動力以及排熱的利用，使GHP可以快速將室內(nèi)溫度調(diào)至設(shè)定溫度；

而發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制的“線形變頻”調(diào)節(jié)，可使室內(nèi)溫度平穩(wěn)地維持在設(shè)定溫度。45時間

Time(sameheatingload)

20?C

25?C

15?C

10?C

5?C

0?C燃氣熱泵空調(diào)電空調(diào)室溫Roomtemp快速升溫舒適性46室溫RoomTemp燃氣熱泵空調(diào)GHP電空調(diào)EHP室溫RoomTemp時間Time

25℃

23℃

22℃

21℃

20℃

19℃

18℃

24℃時間Time除霜運転Defrostoperation

25℃

23℃

22℃

21℃

20℃

19℃

18℃

24℃供暖無需除霜NOdefrostrequired47辦公樓室外機42臺，總?cè)萘?72馬力【大阪】48大

學(xué)總?cè)萘浚?70馬力【大分】49醫(yī)院總?cè)萘浚?25馬力【廣島】50麥當(dāng)勞總?cè)萘浚?0馬力【北海道】51消防局總?cè)萘浚?30馬力【高知】52中國市場使用實例【北京地區(qū)】用途:商業(yè)建筑總馬力：140匹53燃氣熱泵GHP技術(shù)總結(jié)單機功率不大，技術(shù)定位是取代中等功率的電動機組；目前設(shè)備全部是日本進口產(chǎn)品，三洋、洋馬、三菱重工、林內(nèi)等；制冷的COP與吸收式機組相當(dāng)，供熱COP大于燃氣鍋爐。經(jīng)濟性取決于氣候條件、天然氣/電力價格、安裝成本；推廣時需慎重，避免成為又一個“吸收式”機組。54一個動態(tài)情況的例子

AnexampleconsideringdynamicACload建筑物——長30m，寬15m，高15m，四層，窗墻面積比為0.3，墻體傳熱系數(shù)為1.0/0.6W/m℃屋頂傳熱系數(shù)為0.7/0.55W/m℃，窗內(nèi)遮陽，傳熱系數(shù)為3.5/3W/m℃。人員密度0.1人/m2，新風(fēng)量30m3/hp，設(shè)備負荷平均10W/m2。夏季室內(nèi)設(shè)計參數(shù)為26℃，相對濕度50%，冬季20℃，相對濕度50%。

55DGP-H560J2GU2出力(kW)耗電(kW)燃氣耗量(kW)制冷561.0743.5制熱671.1546上海重慶北京西安GHP耗電量(kWh)7192657765366018耗氣量(Nm3)26910246422440922492EHP耗電量(kWh)1103169894910850995846GHP機組的性能參數(shù)GHP與EHP的能耗比較56上海重慶北京西安電(元/kWh)0.960.80.720.77天然氣(元/m3)2.62.062.41.95計算時的電力與天然氣平均價格(2006年5月)57GHP與EHP的經(jīng)濟性對比

Economicalbenefits:GHPvsEHPGHP的運行費用比EHP低；

OperationcostofGHParelowerthanEHP但初投資GHP過高(EHP的3-4倍)；

InitialcostofGHPistoohigher(3-4timesthatofEHP)GHP的成功與否：SuccessofGHPdependsupon設(shè)備成本的下降；

Reductionofinitialcost衛(wèi)生熱水的有效獲取與利用。

Effectiveproductionandutilizationofhotwater58除濕供冷(Desiccant-cooling)燃燒產(chǎn)生熱量、再生除濕設(shè)備、承擔(dān)濕負荷；直接蒸發(fā)冷卻(間接蒸發(fā)冷卻)承擔(dān)冷負荷；無需任何制冷劑、徹底環(huán)保；COP＝0.7~1.5；對氣候的選擇性較強；設(shè)備復(fù)雜、占地大；WDCO59除濕設(shè)備原理結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)芯、驅(qū)動馬達、外殼；常用除濕劑：硅膠、分子篩、氯化鋰；斷面分隔：1：1或1：3(再生：過程側(cè))；用再生側(cè)空氣的熱量降低過程空氣側(cè)的含濕量；“以熱除濕”；60除濕轉(zhuǎn)輪現(xiàn)狀理論上的等焓減濕過程，實際上由于轉(zhuǎn)芯材料的蓄熱效應(yīng)，出口空氣的焓大于進口空氣焓；必須使用其他措施來減少除濕后降溫的需冷量，否則系統(tǒng)不具經(jīng)濟性；目前商業(yè)產(chǎn)品的減濕能力一般為6~9g/kg，最大也不過10g/kg；在潮濕氣候條件下(>20g/kg)，應(yīng)與考慮其他的手段共同使用。61固體吸附式除濕技術(shù)發(fā)展趨勢

Solid-desiccanttechnolgydevelopment新型除濕劑

耐高溫除濕劑、可直接用燃燒產(chǎn)物再生；合成除濕劑提高現(xiàn)有商業(yè)設(shè)備的除濕能力設(shè)備性能優(yōu)化與冷凍減濕結(jié)合排熱回收分級再生(Staged-regeneration)62空調(diào)房間回風(fēng)排風(fēng)再生加熱除濕轉(zhuǎn)輪顯熱熱交換器新風(fēng)去冷卻塔去冷卻塔發(fā)動機驅(qū)動冷水機組電動冷水機組送風(fēng)冷卻盤管63復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)——研究結(jié)論一個百貨商場，東西向長L=14m、南北向?qū)扺=10m；層高H=3.5m；墻體為內(nèi)粉刷240mm磚墻，南、北墻的面積各為49m2,東、西的面積各為35m2,傳熱系數(shù)K＝1.6W/m2℃；屋面為20mm水泥砂漿層＋200mm厚加氣混凝土保溫層＋70mm厚混凝土屋面板，面積為140m2，夏季傳熱系數(shù)K＝0.79W/m2℃；窗墻比30％；窗為單層6mm普通玻璃鋁合金窗，南、北窗的面積各為15.75m2，東、西窗的面積各為10.5m2，窗戶的構(gòu)造修正系數(shù)Xg=0.9，傳熱系數(shù)K＝5.8W/m2℃，窗內(nèi)掛活動百葉簾，灰白色，內(nèi)遮陽系數(shù)Xz＝1.0。商場人員共計50人，集群系數(shù)0.89；人員散濕量取175g/h；新風(fēng)量按30m3/人·h計；室內(nèi)照明燈具的功率取30W/m2，設(shè)備發(fā)熱量取30W/m2，人員、設(shè)備及照明的工作時間均為9:00~22:00。64室內(nèi)新風(fēng)總量1500m3/h(0.5kg/h/人)。送風(fēng)總量為10220m3/h(3.41kg/s)。室內(nèi)設(shè)計條件為25℃-50%RH-9.88g/kg；室外空氣含濕量室外干球溫度65所采用的復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)流程空氣處理焓濕圖66設(shè)備名稱型號規(guī)格備注預(yù)冷器LT型6排面風(fēng)速2.27m/s除濕轉(zhuǎn)輪SECO800/900-Φ695高800寬900厚450mm面風(fēng)速1.9m/s顯熱交換轉(zhuǎn)輪RRT鋁基環(huán)氧涂層高800寬900厚400mm面風(fēng)速2.3m/s，效率76%后冷器LT型6排面風(fēng)速2.1m/s室內(nèi)冷卻盤管LT型2排面風(fēng)速2.1m/s加熱盤管LT型4排面風(fēng)速1m/s控制方法：預(yù)冷器流量調(diào)節(jié)以適應(yīng)室外空氣含濕量的變化；再生空氣溫度保持70oC不變；67復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的需冷量和需熱量制冷機轉(zhuǎn)速1100rpm；天然氣耗量4.02Nm3/h；全天運行耗氣量56.3m3，單價2.1元計，全天運行費為118.2元.

68冷凍減濕系統(tǒng)電動制冷COP＝3.81(實驗機組在產(chǎn)生9℃冷凍水時實測值)；電力價格0.61RMB/kwh。冷凍減濕系統(tǒng)、不再熱、直接露點(13.7℃)送風(fēng)時的運行費——142.1RMB/天；若使用電加熱再熱，運行費用將激增到324.9RMB；

69兩種空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度70復(fù)合空調(diào)——一個例子

Anexample:Hybridair-conditioningsystemHeater(Winter)CoolerHeaterDesiccant

WheelHeatRecovery

UnitSupplyAirRoomAirRejectAirOutsideAir除濕過程COOLING

(withoutwatercondensation)HEATINPUT(e.g.GAS),50-70°CCOLDWATER,16-18°C71DesiccantAssistedSystemSupply

AirRoom

AirReject

AirOutside

Air12348765402030506010701086412161418201002040806010

5203040506070temperature°Crel.humidity%12345678CONVENTIONALDh*DESICCANTDhEnthalpykJ/kgPsychrometricchartwatercontent

g/kg2*72DesiccantAssistedSystemSupply

AirRoom

AirReject

AirOutside

Air12348765402030506010701086412161418201002040806010

5203040506070temperature°Crel.humidity%12345678CONVENTIONALDh*DESICCANTDhEnthalpykJ/kgPsychrometricchartwatercontent

g/kg2*Dh*=2..3DhspecificcoolingrequirementLowtemperatureheatutilizationinsummerCoolingrequirementisreduced(to30-50%)PrimaryenergyconsumptionisreducedColdsourcesathighertemperaturescanbeused(16-18°C)73OfficebuildinginHamburgwithgasenginedrivendesiccantHVACSystemNorthWestBaseArea:650m2Height:9,9mSurface:1.992m274StorageTankCondensing

BoilerRadiantHeating/

CoolingSystemsmallCHPPlantHeating 82,5KW CondensingBoiler70kW

CHP4,7kWel/12,5kWth

Cooling 30kW,8Boreholes

each98mdeepFreshairrate 2500m3/hSupplyAirRoomAirRejectAirOutsideAirDesiccantassisted

airhandlingunit

EarthenergysystemHeatgenerationSchematicsofHVACSystem75Desiccant

WheelHeatRecovery

UnitCoolerHeater

DesiccantassistedairhandlingunitDesiccantassisted

airhandlingunitEarthenergysystemHeatgeneration76

HeatgenerationDesiccantassisted

airhandlingunitEarthenergysystemHeatgenerationsmallcombinedheatand

powerplantecopower4,7kWel/12,5kWth77

BoreholeheatexchangersDesiccantassisted

airhandlingunitEarthenergysystemHeatgeneration8Boreholesplaced

aroundthebuilding,

each98mdeep,2U-tubes78

天然氣冷熱電三聯(lián)供技術(shù)

CombinedCoolingHeatingandPower79CCHP系統(tǒng)原理

PrinciplesofCombinedCoolingHeatingPower

天然氣優(yōu)先做功，產(chǎn)生電力(效率28~40%)；對高溫廢熱進行回收，產(chǎn)生蒸汽或熱水?？蓪⒄羝俅悟?qū)動氣輪機發(fā)電——聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)?？蓪⒄羝驘崴腿脘寤囄帐綑C組，夏季制冷、冬季制熱——CCHP冷熱電三聯(lián)供技術(shù)。能量梯級利用；Cascadeutilizationofenergy分布式能源系統(tǒng)Distributedenergysystem80給水排氣天然氣空氣G蒸汽電力天然氣壓縮機天然氣發(fā)電機廢熱回收鍋爐CHP系統(tǒng)原理示意圖81CCHP系統(tǒng)的熱力學(xué)優(yōu)點

Thermodynamicadvantages高品質(zhì)能源優(yōu)先做功，進行余熱回收；實現(xiàn)溫度對口、能量梯級利用；避免了高效能源直接熱利用造成的有用功的浪費；減輕環(huán)保方面的壓力。82原動機(PrimeMover):化學(xué)能/電能轉(zhuǎn)換

燃氣輪機(GasTurbine)——大型、小型、微型；燃氣發(fā)動機(GasEngine)；

Stirling發(fā)動機(StirlingEngine)；燃料電池(Fuel-Cell)；83小型燃氣輪機Smallgasturbine發(fā)電效率：

簡單循環(huán)25~40%；聯(lián)合循環(huán)40~60%。設(shè)備容量：3~200MW;設(shè)備投資：700~900US$/kW;維護費用：0.002~0.008US$/kWh;廢熱：

溫度水平260~600oC;

可回收量360012700kJ/kWh.大修間隔：30000~50000hrs;

NOx排放水平：0.1~1.8g/kWh;84Solar-Saturn小型燃機系統(tǒng)天然氣輸入電力輸出蒸汽(1.0MPa)熱量503m3/hr1180kW9030MJ/hr295m3/hr折合天然氣耗量1106.7元/hr708元/hr649元/hr天然氣價格：2.2元/立方米；電力價格0.6元/KWh運行支出：1106.7元/hr收入：1357元/hr系統(tǒng)熱效率：58.6%；電效率：24%85微型燃氣輪機Microturbine發(fā)電效率：20~30%;設(shè)備容量：0.025MW~0.25MW;設(shè)備投資：500~1300US$/kWh;

維護費用：0.002~0.01US$/kWh;

廢熱：低壓蒸汽/熱水；

溫度水平200~340oC;

可回收廢熱量：420015800kJ/kWh;大修間隔：5000~40000hrs;

NOx排放水平：0.2~1g/kWh;86E空氣壓縮機AirCompressor

燃燒室CombustionChamber透平回?zé)崞鱎ecuperator天然氣壓縮機WcWNGWFWTE冷卻空氣ExhaustItalyTurbecT100P87Bowman-TG80微型燃機系統(tǒng)天然氣輸入電力輸出可回收熱量29.2m3/hr76kW150kW17.6m3/hr折合天然氣耗量64.24元/hr45.6元/hr38.7元/hr天然氣價格：2.2元/立方米；電力價格0.6元/KWh運行支出：64.24元/hr收入：84.3元/hr系統(tǒng)熱效率：51.4%；電效率：26%88燃氣內(nèi)燃機Gas-engine發(fā)電效率：25~45%;設(shè)備容量：0.05~5MW;設(shè)備投資：400~600US$/kW

維護費用：0.0070.015US$/kWh

廢熱：熱水/低壓蒸汽;

溫度水平150~260oC;

可回收廢熱11005300kJ/kWh大修間隔：24000~60000hrs

NOx排放水平：1~12.7g/kWh89Caterpillar-G3306TA

天然氣發(fā)動機系統(tǒng)天然氣輸入電力輸出煙氣熱量發(fā)動機缸套冷卻水熱量潤滑油等熱量41.6m3/hr110kW263MJ/hr594MJ/hr18MJ/hr28.6m3/hr折合天然氣耗量91.52元/hr66元/hr62.9元/hr天然氣價格：2.2元/立方米；電力價格0.6元/KWh運行支出：91.52元/hr收入：128.9元/hr90Stirling發(fā)動機(燃氣外燃機)發(fā)電效率：29.6%;設(shè)備容量：25kW;廢熱：熱水,溫度水平95oC;

可回收廢熱:44kW大修間隔：50000hrs

NOx排放水平：0.05g/kWh91STM-Stirling外燃機系統(tǒng)天然氣輸入電力輸出可回收熱量8.7m3/hr25kW44kW5.2m3/hr折合天然氣耗量19.14元/hr15元/hr11.44元/hr天然氣價格：2.2元/立方米；電力價格0.6元/KWh運行支出：19.14元/hr收入：26.44元/hr系統(tǒng)熱效率：50.6%；電效率：28.7%92燃料電池Fuel-cell發(fā)電效率：40~70%;設(shè)備容量：0.2~2MW;設(shè)備投資：800~4000US$/kW;維護費用：0.0030.015US$/kWh；廢熱：熱水/高壓/低壓蒸汽溫度水平60370oC；可回收熱量：5004000kJ/kWh大修間隔：10000~40000hrs;

NOx排放水平：<0.009g/kWh;9394CHP系統(tǒng)的經(jīng)濟/技術(shù)優(yōu)勢緩解電力供應(yīng)緊張局面；彌補大電網(wǎng)在供應(yīng)安全性方面的不足；適合分散的偏遠用戶、對用電穩(wěn)定性要求高的用戶；為太陽能、風(fēng)能、水力等可再生能源的利用開辟了新方向。95歐洲的CHP

1997年CHP機組9000多臺，裝機容量74GW，占總?cè)萘康?3%。應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)的CHP機組：33GW，占45%；煉油、鋼鐵、化學(xué)、食品加工、飲料煙草、造紙和印刷等行業(yè)；

2010年目標(biāo)：CHP占發(fā)電的比例提高到18%。962001年：意大利23.4%；葡萄牙13%；西班牙12.6%；97美國的CHP2002年底，CHP能源站6000多座；計劃2010年，20%的新建商業(yè)/辦公建筑中使用CCHP；5%的現(xiàn)有寫字樓建筑改為CCHP供能模式。

2020年，50%的新建商業(yè)/辦公樓群中使用CCHP；15%的現(xiàn)有建筑改為CCHP供能模式。98日本的CHP2003年3月底，熱電聯(lián)產(chǎn)2070項，總發(fā)電裝機容量269萬KW，其中：燃氣發(fā)動機1648項(61萬KW)，燃氣輪機422項(208萬KW)。新建和改建建筑面積為30000m2以上的建筑物時，一定要納入到城市集中三聯(lián)供系統(tǒng)中。99100101我國的CHP上海、北京等已開始應(yīng)用；電力部門的政策不利于發(fā)展；燃氣部門在規(guī)劃設(shè)計時必須注意；設(shè)備基本依賴進口，有待國產(chǎn)化；在系統(tǒng)設(shè)計時要進行動態(tài)能耗費用評價。102考慮使用CCHP的問題負荷匹配，尤其是冷負荷。上海地區(qū)：供熱指標(biāo)60w/m^2；空調(diào)指標(biāo)130w/m^2。“以熱定電”？“以電定熱”！前者在可售電區(qū)域盛行，但國內(nèi)目前尚不具備經(jīng)濟性條件。注意不同的天然氣、電力價格邊界條件。天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)可資利用的壓力。

103

第四講

可再生能源：與天然氣結(jié)合RenewableEnergy:Integrationwithnaturalgas104可再生能源法2006年1月1日生效

RenewableEnergyLawtakenintoeffect首次以法律形式規(guī)定了可再生能源的發(fā)展目標(biāo)、階段性的在一次能源消費中的比例；在法律意義上規(guī)定了電力公司、電廠和末端用戶之間的權(quán)利、義務(wù)。規(guī)定電網(wǎng)公司必須以合理的價格收購可再生能源所發(fā)的電力。

確定了一個獨立機構(gòu)來行使監(jiān)管的權(quán)力。制訂了鼓勵政策與懲罰措施。105可再生能源的分類

Classificationofrenewableenergy水電風(fēng)力發(fā)電太陽能生物質(zhì)能地?zé)岢毕?、波浪能熱利用光伏發(fā)電直接燃燒發(fā)電106截止到2004年底的可再生能源利用情況總利用量:>4億噸標(biāo)煤

(含水電);在總的能源消費中占20%;已安裝的水電機組:>1億kW;提供

1.25噸標(biāo)煤;占發(fā)電總量的25%;太陽能集熱器安裝面積:65million平方米;全球總量的一半；傳統(tǒng)生物質(zhì)能

(秸稈

+沼氣):2.5億噸標(biāo)煤;太陽能光伏發(fā)電

+風(fēng)能

+生物質(zhì)能發(fā)電:0.25億噸標(biāo)煤

/年.107一些國家的可再生能源開發(fā)規(guī)劃

Somenations’planninginrenewableenergydevelopment201020202050美國REUP:7.5%風(fēng)力發(fā)電:5%;ERE:20%NA加拿大風(fēng)力發(fā)電:增加5倍水電:76%NA德國風(fēng)力發(fā)電:12.5%ERE:20%ERE:50%英國ERE:10%ERE:20%NA法國ERE:12.1%NAERE:50%日本ERE:1.35%ERE:20%(2030)NA韓國REUP:5%NANA中國ERE:5.3%風(fēng)力發(fā)電:2%;ERE:12%REUP:30%ERE:可再生能源發(fā)電百分比;REUP:可再生能源利用比例108可再生能源利用方面的問題

SomeobstaclestorenewableutilizationinChina成本太高.煤電Coal-electricity——1；生物質(zhì)能發(fā)電Biomasselectricity——1.5；風(fēng)力發(fā)電Windelectricity——1.7；光伏發(fā)電Photovoltaicelectricity——11~18.市場規(guī)模太小、風(fēng)險較大，市場機制脆弱.設(shè)備制造技術(shù)水平低下，嚴(yán)重阻礙了市場化和國產(chǎn)化。109我國的風(fēng)力資源

Windpowerresource

110我國的風(fēng)力資源分區(qū)

WindpowerdistributionandpercentageofChinalandareaIndex指標(biāo)Rich豐富區(qū)ComparativelyRich較豐富區(qū)Utilizable可利用區(qū)Poor貧乏區(qū)Annually-averagedeffectivewindpower(W/m2)>200200~150150~50<50Totalhours/year(≥3m/s)>50005000~40004000~2000<2000Totalhours/year(≥6m/s)>22002200~15001500~350<350PercentageofChinalandarea8%18%50%24%111風(fēng)力資源豐富的省份

ProvincesRichinWindPowerProvince×104kWProvince×104kWProvince×104kW內(nèi)蒙古InnerMongolia6178河北Hebei612廣東Guangdong195新疆Xinjiang3433遼寧Liaoning606浙江Zhejiang164黑龍江Heilongjiang1723山東Shandong394福建Fujian137甘肅Gansu1143江西Jiangxi293海南Hainan64吉林Jilin638江蘇Jiangsu238TheoreticalResource:32.3×108kW;PracticalResource(Land)：2.53×108kW;PracticalResource(Sea):7.5×108kW；112風(fēng)電場分布Windpowerfarms113分省的風(fēng)電裝機情況

Windpowerinstallationbyprovince199719981999200020012002200320042005遼寧

LiaoningProvince1170517205237454600562005102460126460126460127460新疆

XinjiangAutonomousRegion646506765072350729508845089650103450113050181410內(nèi)蒙

InnerMongoliaAutonomousRegion34275451755162558105718157634088340135140165740廣東

GuangdongProvince1233042430564807023069980797908639086390140540浙江

ZhejiangProvince63553035530355303553035533350333503445034150吉林

JilinProvince0072603006030060300603006030060109360山東

ShandongProvince2752755675567556755565251653356583850甘肅

GansuProvince1200120012001200840016200216005220052200河北

HebeiProvince505098509850985013450134501345035050108250福建

FujianProvince105510551055130551305512800128001280058750寧夏

Ningxia0000001020055250112950海南

HainanProvince875587558755875587558755875587558700黑龍江

HeilongjiangProvince00000036003630057350上海

Shanghai0000003400490024400114115Totalcapacity:1265110kW116TotalInstalledcapacity:978720kWTotalInstalledcapacity:286840kW117我國的風(fēng)電利用技術(shù)現(xiàn)狀

Technicalstatusofwindpower已掌握750kW級機組的制造技術(shù).十五期間已資助了1MW級機組的研發(fā)工作，2005年原型機投入運行。將在十一五期間產(chǎn)業(yè)化。在十一五期末開始1~3MW風(fēng)電機組的商業(yè)化和運行。學(xué)習(xí)發(fā)達國家的大型風(fēng)電機組。118風(fēng)電利用目標(biāo)

Developingtargets十一五期末，風(fēng)電裝機增加到5×106kW;在東部沿海地區(qū)、西北、東海、華北等風(fēng)力資源豐富地區(qū)，建設(shè)30個新的100,000kW級風(fēng)電場。119太陽能SolarEnergy我國年均太陽輻照:2.5×1012TCE；2/3以上國土面積:>6000MJ/m2;西藏西北部:8400MJ/m2;120太陽能資源分區(qū)

Regionaldistributionofsolarenergy一類地區(qū):2800~3300hours/year;6680~8400MJ/m2.

西藏西部,新疆東南,青海西部,甘肅西部.二類地區(qū):3000~3200hours/year;5850~6680MJ/m2.

西藏東南,新疆南部,青海東部,寧夏南部,甘肅中部,內(nèi)蒙古,陜西北部,河北西北部.三類地區(qū):2800~3300hours/year;6680~8400MJ/m2.

新疆北部,甘肅東南部，陜西東南部，河北東南部，山東，河南，吉林，遼寧，云南，廣東南部，福建南部，江蘇南部，安徽北部.四類地區(qū):2800~3300hours/year;6680~8400MJ/m2.

湖南，廣西，浙江，江西，湖北，福建北部，廣東北部，陜西北部，江蘇北部安徽南部,黑龍江.五類地區(qū):1000~1400hours/year;3350~4200MJ/m2.

四川，貴州121122太陽能熱利用

ThermalUtilizationSolarEnergy

集熱器制造本身已發(fā)展為一個盈利產(chǎn)業(yè)；截至2005年底，安裝的集熱器面積為7000萬m2;全球使用量的一半。8%的中國家庭使用太陽能熱水器。制造商超過3000家，產(chǎn)能超過1億m2.在目前水電和生物質(zhì)能傳統(tǒng)利用之外的可再生能源中，占半壁江山。123太陽能熱利用的目標(biāo)

Developingtargets在建筑中集成太陽能熱水器。2005年12月頒布“太陽能建筑一體化技術(shù)規(guī)范”。推廣太陽能一體化建筑，集中式太陽能熱水系統(tǒng)。建立太陽能熱水與空調(diào)系統(tǒng)的示范工程。2010年底，將已安裝的太陽能集熱器面積增加到1.5億m2.

124光伏發(fā)電

Photovoltaicelectricity快速發(fā)展。2005安裝的發(fā)電能力:70000kW,其中50%位于電力無法到達的偏遠地區(qū)。制造能力>100,00kW.有幾個10,000kW級的生產(chǎn)線正在建造中。125光伏發(fā)電的利用目標(biāo)

Developingtargets為200萬偏遠地區(qū)的農(nóng)民提供電力。家用光伏發(fā)電系統(tǒng)和小型太陽能電站200,000kW

在城市的公共建筑、道路、車站等地，推廣光伏發(fā)電照