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热电
联产
热电联产


简介

热电联产(又称汽电共生,英语:Cogeneration, combined heat and power,缩写:CHP),是利用热机或发电站同时产生电力和有用的热量。三重热电联产(Trigeneration)或冷却,热和电力联产(CCHP)“是指从燃料燃烧或太阳能集热器中同时产生电和有用的热量和冷却。

概述

热电联产是燃料的热力学有效使用。 在单独的电力生产中,一些能量必须作为废热被丢弃,但是在热电联产中,这些热能中的一些被投入使用。所有热电厂在发电期间排放的热量,可以通过冷却塔,烟道气或通过其它方式释放到自然环境中。相反,热电联产捕获一些或全部用于加热的副产物,或者非常接近于工厂,或者特别是在斯堪的纳维亚和东欧,作为用于生活区域加热的热水,温度范围为约80至130℃。这也称为“热电联产区域供热”(combined heat and power district heating, 缩写CHPDH)。小型热电联产厂是分散式发电的一个例子。在中等温度(100-180℃,212-356°F)下的副产物热量也可以用于吸附式制冷机中以进行冷却。 热电联产为一种工业制程技巧,利用发电后的废热用于工业制造或是利用工业制造的废热发电,达到能量最大化利用的目的。以先发电式来说由于传统发电机效率只有30%左右,高达70%燃料能量被转化成无用的热,汽电共生能再利用30%的热能于工业,使燃料达到60%效率。系统使用了各种工业机具原本就会在运作中所产生的废热,等于所发的电都是额外的收益。

热力发电厂(包括使用易裂变材料或燃烧煤,石油或天然气的热力发电厂)和一般的热机不将所有的热能转换成电能。在大多数热机中,略多于一半的热量作为多余的热量被损失(参见:热力学第二定律和卡诺定理)。通过捕获多余的热量,热电联产(CHP)使用在常规发电厂中浪费的热量,对于最好的常规发电厂, 有潜力达到高达80%的热效率。这意味着能够消耗更少的燃料而产生同样多的有用能量。 当热量可以在现场使用或非常接近时,热电联产是最有效的;但当热量必须传输较长距离时,总效率则降低:这需要高度隔热的管道,其价格昂贵并且低效;而电可以沿着相对简单的电线传输,并且对于相同的能量损耗可以在更长的距离上传输。 在冬季寒冷的地区,常见在汽车发动机的散热器上连接管道、将热水导入车厢内进行加热的做法,此时发动机变成热电(以及机械动力)联产设备。该示例说明了热电联产的部署取决于热的利用是否集中于热机附近的观点。 热电联产是在寒冷气候中减少供热系统碳排放的最具成本效益的方法,被认为是将能源从化石燃料或生物质转化为电力的最节能的方法。热电联产厂通常在城市的区域供热系统、医院、监狱等建筑物的中央供暖系统中使用,并且通常用于工业用水、冷却、蒸汽生产等产热过程中

评判标准

寿命

易用性

生产流程

锅炉加供热汽轮机由于煤燃烧形成的高温烟气不能直接做功,需要经锅炉将热量传给蒸汽,由高温高压蒸汽带动汽轮发电机组发电,做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热。锅炉加供热机热电联产系统适应于以煤为燃料。这也是我国的热电联产系统普遍采用的形式。这种系统的技术已非常成熟,主要设备也早已国产化。由于这种系统占地大,负荷调节能力差,发电效率低,一般在煤改气的热电联产中得以应用,新建燃气热电联产系统很少采用这种形式。

燃气轮机热电联产系统分为单循环和联合循环两种形式。单循环的工作原理是:空气经压气机与燃气在燃烧室燃烧后温度达 1000℃ 以上、压力在 1-1.6MPa 的范围内而进入燃气轮机推动叶轮,将燃料的热能转变为机械能,并拖动发电机发电。从燃气轮机排出的烟气温度一般为 450℃~600℃,通过余热锅炉将热量回收用于供热。大型的燃气轮机效率可达 30% 以上,当机组负荷低于 50% 时,热效率下降显著。考虑到热和电两种输出的总效率一般能够保持在 80% 以上。燃气轮机组启停调节灵活,因而对于变动幅度较大的负荷较适应。工业燃气轮机的生产基本上来自西方国家,如 GE、ALSTOM、SIEMENS、SOLAR、ABB 等。

上述单循环中余热锅炉可以产生的参数很高的蒸汽,如果增设供热汽轮机,使余热锅炉产生的较高参数的蒸汽在供热汽轮机中继续做功发电,其抽汽或背压排汽用于供热,可以形成燃气-蒸汽联合循环系统。这种系统的发电效率进一步得到提高,可达到 50% 以上。 内燃机热电联产系统当规模较小时,它的发电效率明显比燃气轮机高,一般在 30% 以上,因而在一些小型的燃气热电联产系统中往往采用这种内燃机形式。但是,由于内燃机的润滑油和气缸冷却放出的热量温度较低(一般不超过 90℃),而且该热量份额很大,几乎与烟气回收的热量相当,因而这种采暖形式在供热温度要求高的情况下受到了限制。内燃机的生产厂家有总部这在瑞士的 WARTSILA NSD 公司、德国的 MANB&W 公司以及美国的 CATERPILLAR 公司等。

燃料电池它是把氢和氧反应生成水放出的化学能转换成电能的装置,其基本原理相当于电解反应的逆向反应。燃料(H2 和 CO 等)及氧化剂(O2)在电池的阴极和阳极上借助氧化剂作用,电离成离子,由于离子能通过在二电极中间的电介质在电极间迁移,在阴电极、阳电极间形成电压。在电极同外部负载构成回路时就可向外供电。燃料电池种类不少,根据使用的电解质不同,主要有磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧气物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。 燃料电池具有无污染、高效率、适用广、无噪声和能连续运转等优点。它的发电效率可达40%以上,热电联产的效率也达到 80% 以上。多数燃料电池正处于开发研制中,虽然磷酸燃料电池(PAFC)等技术成熟并已经推向市场,但仍较昂贵。鉴于燃料电池的独到优点,随着该项技术商业化进程的推进,必将在未来燃气采暖行业起到越来越重要的作用。从事燃料电池研究和开发的单位主要有美国的国际燃料电池、联信、Plug Power、Analytic Power、Onsi 和西屋等公司,加拿大 Ballard 公司,日本的三菱、松下、三洋、东芝、宣士电机和富士电机等公司,德国 MTU 公司和西门子公司等。我国也有大连化物所等多家单位从事燃料电池的研究。 与热电联产技术有关的选择主要有蒸汽轮机驱动的外燃烧式方案和燃气轮机驱动的内燃烧式方案。此外,现代科学技术的发展,特别是微型燃气轮机、燃气外燃机和燃料电池以及其他新能源技术的发展,也赋予了冷热电联产新的内涵。

种类

先发电式

锅炉蒸气先用于发电,用剩的蒸气热能再投入某种工业制程,同时发的电也投入工业制程,剩电卖给电网。

适合中等温度制程的产业:食品、造纸、化工、养殖、农业。

现有系统:

  1. 燃气涡轮机外挂废热炉式
  2. 燃气涡轮机式
  3. 蒸气涡轮机式
  4. 复合循环式
  5. 柴油引擎式

后发电式

锅炉蒸气先用于某种工业制程,用剩的蒸气热能再投入发电,同时发的电也投入工业制程,剩电卖给电网。

现有系统:

  1. 蒸气涡轮机式
  2. 有机朗肯机式(Organic Rankine Cycle)

工厂类型

微型热电联产

微型热电联产(MicroCHP, 或MCHP)是所谓的分布式能源(DER),在房屋或小型企业中的安装通常小于5kWe,而不是燃烧燃料仅仅加热空间或水,除了热以外,能量被转换成电。这种电可以在家庭或商业中使用,或者如果电网管理允许,则被卖回电网。 Delta-ee顾问公司在2013年表示,在全球销售的64%,燃料电池微型热电联产在2012年超过了常规系统销售。2012年在日本“Ene农场项目”中销售了20,000台。使用寿命约60,000小时。对于在夜间关闭的PEM燃料电池单元,这相当于估计寿命为十年至十五年。安装前价格为22,600美元。2013年,国家对50,000个单位的补贴已经到位。 小型热电联产系统的发展为住宅级太阳能光伏(PV)阵列的内部电力备份提供了机会。在2011年的一项研究结果表明,PV+CHP混合系统不仅具有从根本上减少现有电力和供暖系统中的能源浪费的潜力,而且还使太阳能光伏的份额能够扩大约五倍。 微型热电联产装置使用五种不同的技术:微型燃气涡轮发动机,内燃机,斯特林发动机,闭式循环蒸汽机,和燃料电池。

三重热电联产

产生电,供热和制冷的工厂称为”三重热电联产“(Trigeneration), 或多重联产工厂。与吸附式制冷机相连的热电联产系统使用废热进行制冷。

热电联产区域供热

在美国,联合爱迪生公司(Consolidated Edison)通过其七个热电联产工厂每年向曼哈顿区的10万栋建筑分配660亿公斤350°F(180°C)的蒸汽,这是美国最大的蒸汽区。峰值交付量为每小时1000万磅(或约2.5GW)。 参见:纽约市地下蒸汽系统

结构

本体

辅助设备

生产线分工

生产设计

需求分析

目标界定

总体结构设计

详细结构设计

参数设计

设计实施

原材料

主料

辅料

可选原料

资产与负债

资产

固定资产

非固定资产

负债

库存

设计和规划

位置与环境

投资与评估

规模与功能

风格与形式

成本

通常,对于燃气发电厂,每千瓦(kW)电力的完全安装成本约为£400英镑/ kW($577美元),这与大型中央发电站相当。

税费

金融成本

原材料成本

房租成本

能耗成本

人工成本

设备折旧

收益管理

消费曲线

时间分布

空间分布

目标群体

容量控制

风险控制

市场

国内市场

产量

消费量

国际市场

产量

消费量

主要公司

标准

这里存放条目相关的国家标准

文档

编辑成员
7 人

Ken418, Gus, IKKAIKU°, 木又, 浩然, 北方老王, 芒伯

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