中國航發(fā)燃機(jī)：小型熱電聯(lián)產(chǎn)在未來能源領(lǐng)域的作用

譯者按：碳中和是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的必然選擇，也是全球共識(shí)，中國更是明確提出了“30·60”雙碳目標(biāo)。如何積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)正深入探討的議題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑業(yè)占全球碳排放的近40%，且中國建筑業(yè)規(guī)模高居世界第一，碳排放總量占比超過全球的30%，隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，我國建筑業(yè)的碳排放量也將持續(xù)上升，節(jié)能減排迫在眉睫。小型熱電聯(lián)產(chǎn)具有能源利用率高、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境污染少的優(yōu)點(diǎn)，近年來，已在歐洲多國的建筑業(yè)得到大量應(yīng)用，如醫(yī)院、商場(chǎng)、居民住宅群等。

為了更好地助力建筑業(yè)節(jié)能減排，中國航發(fā)燃機(jī)重點(diǎn)關(guān)注中小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展方向，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)在中小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，并編譯了本文，以期引發(fā)行業(yè)更多有益的思考與探索。

以下為譯文：

小型熱電聯(lián)產(chǎn)在未來能源領(lǐng)域的作用

關(guān)注能源效率和減排

歐洲透平聯(lián)盟（The European Turbine Network，ETN）和歐洲熱電聯(lián)產(chǎn)促進(jìn)協(xié)會(huì)（COGEN）支持歐盟委員會(huì)的倡議，在更新的戰(zhàn)略能源技術(shù)行動(dòng)計(jì)劃（SET-Plan）中，明確行動(dòng)和研究需求，確定其優(yōu)先級(jí)，并將其與能源聯(lián)盟的支柱相匹配。我們很高興有機(jī)會(huì)參與有關(guān)利益攸關(guān)者就“第五號(hào)議題文件:為建筑節(jié)能解決方案開發(fā)新材料和新技術(shù)，并提高其市場(chǎng)占有率”的討論會(huì)，在這里我們想強(qiáng)調(diào)，小型熱電聯(lián)產(chǎn)在未來能源行業(yè)的重要性，特別是小型燃?xì)廨啓C(jī)。因此，ETN和COGEN歐洲聯(lián)合提交了這份輸入文件，以促進(jìn)該領(lǐng)域的研究和創(chuàng)新活動(dòng)。

我們的稿件集中討論議題文件的第7節(jié)，“基于綜合路線圖的合作具體構(gòu)想”，在這一節(jié)中，歐盟委員會(huì)確定了“用于建筑的高效智能熱電聯(lián)產(chǎn)(如微型和小型熱電聯(lián)產(chǎn))”和“創(chuàng)新型供熱和制冷系統(tǒng)”為相關(guān)技術(shù)和解決方案。

建筑式小型熱電聯(lián)產(chǎn)

小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組能夠達(dá)到90%以上的總效率，在滿足建筑供暖、空間供暖和/或熱水(以及潛在的制冷)需求的同時(shí)，還可以提供電力來替代或補(bǔ)充電網(wǎng)供應(yīng)。根據(jù)當(dāng)?shù)乇O(jiān)管要求，小型熱電聯(lián)產(chǎn)所產(chǎn)生的電力可以出售給當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，與間歇性的可再生能源耦合以平衡供需，為電網(wǎng)提供進(jìn)一步服務(wù)。產(chǎn)生的熱量可以就地使用(可能與燃?xì)忮仩t聯(lián)合)和/或通過區(qū)域供熱基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)給附近的其他家庭。小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)也可以通過使用吸收式制冷機(jī)來提供冷能，吸收式制冷機(jī)利用熱能作為其能源(即冷熱電三聯(lián)供(CCHP))。通過這種方式，來自不同的行業(yè)(包括多戶建筑、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用)的終端用戶成為了合作伙伴，共同為更加綠色和可持續(xù)的能源供應(yīng)分擔(dān)責(zé)任。小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)也是一種可控的分布式發(fā)電(Distributed Generation，DG)解決方案，通過使消費(fèi)者能夠自己生產(chǎn)電和熱，控制其能源消費(fèi)(即成為能源市場(chǎng)的積極參與者)，從而賦予消費(fèi)者權(quán)力。此外，由于碳捕捉和儲(chǔ)存(CCS)脫碳目標(biāo)解決方案的可行性仍存在疑問，因此小型熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目可以在這方面發(fā)揮主導(dǎo)作用。

小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以基于幾種類型技術(shù)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)(斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī))，燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)以及燃料電池。小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為能源用戶以及更廣泛的能源系統(tǒng)帶來重要利益，符合歐盟實(shí)現(xiàn)其能源和氣候目標(biāo)的要求：

·為終端用戶節(jié)省總能源成本(節(jié)省電能和熱能的函數(shù))；

·提高燃料使用效率(更好的燃料利用率)(至少25%)；

·燃油靈活性高；

·減排（高達(dá)33%）；

·供電的獨(dú)立性和安全性；

·改善建筑的能效；

·支撐電網(wǎng)，幫助間歇性可再生能源融合。

基于熱電聯(lián)產(chǎn)的小型燃?xì)廨啓C(jī)

熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用中使用的小型燃?xì)廨啓C(jī)（MGT）已被證明是一種可行的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)解決方案，特別是由于其尺寸和體積、高效率、維護(hù)成本、可靠性、操作靈活性、可控性、噪音和振動(dòng)，以及污染物排放和環(huán)境影響。由于換熱器集成在小型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)解決方案中，通常不構(gòu)成小型燃?xì)廨啓C(jī)冷卻系統(tǒng)的一部分，因此該裝置對(duì)于較高的水溫非常靈活。

基于熱電聯(lián)產(chǎn)的小型燃?xì)廨啓C(jī)燃用天然氣發(fā)電和供熱，總的能源利用率達(dá)到80～90%（換熱器的電效率超過30%）。

支撐電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并與間歇性的可再生能源融合

小型熱電聯(lián)產(chǎn)可在支撐可再生能源和應(yīng)對(duì)新型電力系統(tǒng)挑戰(zhàn)方面發(fā)揮重要作用。在歐洲，該技術(shù)能夠在系統(tǒng)層面支撐可再生能源，并作為一種需求響應(yīng)形式實(shí)現(xiàn)多種效益，使家庭和中小企業(yè)能夠改變他們的電力生產(chǎn)和需求，以適應(yīng)電網(wǎng)條件。還有證據(jù)表明，小型熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)可以連接在一起，作為虛擬電廠的一部分進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，支持電網(wǎng)，進(jìn)一步減少電網(wǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施的投資。

小型熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性，首先取決于效率和設(shè)備的大小是否適合該建筑。在這種應(yīng)用場(chǎng)景下，有必要根據(jù)熱電比來考慮能耗需求的時(shí)間分布。能源消耗的一個(gè)極其重要的特征是，不僅可以用它們的平均量來表示，還可以用它們?cè)趨⒖紩r(shí)間段(日、周等)中被需求的不規(guī)則程度來表示。事實(shí)上，能源消費(fèi)的強(qiáng)烈不規(guī)則性會(huì)導(dǎo)致能源成本上升，從而更加難以查明能源浪費(fèi)的原因。小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在熱電比方面非常靈活，因此更能適應(yīng)不同用戶的需求。

與其他技術(shù)相比，小型燃?xì)廨啓C(jī)的總的能源利用率較高，原因是利用余熱進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn);此外，燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、功重比高，適用于安裝在建筑和商業(yè)綜合體。

溫室氣體排放量

總體而言，與傳統(tǒng)鍋爐相比，小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有減少二氧化碳排放和減少一次能源消耗的潛力。根據(jù)不同的情況，小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)每年可節(jié)省約240～300PJ(1PJ=31.6×106m3天然氣)一次能源(約占?xì)W盟27國2010年總能源使用量的0.5～0.6%)。在此基礎(chǔ)上，使用小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)代替燃?xì)忮仩t可減少溫室氣體排放13～14萬噸二氧化碳當(dāng)量/年，這相當(dāng)于2010年歐盟27國溫室氣體總排放量的0.3%左右。根據(jù)所使用的技術(shù)，小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)電效率從20%(朗肯循環(huán)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī))到60%(固體氧化物燃料電池)不等。熱效率方面，不同類型的技術(shù)可以達(dá)到40%～80%。

Delta-ee最近的一項(xiàng)研究表明，建筑二氧化碳排放量占?xì)W盟的36%。小型燃?xì)廨啓C(jī)可燃用清潔燃料，如天然氣，以及燃燒室特性，使得其污染物排放量達(dá)到很低的數(shù)值。與其他同類技術(shù)相比，在小型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中，燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能控制得更為嚴(yán)格；通過燃燒室的設(shè)計(jì)優(yōu)化，小型燃?xì)廨啓C(jī)NOx生成和排放量比其他內(nèi)燃機(jī)低一個(gè)數(shù)量級(jí)。通過貧預(yù)混技術(shù)降低了燃燒室內(nèi)火焰溫度，抑制了NOx的生成，而過量的空氣反而限制了未燃燒的CO。目前，小型燃?xì)廨啓C(jī)本質(zhì)上是清潔的，不需對(duì)廢氣進(jìn)行特殊減排處理。